실험실의 요구에 따라 항공 자력계, 지상 자력계, 드릴링 자력계, 해양 자력계, 고감도 자력계가 있습니다.
지자기장 매개 변수 및 크기 측정에 따른 자력계는 상대 측정 기기 (예 : 매달린 와이어 수직 자력계, 지자기장의 수직 성분 z의 상대적 차이 측정)와 절대 측정 기기 (예 : 자력계로 회전하는 양성자, 지자기장 총 세기의 절대 값을 측정하지만 상대 값 또는 기울기 값도 측정 할 수 있음)로 나눌 수 있습니다.
4.4.1.1 플럭스게이트 자력계
포모라이트는 높은 투자율과 낮은 보자력을 가진 부드러운 자성 합금입니다. 외부 자기장의 작용(히스테리시스 선이 좁고 가파름)으로 포화 자화에 매우 빠르게 도달하므로 플럭스게이트는 포화 자력계라고도 합니다. 즉, 외부 자기장은 거의 변하지 않고 유도 자기장 강도는 많이 변하며 기기는 매우 민감합니다. PoMo 합금은 폐쇄 자기 회로로 만들어지며 외부 여기 자기 코일과 신호 수신 권선의 출력 펄스 전압은 외부 자기장에 비례합니다. 이러한 종류의 자력계에는 항공, 지상 자력계, 자화 속도 측정기와 같은 많은 종류가 있습니다.
4.4.1.2 양성자 회전 자력계
자기장을 생성할 수 있는 솔레노이드 내부의 용기는 수소가 풍부한 액체(예: 물)로 채워져 있습니다. 자기장을 생성하기 위해 에너지를 공급하면 여기된 수소 핵(양성자)이 회전하여 나선 방향과 평행하게 정렬된 자기 모멘트를 생성하여 상자성 거시적 자기 모멘트를 발생시킵니다. 지자기장에 수직인 솔레노이드 자기장이 정지하면 수소핵의 거시 자기모멘트는 지자기장의 총 세기(F)의 방향을 중심으로 라모르 전진을 하게 되는데, 전진 주파수와 지자기장(F)의 관계는 다음과 같습니다.
환경지구물리학 입문
전진 주파수 f는 f에 정비례하며, 계측기의 여기 자기장을 생성하는 코일도 전진 주파수 f에 맞춰진 수신 코일이므로 일정한 세기의 지자기장에서는 다음과 같이 됩니다. 지자기장의 경우, 양성자 전진의 자기 모멘트는 지자기장의 강도 신호인 코일에서 유도 전압을 생성합니다.
4.4.1.3 광학 펌프 자력계
원자가 에너지를 얻고 낮은 에너지 준위에서 높은 에너지 준위로 점프한 후 여기되는 원리에 따라 작동합니다. 광학 펌프 자력계는 헬륨(4He) 원자 램프를 사용하여 1.08μm의 파장을 가진 빛을 방출하고 지자기장(측정 중인 자기장)과 같은 방향으로 평행한 빔을 만듭니다. 4He로 채워진 흡수 챔버를 통과한 4He는 1.08μm의 빛을 흡수하여 낮은 에너지 레벨에서 높은 에너지 레벨로 점프하는 양이온을 형성합니다(광학 펌핑이라고 함). 이 4He 원자의 자기 모멘트는 평행하게 정렬됩니다. 렙토닉 자기 모멘트의 주파수, f0와 지자기장, t 사이의 관계는
환경 지구물리학 입문
식 (4.4.1)의 f0가 F보다 훨씬 높으므로 기기의 감도를 높이는 것이 유리합니다. 기기는 흡수 챔버에서 빛의 입사 방향에 수직으로 변조된 자기장을 추가하여 입사 자기장의 주파수가 지자기장의 변화를 자동으로 추적하고 자동 측정을 실현합니다.
4.4.1.4 초전도 자력계
조셉슨은 1962년에 두 초전도체 사이에 10~30A의 절연층이 존재하고, 초전도 전자가 절연층 끝에서 전압 강하 없이 방해 없이 통과할 수 있음을 실험적으로 증명했으며, 이를 초전도 터널 접합(조셉슨 접합)이라고 부릅니다. 이 현상을 초전도 터널 접합의 조셉슨 효과라고 합니다.
초전도 자력계는 조셉슨 효과에 기반한 측정 기기입니다. 이 측정 장치는 하나 또는 두 개의 초전도 터널 접합부가 있는 초전도 물질로 만들어진 폐쇄형 루프입니다. 접합부의 차단 영역은 매우 작습니다. 작은 전류(10-1 ~ 10-6A)가 통과하면 접합부는 임계 전류 Ic(초전도 터널 접합부가 견딜 수 있는 최대 초전도 전류