Magnetómetro

Un magnetómetro es un dispositivo que mide el campo magnético o el momento dipolar magnético. Diferentes tipos de magnetómetros miden la dirección, la fuerza o el cambio relativo de un campo magnético en una ubicación particular. Una brújula es uno de esos dispositivos, uno que mide la dirección de un campo magnético ambiental, en este caso, el campo magnético de la Tierra. Otros magnetómetros miden el momento dipolar magnético de un material magnético como un ferromagnético, por ejemplo, registrando el efecto de este dipolo magnético sobre la corriente inducida en una bobina.

El primer magnetómetro capaz de medir la intensidad magnética absoluta en un punto del espacio fue inventado por Carl Friedrich Gauss en 1833 y desarrollos notables en el siglo XIX incluyeron el efecto Hall, que todavía se usa ampliamente.

Los magnetómetros se utilizan ampliamente para medir el campo magnético de la Tierra, en estudios geofísicos, para detectar anomalías magnéticas de varios tipos y para determinar el momento dipolar de los materiales magnéticos. En el sistema de referencia de actitud y rumbo de una aeronave, se utilizan comúnmente como referencia de rumbo. Los militares también utilizan magnetómetros como mecanismo de activación en minas magnéticas para detectar submarinos. En consecuencia, algunos países, como Estados Unidos, Canadá y Australia, clasifican los magnetómetros más sensibles como tecnología militar y controlan su distribución.

Los magnetómetros se pueden usar como detectores de metales: solo pueden detectar metales magnéticos (ferrosos), pero pueden detectar dichos metales a una distancia mucho mayor que los detectores de metales convencionales, que dependen de la conductividad. Los magnetómetros son capaces de detectar objetos grandes, como automóviles, a más de 10 metros (33 pies), mientras que el alcance de un detector de metales convencional rara vez supera los 2 metros (6 pies 7 pulgadas).

En los últimos años, los magnetómetros se han miniaturizado hasta el punto de que pueden incorporarse en circuitos integrados a un costo muy bajo y están encontrando un uso cada vez mayor como brújulas miniaturizadas (sensor de campo magnético MEMS).

Introducción

Campos magnéticos

Los campos magnéticos son cantidades vectoriales caracterizadas tanto por su fuerza como por su dirección. La fuerza de un campo magnético se mide en unidades de tesla en las unidades SI, y en gauss en el sistema de unidades cgs. 10.000 gauss equivalen a un tesla. Las medidas del campo magnético de la Tierra a menudo se citan en unidades de nanotesla (nT), también llamadas gamma. El campo magnético de la Tierra puede variar de 20 000 a 80 000 nT dependiendo de la ubicación, las fluctuaciones en el campo magnético de la Tierra son del orden de 100 nT y las variaciones del campo magnético debido a anomalías magnéticas pueden estar en el picotesla (pT) rango. Gaussímetros y teslametros son magnetómetros que miden en unidades de gauss o tesla, respectivamente. En algunos contextos, magnetómetro es el término que se usa para un instrumento que mide campos de menos de 1 militesla (mT) y gaussímetro se usa para aquellos que miden más de 1 mT.

Tipos de magnetómetro

Hay dos tipos básicos de medición con magnetómetro. Los magnetómetros vectoriales miden los componentes vectoriales de un campo magnético. Los magnetómetros de campo total o magnetómetros escalares miden la magnitud del campo magnético vectorial. Los magnetómetros utilizados para estudiar el campo magnético de la Tierra pueden expresar los componentes del vector del campo en términos de declinación (el ángulo entre el componente horizontal del vector del campo y el norte real o geográfico) y la inclinación (el ángulo entre el vector de campo y la superficie horizontal).

Los magnetómetros absolutos miden la magnitud absoluta o campo magnético vectorial, utilizando una calibración interna o constantes físicas conocidas del sensor magnético. Los magnetómetros relativos miden la magnitud o el campo magnético vectorial en relación con una línea de base fija pero no calibrada. También llamados variómetros, los magnetómetros relativos se utilizan para medir variaciones en el campo magnético.

Los magnetómetros también pueden clasificarse por su situación o uso previsto. Los magnetómetros estacionarios se instalan en una posición fija y las mediciones se toman mientras el magnetómetro está estacionario. Los magnetómetros portátiles o móviles están destinados a utilizarse en movimiento y pueden transportarse manualmente o en un vehículo en movimiento. Los magnetómetros de laboratorio se utilizan para medir el campo magnético de los materiales colocados dentro de ellos y, por lo general, son estacionarios. Los magnetómetros topográficos se utilizan para medir campos magnéticos en estudios geomagnéticos; pueden ser estaciones base fijas, como en la red INTERMAGNET, o magnetómetros móviles utilizados para escanear una región geográfica.

Rendimiento y capacidades

El rendimiento y las capacidades de los magnetómetros se describen a través de sus especificaciones técnicas. Las principales especificaciones incluyen

• Tasa de muestreo es el número de lecturas dadas por segundo. El inverso es el tiempo de ciclo en segundos por lectura. La tasa de muestra es importante en los magnetómetros móviles; la tasa de muestra y la velocidad del vehículo determinan la distancia entre las mediciones.
• Ancho de banda o bandpass caracteriza lo bien que un magnetómetro rastrea cambios rápidos en el campo magnético. Para magnetómetros sin procesamiento de señal a bordo, el ancho de banda es determinado por el límite de Nyquist fijado por la tasa de muestra. Los magnetómetros modernos pueden realizar un suavizado o un promedio de muestras secuenciales, logrando un menor ruido a cambio de un ancho de banda inferior.
• Resolución es el cambio más pequeño en un campo magnético que el magnetómetro puede resolver. Un magnetómetro debe tener una resolución mucho más pequeña que el cambio más pequeño que uno desea observar. Esto incluye el error de cuantificación causado por la grabación de redondeo y truncación de expresiones digitales de los datos.
• Error absoluto es la diferencia entre las lecturas de un magnetómetro verdadero campo magnético.
• Drift es el cambio de error absoluto con el tiempo.
• Estabilidad térmica es la dependencia de la medición de la temperatura. Se administra como coeficiente de temperatura en unidades de nT por grado Celsius.
• Noise es las fluctuaciones aleatorias generadas por el sensor magnetómetro o electrónica. Noise se da en unidades de ${displaystyle {rm {nT}/{sqrt {rm {}}}}}} {f}}} {f}}}}}} {f}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}} {f}}}$, donde el componente de frecuencia se refiere al ancho de banda.
• Sensibilidad es el mayor del ruido o la resolución.
• Error de dirección es el cambio en la medición debido a un cambio en la orientación del instrumento en un campo magnético constante.
• El zona muerta es la región angular de la orientación magnetómetro en la que el instrumento produce malas o ninguna medida. Todos los imanómetros de sobremesa, sin protones y sin protones, experimentan algunos efectos de zona muerta.
• Tolerancia gradual es la capacidad de un magnetómetro para obtener una medición confiable en presencia de un gradiente de campo magnético. En encuestas de artefactos sin detonar o vertederos, los gradientes pueden ser grandes.

Primeros magnetómetros

La brújula, que consta de una aguja magnetizada cuya orientación cambia en respuesta al campo magnético ambiental, es un tipo simple de magnetómetro, que mide la dirección del campo. La frecuencia de oscilación de una aguja magnetizada es proporcional a la raíz cuadrada de la fuerza del campo magnético ambiental; así, por ejemplo, la frecuencia de oscilación de la aguja de una brújula situada horizontalmente es proporcional a la raíz cuadrada de la intensidad horizontal del campo ambiental.

En 1833, Carl Friedrich Gauss, director del Observatorio Geomagnético de Göttingen, publicó un artículo sobre la medición del campo magnético terrestre. Describía un nuevo instrumento que consistía en una barra magnética permanente suspendida horizontalmente de una fibra de oro. La diferencia en las oscilaciones cuando la barra estaba magnetizada y cuando estaba desmagnetizada permitió a Gauss calcular un valor absoluto para la fuerza del campo magnético de la Tierra.

El gauss, la unidad CGS de densidad de flujo magnético fue nombrada en su honor, definida como un maxwell por centímetro cuadrado; es igual a 1×10⁻⁴ tesla (la unidad SI).

Francis Ronalds y Charles Brooke inventaron de forma independiente los magnetógrafos en 1846 que registraban continuamente los movimientos del imán mediante fotografías, lo que aliviaba la carga de los observadores. Edward Sabine y otros los utilizaron rápidamente en un estudio magnético global y las máquinas actualizadas estuvieron en uso hasta bien entrado el siglo XX.

Magnetómetros de laboratorio

Los magnetómetros de laboratorio miden la magnetización, también conocida como el momento magnético de un material de muestra. A diferencia de los magnetómetros de inspección, los magnetómetros de laboratorio requieren que la muestra se coloque dentro del magnetómetro y, a menudo, se pueden controlar la temperatura, el campo magnético y otros parámetros de la muestra. La magnetización de una muestra depende principalmente del orden de los electrones desapareados dentro de sus átomos, con contribuciones más pequeñas de los momentos magnéticos nucleares, el diamagnetismo de Larmor, entre otros. El orden de los momentos magnéticos se clasifica principalmente como diamagnético, paramagnético, ferromagnético o antiferromagnético (aunque la zoología del orden magnético también incluye ferrimagnético, helimagnético, toroidal, vidrio giratorio, etc.). La medición de la magnetización en función de la temperatura y el campo magnético puede dar pistas sobre el tipo de ordenamiento magnético, así como las transiciones de fase entre diferentes tipos de órdenes magnéticos que se producen a temperaturas o campos magnéticos críticos. Este tipo de medición de magnetometría es muy importante para comprender las propiedades magnéticas de los materiales en física, química, geofísica y geología, así como, a veces, en biología.

SQUID (dispositivo superconductor de interferencia cuántica)

Los SQUID son un tipo de magnetómetro que se utiliza tanto como magnetómetro de inspección como de laboratorio. La magnetometría SQUID es una técnica de magnetometría absoluta extremadamente sensible. Sin embargo, los SQUID son sensibles al ruido, lo que los hace poco prácticos como magnetómetros de laboratorio en campos magnéticos de alta CC y en imanes pulsados. Los magnetómetros comerciales SQUID están disponibles para temperaturas entre 300 mK y 400 K, y campos magnéticos de hasta 7 tesla.

Bobinas captadoras inductivas

Las bobinas captadoras inductivas (también conocidas como sensores inductivos) miden el momento dipolar magnético de un material al detectar la corriente inducida en una bobina debido al momento magnético cambiante de la muestra. La magnetización de la muestra se puede cambiar aplicando un pequeño campo magnético de CA (o un campo de CC que cambia rápidamente), como ocurre en los imanes pulsados impulsados por condensadores. Estas medidas requieren diferenciar entre el campo magnético producido por la muestra y el del campo externo aplicado. A menudo se utiliza una disposición especial de bobinas de cancelación. Por ejemplo, la mitad de la bobina captadora se enrolla en una dirección y la otra mitad en la otra dirección, y la muestra se coloca en solo una mitad. El campo magnético uniforme externo es detectado por ambas mitades de la bobina y, dado que están contrabobinadas, el campo magnético externo no produce una señal neta.

VSM (magnetómetro de muestra vibrante)

Los magnetómetros de muestra vibrante (VSM) detectan el momento dipolar de una muestra haciéndola vibrar mecánicamente dentro de una bobina captadora inductiva o dentro de una bobina SQUID. Se mide la corriente inducida o el cambio de flujo en la bobina. La vibración es típicamente creada por un motor o un actuador piezoeléctrico. Por lo general, la técnica VSM es un orden de magnitud menos sensible que la magnetometría SQUID. Los VSM se pueden combinar con SQUID para crear un sistema que sea más sensible que cualquiera de los dos por separado. El calor debido a la vibración de la muestra puede limitar la temperatura base de un VSM, normalmente a 2 Kelvin. VSM tampoco es práctico para medir una muestra frágil que es sensible a la aceleración rápida.

Magnetometría de extracción de campo pulsado

La magnetometría de extracción de campo pulsado es otro método que utiliza bobinas captadoras para medir la magnetización. A diferencia de los VSM, donde la muestra vibra físicamente, en la magnetometría de extracción de campo pulsado, la muestra está asegurada y el campo magnético externo cambia rápidamente, por ejemplo, en un imán accionado por condensador. Entonces se debe usar una de las múltiples técnicas para cancelar el campo externo del campo producido por la muestra. Estos incluyen bobinas contrabobinadas que cancelan el campo uniforme externo y las mediciones de fondo con la muestra extraída de la bobina.

Magnetometría de par

La magnetometría de par magnético puede ser incluso más sensible que la magnetometría SQUID. Sin embargo, la magnetometría de par magnético no mide el magnetismo directamente como lo hacen todos los métodos mencionados anteriormente. En cambio, la magnetometría de par magnético mide el par τ que actúa sobre el momento magnético μ de una muestra como resultado de un campo magnético uniforme B, τ = μ × B. Por lo tanto, un par es una medida del valor magnético o magnético de la muestra. anisotropía de forma. En algunos casos, la magnetización de la muestra se puede extraer del par medido. En otros casos, la medición del par magnético se utiliza para detectar transiciones de fase magnéticas u oscilaciones cuánticas. La forma más común de medir el par magnético es montar la muestra en un voladizo y medir el desplazamiento mediante la medición de capacitancia entre el voladizo y un objeto fijo cercano, o midiendo la piezoelectricidad del voladizo, o mediante interferometría óptica fuera de la superficie del voladizo..

Magnetometría de fuerza de Faraday

La magnetometría de fuerza de Faraday utiliza el hecho de que un gradiente de campo magnético espacial produce una fuerza que actúa sobre un objeto magnetizado, F = (M⋅∇)B. En la magnetometría de fuerza de Faraday, la fuerza sobre la muestra se puede medir con una balanza (colgando la muestra de una balanza sensible) o detectando el desplazamiento contra un resorte. Comúnmente se usa una celda de carga capacitiva o voladizo debido a su sensibilidad, tamaño y falta de partes mecánicas. La magnetometría de fuerza de Faraday es aproximadamente un orden de magnitud menos sensible que un SQUID. El mayor inconveniente de la magnetometría de fuerza de Faraday es que requiere algún medio no solo para producir un campo magnético, sino también para producir un gradiente de campo magnético. Si bien esto se puede lograr mediante el uso de un conjunto de caras polares especiales, se puede lograr un resultado mucho mejor mediante el uso de un conjunto de bobinas de gradiente. Una gran ventaja de la magnetometría de fuerza de Faraday es que es pequeña y razonablemente tolerante al ruido y, por lo tanto, puede implementarse en una amplia gama de entornos, incluido un refrigerador de dilución. La magnetometría de fuerza de Faraday también puede complicarse por la presencia de par (consulte la técnica anterior). Esto se puede eludir variando el campo de gradiente independientemente del campo de CC aplicado para que el par y la contribución de la fuerza de Faraday se puedan separar y/o diseñando un magnetómetro de fuerza de Faraday que evite que la muestra gire.

Magnetometría óptica

La magnetometría óptica utiliza varias técnicas ópticas para medir la magnetización. Una de esas técnicas, la magnetometría de Kerr, utiliza el efecto magneto-óptico de Kerr, o MOKE. En esta técnica, la luz incidente se dirige a la superficie de la muestra. La luz interactúa con una superficie magnetizada de forma no lineal, por lo que la luz reflejada tiene una polarización elíptica, que luego es medida por un detector. Otro método de magnetometría óptica es la magnetometría de rotación de Faraday. La magnetometría de rotación de Faraday utiliza la rotación magneto-óptica no lineal para medir la magnetización de una muestra. En este método, se aplica una película delgada de modulación de Faraday a la muestra que se va a medir y se toman una serie de imágenes con una cámara que detecta la polarización de la luz reflejada. Para reducir el ruido, se promedian varias imágenes juntas. Una ventaja de este método es que permite mapear las características magnéticas sobre la superficie de una muestra. Esto puede ser especialmente útil cuando se estudian cosas como el efecto Meissner en los superconductores. Los magnetómetros de bombeo óptico microfabricados (µOPM) se pueden usar para detectar el origen de las convulsiones cerebrales con mayor precisión y generar menos calor que los dispositivos de interferencia cuántica superconductores disponibles actualmente, más conocidos como SQUID. El dispositivo funciona mediante el uso de luz polarizada para controlar el giro de los átomos de rubidio que se pueden utilizar para medir y monitorear el campo magnético.

Magnetómetros topográficos

Los magnetómetros topográficos se pueden dividir en dos tipos básicos:

• Imanómetros escalar medir la fuerza total del campo magnético al que están sometidos, pero no su dirección
• magnetómetros vectoriales tiene la capacidad de medir el componente del campo magnético en una dirección particular, en relación con la orientación espacial del dispositivo.

Un vector es una entidad matemática con magnitud y dirección. El campo magnético de la Tierra en un punto dado es un vector. Una brújula magnética está diseñada para proporcionar una dirección de orientación horizontal, mientras que un magnetómetro vectorial mide tanto la magnitud como la dirección del campo magnético total. Se requieren tres sensores ortogonales para medir los componentes del campo magnético en las tres dimensiones.

También se clasifican como "absolutos" si la fuerza del campo se puede calibrar a partir de sus propias constantes internas conocidas o "relativa" si necesitan ser calibrados por referencia a un campo conocido.

Un magnetógrafo es un magnetómetro que registra datos continuamente a lo largo del tiempo. Estos datos se representan típicamente en magnetogramas.

Los magnetómetros también se pueden clasificar como "AC" si miden campos que varían relativamente rápido en el tiempo (>100 Hz), y "DC" si miden campos que varían lentamente (cuasi-estáticos) o son estáticos. Los magnetómetros de CA encuentran uso en sistemas electromagnéticos (como los magnetotelúricos) y los magnetómetros de CC se usan para detectar mineralización y estructuras geológicas correspondientes.

Magnetómetros escalares

Magnetómetro de precesión de protones

Los magnetómetros de precesión de protones, también conocidos como magnetómetros de protones, PPM o simplemente mags, miden la frecuencia de resonancia de los protones (núcleos de hidrógeno) en el campo magnético a medir, por resonancia magnética nuclear (RMN). Debido a que la frecuencia de precesión depende únicamente de las constantes atómicas y la fuerza del campo magnético ambiental, la precisión de este tipo de magnetómetro puede alcanzar 1 ppm.

Una corriente continua que fluye en un solenoide crea un fuerte campo magnético alrededor de un fluido rico en hidrógeno (el queroseno y el decano son populares, e incluso se puede usar agua), lo que hace que algunos de los protones se alineen con ese campo. Luego, la corriente se interrumpe y, a medida que los protones se realinean con el campo magnético ambiental, precesan a una frecuencia que es directamente proporcional al campo magnético. Esto produce un campo magnético giratorio débil que es captado por un inductor (a veces separado), amplificado electrónicamente y alimentado a un contador de frecuencia digital cuya salida generalmente se escala y se muestra directamente como intensidad de campo o salida como datos digitales.

Para las unidades que se llevan en la mano o en la mochila, las frecuencias de muestreo de PPM normalmente se limitan a menos de una muestra por segundo. Las mediciones generalmente se toman con el sensor sostenido en ubicaciones fijas en incrementos de aproximadamente 10 metros.

Los instrumentos portátiles también están limitados por el volumen del sensor (peso) y el consumo de energía. Los PPM funcionan en gradientes de campo de hasta 3000 nT/m, lo que es adecuado para la mayoría de los trabajos de exploración de minerales. Para una mayor tolerancia de gradiente, como el mapeo de formaciones de hierro en bandas y la detección de objetos ferrosos grandes, los magnetómetros de Overhauser pueden manejar 10 000 nT/m y los magnetómetros de cesio pueden manejar 30 000 nT/m.

Son relativamente económicos (< USD 8000) y alguna vez fueron ampliamente utilizados en la exploración de minerales. Tres fabricantes dominan el mercado: GEM Systems, Geometrics y Scintrex. Los modelos populares incluyen G-856/857, Smartmag, GSM-18 y GSM-19T.

Para la exploración de minerales, han sido reemplazados por los instrumentos de Overhauser, cesio y potasio, todos los cuales son de ciclo rápido y no requieren que el operador haga una pausa entre las lecturas.

Magnetómetro de efecto Overhauser

El magnetómetro de efecto Overhauser o magnetómetro Overhauser utiliza el mismo efecto fundamental que el magnetómetro de precesión de protones para tomar medidas. Al agregar radicales libres al fluido de medición, el efecto Overhauser nuclear puede explotarse para mejorar significativamente el magnetómetro de precesión de protones. En lugar de alinear los protones con un solenoide, se utiliza un campo de radiofrecuencia de baja potencia para alinear (polarizar) el espín de los electrones de los radicales libres, que luego se acopla a los protones a través del efecto Overhauser. Esto tiene dos ventajas principales: impulsar el campo de RF requiere una fracción de la energía (lo que permite baterías más livianas para unidades portátiles) y un muestreo más rápido ya que el acoplamiento electrón-protón puede ocurrir incluso mientras se toman las medidas. Un magnetómetro Overhauser produce lecturas con una desviación estándar de 0,01 nT a 0,02 nT mientras muestrea una vez por segundo.

Magnetómetro de vapor de cesio

El magnetómetro de vapor de cesio bombeado ópticamente es un dispositivo altamente sensible (300 fT/Hz^0,5) y preciso que se utiliza en una amplia gama de aplicaciones. Es uno de varios vapores alcalinos (incluidos el rubidio y el potasio) que se utilizan de esta manera.

En líneas generales, el dispositivo consta de un emisor de fotones, como un láser, una cámara de absorción que contiene vapor de cesio mezclado con un "gas amortiguador" por donde pasan los fotones emitidos, y un detector de fotones, dispuestos en ese orden. El gas amortiguador suele ser helio o nitrógeno y se utilizan para reducir las colisiones entre los átomos de vapor de cesio.

El principio básico que permite que el dispositivo funcione es el hecho de que un átomo de cesio puede existir en cualquiera de los nueve niveles de energía, lo que informalmente puede considerarse como la colocación de orbitales atómicos de electrones alrededor del núcleo atómico. Cuando un átomo de cesio dentro de la cámara encuentra un fotón del láser, se excita a un estado de mayor energía, emite un fotón y cae a un estado indeterminado de menor energía. El átomo de cesio es "sensible" a los fotones del láser en tres de sus nueve estados de energía y, por lo tanto, suponiendo un sistema cerrado, todos los átomos finalmente caen en un estado en el que todos los fotones del láser pasan sin obstáculos y son medidos por el detector de fotones. El vapor de cesio se ha vuelto transparente. Este proceso ocurre continuamente para mantener la mayor cantidad posible de electrones en ese estado.

En este punto, se dice que la muestra (o población) ha sido bombeada ópticamente y está lista para que se realice la medición. Cuando se aplica un campo externo, interrumpe este estado y hace que los átomos se muevan a diferentes estados, lo que hace que el vapor sea menos transparente. El fotodetector puede medir este cambio y por lo tanto medir la magnitud del campo magnético.

En el tipo más común de magnetómetro de cesio, se aplica a la celda un campo magnético de CA muy pequeño. Dado que la diferencia en los niveles de energía de los electrones está determinada por el campo magnético externo, existe una frecuencia en la que este pequeño campo de CA hace que los electrones cambien de estado. En este nuevo estado, los electrones una vez más pueden absorber un fotón de luz. Esto genera una señal en un fotodetector que mide la luz que pasa a través de la celda. La electrónica asociada utiliza este hecho para crear una señal exactamente en la frecuencia que corresponde al campo externo.

Otro tipo de magnetómetro de cesio modula la luz aplicada a la celda. Esto se conoce como magnetómetro Bell-Bloom, en honor a los dos científicos que primero investigaron el efecto. Si la luz se enciende y se apaga a la frecuencia correspondiente al campo de la Tierra, hay un cambio en la señal que se ve en el fotodetector. Nuevamente, la electrónica asociada usa esto para crear una señal exactamente en la frecuencia que corresponde al campo externo. Ambos métodos conducen a magnetómetros de alto rendimiento.

Magnetómetro de vapor de potasio

El potasio es el único magnetómetro de bombeo óptico que funciona en una sola línea estrecha de resonancia de espín de electrones (ESR) en contraste con otros magnetómetros de vapor alcalino que usan líneas espectrales irregulares, compuestas y anchas y helio con la línea espectral inherentemente ancha.

Magnetómetro escalar metaestable de helio-4

Los magnetómetros basados en helio-4 excitado a su estado de triplete metaestable gracias a una descarga de plasma fueron desarrollados en las décadas de 1960 y 1970 por Texas Instruments, luego por su spin-off Polatomy y, desde finales de la década de 1980, por CEA-Leti. Este último fue pionero en una configuración que cancela las zonas muertas, que son un problema recurrente de los magnetómetros atómicos. Se demostró que esta configuración muestra una precisión de 50 pT en operación en órbita. La ESA eligió esta tecnología para la misión Swarm, que se lanzó en 2013. En esta misión se probó con éxito general un modo vectorial experimental que podía competir con los magnetómetros fluxgate.

Aplicaciones

Los magnetómetros de cesio y potasio se utilizan normalmente cuando se necesita un magnetómetro de mayor rendimiento que el magnetómetro de protones. En arqueología y geofísica, donde el sensor barre un área y a menudo se necesitan muchas mediciones precisas del campo magnético, los magnetómetros de cesio y potasio tienen ventajas sobre el magnetómetro de protones.

La tasa de medición más rápida del magnetómetro de cesio y potasio permite que el sensor se mueva a través del área más rápidamente para una cantidad determinada de puntos de datos. Los magnetómetros de cesio y potasio son insensibles a la rotación del sensor mientras se realiza la medición.

El menor ruido de los magnetómetros de cesio y potasio permite que esas mediciones muestren con mayor precisión las variaciones en el campo con la posición.

Magnetómetros vectoriales

Los magnetómetros vectoriales miden electrónicamente uno o más componentes del campo magnético. Utilizando tres magnetómetros ortogonales, se pueden medir tanto el acimut como el buzamiento (inclinación). Tomando la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de los componentes, la fuerza del campo magnético total (también llamada intensidad magnética total, TMI) se puede calcular mediante el teorema de Pitágoras.

Los magnetómetros vectoriales están sujetos a variaciones de temperatura ya la inestabilidad dimensional de los núcleos de ferrita. También requieren nivelación para obtener información de los componentes, a diferencia de los instrumentos de campo total (escalares). Por estas razones ya no se utilizan para la exploración de minerales.

Magnetómetro de bobina giratoria

El campo magnético induce una onda sinusoidal en una bobina giratoria. La amplitud de la señal es proporcional a la intensidad del campo, siempre que sea uniforme, y al seno del ángulo entre el eje de rotación de la bobina y las líneas de campo. Este tipo de magnetómetro está obsoleto.

Magnetómetro de efecto Hall

Los dispositivos de detección magnética más comunes son los sensores de efecto Hall de estado sólido. Estos sensores producen un voltaje proporcional al campo magnético aplicado y también detectan la polaridad. Se utilizan en aplicaciones en las que la intensidad del campo magnético es relativamente grande, como en los sistemas de frenos antibloqueo de los automóviles, que detectan la velocidad de rotación de las ruedas a través de ranuras en los discos de las ruedas.

Dispositivos magnetorresistivos

Están hechos de tiras delgadas de Permalloy, una aleación de níquel-hierro de alta permeabilidad magnética, cuya resistencia eléctrica varía con un cambio en el campo magnético. Tienen un eje de sensibilidad bien definido, se pueden producir en versiones tridimensionales y se pueden producir en masa como un circuito integrado. Tienen un tiempo de respuesta de menos de 1 microsegundo y se pueden muestrear en vehículos en movimiento hasta 1000 veces por segundo. Se pueden usar en brújulas que leen dentro de 1°, para lo cual el sensor subyacente debe resolver de manera confiable 0,1°.

Magnetómetro de puerta de flujo

El magnetómetro fluxgate fue inventado por H. Aschenbrenner y G. Goubau en 1936. Un equipo de Gulf Research Laboratories dirigido por Victor Vacquier desarrolló magnetómetros fluxgate aerotransportados para detectar submarinos durante la Segunda Guerra Mundial y después de la guerra confirmó la teoría de la tectónica de placas. usándolos para medir los cambios en los patrones magnéticos en el fondo del mar.

Un magnetómetro fluxgate consta de un pequeño núcleo magnéticamente susceptible envuelto por dos bobinas de alambre. Una corriente eléctrica alterna pasa a través de una bobina, impulsando el núcleo a través de un ciclo alterno de saturación magnética; es decir, magnetizado, no magnetizado, magnetizado inversamente, no magnetizado, magnetizado, etc. Este campo en constante cambio induce un voltaje en la segunda bobina que es medido por un detector. En un fondo magnéticamente neutro, las señales de entrada y salida coinciden. Sin embargo, cuando el núcleo se expone a un campo de fondo, se satura más fácilmente en alineación con ese campo y se satura con menos facilidad en oposición a él. Por lo tanto, el campo magnético alterno y el voltaje de salida inducido están desfasados con la corriente de entrada. La medida en que este sea el caso depende de la fuerza del campo magnético de fondo. A menudo, la señal en la bobina de salida está integrada, lo que genera un voltaje analógico de salida proporcional al campo magnético.

Actualmente hay disponible una amplia variedad de sensores que se utilizan para medir campos magnéticos. Las brújulas Fluxgate y los gradiómetros miden la dirección y la magnitud de los campos magnéticos. Los fluxgates son asequibles, resistentes y compactos, y la miniaturización ha avanzado recientemente hasta el punto de soluciones de sensores completas en forma de chips IC, incluidos ejemplos tanto de la academia como de la industria. Esto, sumado a su consumo de energía típicamente bajo, los hace ideales para una variedad de aplicaciones de detección. Los gradiómetros se utilizan comúnmente para la prospección arqueológica y la detección de municiones sin explotar (MUSE), como el popular Foerster del ejército alemán.

El magnetómetro fluxgate típico consiste en un "sentido" bobina (secundaria) que rodea un "accionamiento" bobina (primaria) que se enrolla estrechamente alrededor de un material de núcleo altamente permeable, como mu-metal o permalloy. Se aplica una corriente alterna al devanado impulsor, que impulsa el núcleo en un ciclo continuo y repetitivo de saturación y falta de saturación. Para un campo externo, el núcleo es alternativamente débilmente permeable y altamente permeable. El núcleo suele ser un anillo envuelto toroidalmente o un par de elementos lineales cuyos devanados impulsores están enrollados en direcciones opuestas. Dichos caminos de flujo cerrados minimizan el acoplamiento entre el accionamiento y los devanados de detección. En presencia de un campo magnético externo, con el núcleo en un estado altamente permeable, dicho campo es atraído o activado localmente (de ahí el nombre de puerta de flujo) a través del devanado sensor. Cuando el núcleo es débilmente permeable, el campo externo es menos atraído. Esta activación continua del campo externo dentro y fuera del devanado de sentido induce una señal en el devanado de sentido, cuya frecuencia principal es el doble de la frecuencia de excitación, y cuya intensidad y orientación de fase varían directamente con la magnitud y polaridad del campo externo.

Hay factores adicionales que afectan el tamaño de la señal resultante. Estos factores incluyen el número de vueltas en el devanado del sentido, la permeabilidad magnética del núcleo, la geometría del sensor y la tasa de cambio del flujo controlado con respecto al tiempo.

La detección sincrónica de fase se utiliza para extraer estas señales armónicas del devanado de detección y convertirlas en un voltaje de CC proporcional al campo magnético externo. También se puede emplear retroalimentación de corriente activa, de modo que el devanado de detección se active para contrarrestar el campo externo. En tales casos, la corriente de retroalimentación varía linealmente con el campo magnético externo y se usa como base para la medición. Esto ayuda a contrarrestar la falta de linealidad inherente entre la intensidad del campo externo aplicado y el flujo controlado a través del devanado de detección.

Magnetómetro SQUID

Los SQUID, o dispositivos superconductores de interferencia cuántica, miden cambios extremadamente pequeños en los campos magnéticos. Son magnetómetros vectoriales muy sensibles, con niveles de ruido tan bajos como 3 fT Hz^−½ en instrumentos comerciales y 0,4 fT Hz^−½ en dispositivos experimentales. Muchos SQUID comerciales enfriados con helio líquido logran un espectro de ruido plano desde cerca de CC (menos de 1 Hz) hasta decenas de kilohercios, lo que hace que estos dispositivos sean ideales para mediciones de señales biomagnéticas en el dominio del tiempo. Los magnetómetros atómicos SERF demostrados en laboratorios hasta ahora alcanzan un nivel de ruido competitivo pero en rangos de frecuencia relativamente pequeños.

Los magnetómetros SQUID requieren refrigeración con helio líquido (4,2 K) o nitrógeno líquido (77 K) para operar, por lo tanto, los requisitos de empaque para usarlos son bastante estrictos tanto desde el punto de vista termomecánico como como punto de vista magnético. Los magnetómetros SQUID se utilizan más comúnmente para medir los campos magnéticos producidos por muestras de laboratorio, también para la actividad cerebral o cardíaca (magnetoencefalografía y magnetocardiografía, respectivamente). Los estudios geofísicos usan SQUID de vez en cuando, pero la logística de enfriar el SQUID es mucho más complicada que la de otros magnetómetros que funcionan a temperatura ambiente.

Magnetómetros de campo cero con bombeo óptico

Los magnetómetros basados en gases atómicos pueden realizar mediciones vectoriales del campo magnético en el régimen de campo bajo, donde la disminución de la coherencia atómica se vuelve más rápida que la frecuencia de Larmor. La física de tales magnetómetros se basa en el efecto Hanle. Dichos magnetómetros de campo cero con bombeo óptico se han probado en varias configuraciones y con diferentes especies atómicas, en particular álcali (potasio, rubidio y cesio), helio y mercurio. Para el caso de los álcalis, los tiempos de coherencia estaban muy limitados debido a la relajación del intercambio de espín. Un gran avance ocurrió a principios de la década de 2000, el grupo Romalis en Princeton demostró que en un régimen de campo tan bajo, los tiempos de coherencia alcalina se pueden mejorar en gran medida si se puede alcanzar una densidad lo suficientemente alta mediante calentamiento a alta temperatura, este es el so- llamado efecto SERF.

El principal interés de los magnetómetros de bombeo óptico es reemplazar los magnetómetros SQUID en aplicaciones donde el enfriamiento criogénico es un inconveniente. Este es especialmente el caso de las imágenes médicas donde dicho enfriamiento impone un aislamiento térmico grueso, lo que afecta fuertemente la amplitud de las señales biomagnéticas registradas. Varias empresas emergentes están desarrollando actualmente magnetómetros de bombeo óptico para aplicaciones biomédicas: los de TwinLeaf, quSpin y FieldLine se basan en vapores alcalinos y los de Mag4Health en helio-4 metaestable.

Magnetómetros atómicos sin relajación de intercambio de espín (SERF)

Con una densidad atómica suficientemente alta, se puede lograr una sensibilidad extremadamente alta. Los magnetómetros atómicos sin intercambio de espín (SERF) que contienen vapor de potasio, cesio o rubidio funcionan de manera similar a los magnetómetros de cesio descritos anteriormente, pero pueden alcanzar sensibilidades inferiores a 1 fT Hz^−1⁄2. Los magnetómetros SERF solo funcionan en campos magnéticos pequeños. El campo de la Tierra es de unos 50 µT; Los magnetómetros SERF funcionan en campos inferiores a 0,5 µT.

Los detectores de gran volumen han alcanzado una sensibilidad de 200 aT Hz^−1⁄2. Esta tecnología tiene mayor sensibilidad por unidad de volumen que los detectores SQUID. La tecnología también puede producir magnetómetros muy pequeños que en el futuro pueden reemplazar bobinas para detectar campos magnéticos de radiofrecuencia. Esta tecnología puede producir un sensor magnético que tenga todas sus señales de entrada y salida en forma de luz en cables de fibra óptica. Esto permite realizar la medición magnética cerca de altos voltajes eléctricos.

Calibración de magnetómetros

La calibración de los magnetómetros se suele realizar mediante bobinas que se alimentan de una corriente eléctrica para crear un campo magnético. Permite caracterizar la sensibilidad del magnetómetro (en términos de V/T). En muchas aplicaciones, la homogeneidad de la bobina de calibración es una característica importante. Por esta razón, las bobinas como las bobinas de Helmholtz se usan comúnmente en una configuración de un solo eje o de tres ejes. Para aplicaciones exigentes, es obligatorio un campo magnético de alta homogeneidad; en tales casos, la calibración del campo magnético se puede realizar utilizando una bobina de Maxwell, bobinas de coseno o calibración en el campo magnético terrestre altamente homogéneo.

Usos

Los magnetómetros tienen una gama muy diversa de aplicaciones, incluida la ubicación de objetos como submarinos, barcos hundidos, peligros para máquinas perforadoras de túneles, peligros en minas de carbón, municiones sin explotar, bidones de desechos tóxicos, así como una amplia gama de depósitos minerales y estructuras geológicas. También tienen aplicaciones en monitores de latidos cardíacos, posicionamiento de sistemas de armas, sensores en frenos antibloqueo, predicción meteorológica (a través de ciclos solares), pilones de acero, sistemas de guía de perforación, arqueología, tectónica de placas y propagación de ondas de radio y exploración planetaria. Los magnetómetros de laboratorio determinan el momento dipolar magnético de una muestra magnética, generalmente en función de la temperatura, el campo magnético u otro parámetro. Esto ayuda a revelar sus propiedades magnéticas, como el ferromagnetismo, el antiferromagnetismo, la superconductividad u otras propiedades que afectan el magnetismo.

Dependiendo de la aplicación, los magnetómetros se pueden implementar en naves espaciales, aviones (magnetómetros de ala fija), helicópteros (stinger y bird), en el suelo (mochila), remolcado a distancia detrás de quads (ATV) en un (trineo o remolque), bajado a pozos (herramienta, sonda o sonda) y remolcados por embarcaciones (peces de remolque).

Medición de esfuerzos mecánicos

Los magnetómetros se utilizan para medir o controlar la tensión mecánica en materiales ferromagnéticos. El estrés mecánico mejorará la alineación de los dominios magnéticos en escala microscópica que elevará el campo magnético medido cerca del material por magnetómetros. Existen diferentes hipótesis sobre la relación tensión-magnetización. Sin embargo, se afirma que el efecto de la tensión mecánica en el campo magnético medido cerca de la muestra está probado en muchas publicaciones científicas. Se han realizado esfuerzos para resolver el problema inverso de la resolución de tensión de magnetización para cuantificar la tensión en función del campo magnético medido.

Física del acelerador

Los magnetómetros se utilizan ampliamente en la física de partículas experimental para medir el campo magnético de los componentes fundamentales, como la concentración o los imanes de haz de enfoque.

Arqueología

Los magnetómetros también se utilizan para detectar sitios arqueológicos, naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros Fluxgate son populares debido a su configuración compacta y su costo relativamente bajo. Los gradiómetros mejoran las características poco profundas y eliminan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros Cesium y Overhauser también son muy efectivos cuando se usan como gradiómetros o como sistemas de sensor único con estaciones base.

Los magnetómetros también se utilizan para detectar sitios arqueológicos, naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros Fluxgate son populares debido a su configuración compacta y su costo relativamente bajo. Los gradiómetros mejoran las características poco profundas y eliminan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros Cesium y Overhauser también son muy efectivos cuando se usan como gradiómetros o como sistemas de sensor único con estaciones base.

Los magnetómetros también se utilizan para detectar sitios arqueológicos, naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros Fluxgate son populares debido a su configuración compacta y su costo relativamente bajo. Los gradiómetros mejoran las características poco profundas y eliminan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros Cesium y Overhauser también son muy efectivos cuando se usan como gradiómetros o como sistemas de sensor único con estaciones base.

Los magnetómetros también se utilizan para detectar sitios arqueológicos, naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros Fluxgate son populares debido a su configuración compacta y su costo relativamente bajo. Los gradiómetros mejoran las características poco profundas y eliminan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros Cesium y Overhauser también son muy efectivos cuando se usan como gradiómetros o como sistemas de sensor único con estaciones base.

Los magnetómetros también se utilizan para detectar sitios arqueológicos, naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros Fluxgate son populares debido a su configuración compacta y su costo relativamente bajo. Los gradiómetros mejoran las características poco profundas y eliminan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros Cesium y Overhauser también son muy efectivos cuando se usan como gradiómetros o como sistemas de sensor único con estaciones base.

Los magnetómetros también se utilizan para detectar sitios arqueológicos, naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros Fluxgate son populares debido a su configuración compacta y su costo relativamente bajo. Los gradiómetros mejoran las características poco profundas y eliminan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros Cesium y Overhauser también son muy efectivos cuando se usan como gradiómetros o como sistemas de sensor único con estaciones base.

Los magnetómetros también se utilizan para detectar sitios arqueológicos, naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros Fluxgate son populares debido a su configuración compacta y su costo relativamente bajo. Los gradiómetros mejoran las características poco profundas y eliminan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros Cesium y Overhauser también son muy efectivos cuando se usan como gradiómetros o como sistemas de sensor único con estaciones base.

Las encuestas modernas generalmente usan magnetómetros con tecnología GPS para registrar automáticamente el campo magnético y su ubicación. Luego, el conjunto de datos se corrige con datos de un segundo magnetómetro (la estación base) que se deja estacionario y registra el cambio en el campo magnético de la Tierra durante el estudio.

Perforación direccional

Los magnetómetros se utilizan en la perforación direccional de petróleo o gas para detectar el azimut de las herramientas de perforación cerca del taladro. En la mayoría de los casos, se combinan con acelerómetros en herramientas de perforación para que se puedan encontrar tanto la inclinación como el acimut del taladro.

Militar

Con fines defensivos, las armadas utilizan conjuntos de magnetómetros colocados en los fondos marinos en ubicaciones estratégicas (es decir, alrededor de los puertos) para monitorear la actividad submarina. Los submarinos rusos de titanio de clase Alfa fueron diseñados y construidos con un gran costo para frustrar tales sistemas (ya que el titanio puro no es magnético).

Los submarinos militares se desmagnetizan, al pasar a través de grandes bucles submarinos a intervalos regulares, para ayudarlos a escapar de la detección de los sistemas de monitoreo del fondo marino, los detectores de anomalías magnéticas y las minas activadas magnéticamente. Sin embargo, los submarinos nunca se desmagnetizan por completo. Es posible saber la profundidad a la que ha estado un submarino midiendo su campo magnético, que se distorsiona cuando la presión distorsiona el casco y, por lo tanto, el campo. El calentamiento también puede cambiar la magnetización del acero.

Los submarinos remolcan conjuntos de sonares largos para detectar barcos e incluso pueden reconocer diferentes ruidos de hélices. Los arreglos de sonda deben colocarse con precisión para que puedan triangular la dirección a los objetivos (por ejemplo, barcos). Los conjuntos no remolcan en línea recta, por lo que se utilizan magnetómetros de compuerta de flujo para orientar cada nodo de sonda en el conjunto.

Los fluxgates también se pueden usar en sistemas de navegación de armas, pero han sido reemplazados en gran medida por GPS y giroscopios láser de anillo.

Los magnetómetros como el Foerster alemán se utilizan para localizar municiones ferrosas. Los magnetómetros Cesium y Overhauser se utilizan para localizar y ayudar a limpiar antiguos campos de pruebas y bombardeos.

Las cargas útiles de los UAV también incluyen magnetómetros para una variedad de tareas defensivas y ofensivas.

Exploración de minerales

Los levantamientos magnetométricos pueden ser útiles para definir anomalías magnéticas que representan minerales (detección directa) o, en algunos casos, minerales de ganga asociados con depósitos de minerales (detección indirecta o inferencial). Esto incluye mineral de hierro, magnetita, hematita y, a menudo, pirrotita.

Países desarrollados como Australia, Canadá y EE. UU. invierten mucho en levantamientos magnéticos aéreos sistemáticos de sus respectivos continentes y océanos circundantes, para ayudar con la geología cartográfica y el descubrimiento de depósitos minerales. Dichos levantamientos aeromag se realizan normalmente con un espacio entre líneas de 400 m a 100 m de elevación, con lecturas cada 10 metros o más. Para superar la asimetría en la densidad de datos, los datos se interpolan entre líneas (generalmente 5 veces) y luego se promedian los datos a lo largo de la línea. Dichos datos se cuadriculan en un tamaño de píxel de 80 m × 80 m y la imagen se procesa con un programa como ERMapper. En una escala de arrendamiento de exploración, el levantamiento puede ser seguido por un ala fija estilo helimag o fumigador más detallado con un espacio entre líneas de 50 m y una elevación de 50 m (si el terreno lo permite). Dicha imagen está cuadriculada en un píxel de 10 x 10 m, lo que ofrece 64 veces la resolución.

Cuando los objetivos son poco profundos (<200 m), las anomalías de aeromag se pueden seguir con levantamientos magnéticos terrestres con un espacio entre líneas de 10 m a 50 m con un espacio entre estaciones de 1 m para proporcionar el mejor detalle (cuadrícula de píxeles de 2 a 10 m) (o 25 veces la resolución antes de perforar).

Los campos magnéticos de los cuerpos magnéticos del mineral caen con la distancia inversa al cubo (objetivo dipolo) o, en el mejor de los casos, la distancia inversa al cuadrado (objetivo monopolo magnético). Una analogía con la resolución con distancia es un automóvil que circula de noche con las luces encendidas. A una distancia de 400 m, se ve una neblina brillante, pero a medida que se acerca, se ven dos faros y luego el intermitente izquierdo.

La interpretación de datos magnéticos para la exploración de minerales presenta muchos desafíos. Múltiples objetivos se mezclan como múltiples fuentes de calor y, a diferencia de la luz, no hay un telescopio magnético para enfocar los campos. La combinación de múltiples fuentes se mide en la superficie. La geometría, la profundidad o la dirección de magnetización (remanencia) de los objetivos generalmente tampoco se conocen, por lo que múltiples modelos pueden explicar los datos.

Potent de Geophysical Software Solutions [1] es un paquete líder de interpretación magnética (y gravitatoria) que se usa ampliamente en la industria de exploración australiana.

Los magnetómetros ayudan a los exploradores de minerales tanto directamente (es decir, mineralización de oro asociada con magnetita, diamantes en tuberías de kimberlita) como, más comúnmente, indirectamente, como mapear estructuras geológicas conducentes a la mineralización (es decir, zonas de corte y halos de alteración alrededor de granitos).

Los magnetómetros aerotransportados detectan el cambio en el campo magnético de la Tierra mediante sensores conectados a la aeronave en forma de "aguijón" o remolcando un magnetómetro en el extremo de un cable. El magnetómetro en un cable a menudo se denomina "bomba" por su forma. Otros lo llaman "pájaro".

Debido a que las colinas y los valles debajo de la aeronave hacen que las lecturas magnéticas suban y bajen, un altímetro de radar realiza un seguimiento de la desviación del transductor con respecto a la altitud nominal sobre el suelo. También puede haber una cámara que tome fotos del suelo. La ubicación de la medición se determina grabando también un GPS.

Teléfonos móviles

Muchos teléfonos inteligentes contienen magnetómetros de sistemas microelectromecánicos (MEMS) en miniatura que se utilizan para detectar la intensidad del campo magnético y se usan como brújulas. El iPhone 3GS tiene un magnetómetro, un sensor magnetorresistivo de permalloy, el AN-203 producido por Honeywell. En 2009, el precio de los magnetómetros de tres ejes cayó por debajo de US$1 por dispositivo y cayó rápidamente. El uso de un dispositivo de tres ejes significa que no es sensible a la forma en que se sostiene en orientación o elevación. Los dispositivos de efecto Hall también son populares.

Los investigadores de Deutsche Telekom han utilizado magnetómetros integrados en dispositivos móviles para permitir la interacción 3D sin contacto. Su marco de interacción, llamado MagiTact, rastrea los cambios en el campo magnético alrededor de un teléfono celular para identificar diferentes gestos realizados por una mano sosteniendo o usando un imán.

Exploración de petróleo

Se prefieren los métodos sísmicos a los magnetómetros como método principal de estudio para la exploración de petróleo, aunque los métodos magnéticos pueden brindar información adicional sobre la geología subyacente y, en algunos entornos, evidencia de fugas de las trampas. Los magnetómetros también se utilizan en la exploración de petróleo para mostrar las ubicaciones de las características geológicas que hacen que la perforación sea poco práctica y otras características que brindan a los geofísicos una imagen más completa de la estratigrafía.

Nave espacial

Un magnetómetro de puerta de flujo de tres ejes formaba parte de las misiones Mariner 2 y Mariner 10. Un magnetómetro de técnica dual es parte de la misión Cassini-Huygens para explorar Saturno. Este sistema está compuesto por un vector de helio y magnetómetros fluxgate. Los magnetómetros también fueron un instrumento componente en la misión Mercury MESSENGER. Los satélites como GOES también pueden utilizar un magnetómetro para medir tanto la magnitud como la dirección del campo magnético de un planeta o una luna.

Levantamientos magnéticos

Los estudios sistemáticos se pueden utilizar para buscar depósitos minerales o localizar objetos perdidos. Estas encuestas se dividen en:

• Encuesta aeromagnética
• Borehole
• Terreno
• Marine

Los conjuntos de datos de Aeromag para Australia se pueden descargar de la base de datos GADDS.

Los datos se pueden dividir en puntos localizados y datos de imagen, el último de los cuales está en formato ERMapper.

Magnetovisión

Sobre la base de la distribución medida en el espacio de los parámetros del campo magnético (p. ej., amplitud o dirección), se pueden generar las imágenes de magnetovisión. Tal presentación de datos magnéticos es muy útil para un mayor análisis y fusión de datos.

Gradiómetro

Los gradiómetros magnéticos son pares de magnetómetros con sus sensores separados, generalmente horizontalmente, por una distancia fija. Las lecturas se restan para medir la diferencia entre los campos magnéticos detectados, lo que da los gradientes de campo causados por anomalías magnéticas. Esta es una forma de compensar tanto la variabilidad en el tiempo del campo magnético terrestre como otras fuentes de interferencia electromagnética, lo que permite una detección más sensible de las anomalías. Debido a que se restan valores casi iguales, los requisitos de rendimiento de ruido para los magnetómetros son más extremos.

Los gradiómetros mejoran las anomalías magnéticas poco profundas y, por lo tanto, son buenos para el trabajo de investigación arqueológica y de sitios. También son buenos para el trabajo en tiempo real, como la ubicación de artefactos explosivos sin detonar (UXO). Es el doble de eficiente ejecutar una estación base y usar dos (o más) sensores móviles para leer líneas paralelas simultáneamente (suponiendo que los datos se almacenen y se postprocesen). De esta manera, se pueden calcular los gradientes tanto a lo largo como a lo largo de la línea.

Control de posición de levantamientos magnéticos

En la exploración minera tradicional y el trabajo arqueológico, se utilizaron clavijas de rejilla colocadas por teodolito y cinta métrica para definir el área de prospección. Algunos estudios de UXO utilizaron cuerdas para definir los carriles. Las encuestas aerotransportadas utilizaron balizas de triangulación de radio, como Siledus.

Se desarrollaron activadores de hipchain electrónicos no magnéticos para activar magnetómetros. Usaron codificadores de eje rotatorio para medir la distancia a lo largo de los carretes de algodón desechables.

Los exploradores modernos utilizan una variedad de unidades de GPS de firma de bajo magnetismo, incluido el GPS cinemático en tiempo real.

Errores de rumbo en levantamientos magnéticos

Los levantamientos magnéticos pueden verse afectados por el ruido proveniente de una variedad de fuentes. Las diferentes tecnologías de magnetómetro sufren diferentes tipos de problemas de ruido.

Los errores de encabezado son un grupo de ruido. Pueden provenir de tres fuentes:

• Sensor
• Consola
• Operador

Algunos sensores de campo total dan diferentes lecturas según su orientación. Los materiales magnéticos en el propio sensor son la causa principal de este error. En algunos magnetómetros, como los magnetómetros de vapor (cesio, potasio, etc.), existen fuentes de error de rumbo en la física que contribuyen en pequeñas cantidades al error de rumbo total.

El ruido de la consola proviene de componentes magnéticos sobre o dentro de la consola. Estos incluyen ferrita en núcleos en inductores y transformadores, marcos de acero alrededor de LCD, patas en chips IC y cajas de acero en baterías desechables. Algunos conectores con especificaciones MIL populares también tienen resortes de acero.

Los operadores deben tener cuidado de estar magnéticamente limpios y deben verificar la 'higiene magnética' de toda la ropa y artículos llevados durante una encuesta. Los sombreros Akubra son muy populares en Australia, pero sus bordes de acero deben quitarse antes de usarlos en levantamientos magnéticos. Los anillos de acero en los blocs de notas, las botas con tapa de acero y los resortes de acero en los ojales generales pueden causar ruido innecesario en las encuestas. Los bolígrafos, los teléfonos móviles y los implantes de acero inoxidable también pueden ser problemáticos.

La respuesta magnética (ruido) de un objeto ferroso en el operador y la consola puede cambiar con la dirección del rumbo debido a la inducción y la remanencia. Los sistemas de cuadriciclos y aeronaves de levantamiento aeromagnético pueden usar compensadores especiales para corregir el ruido del error de rumbo.

Los errores de encabezado parecen patrones en espiga en las imágenes de la encuesta. Las líneas alternas también se pueden ondular.

Procesamiento de imágenes de datos magnéticos

La grabación de datos y el procesamiento de imágenes es superior al trabajo en tiempo real porque las anomalías sutiles que el operador suele pasar por alto (especialmente en áreas magnéticamente ruidosas) se pueden correlacionar entre líneas, formas y grupos mejor definidos. También se puede utilizar una variedad de técnicas de mejora sofisticadas. También hay una copia impresa y la necesidad de una cobertura sistemática.

Navegación de aeronaves

El algoritmo de navegación con magnetómetro (MAGNAV) se ejecutó inicialmente como un experimento de vuelo en 2004. Más tarde, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (AFRL) desarrolló magnetómetros de diamante como un mejor método de navegación que no puede ser bloqueado por el enemigo.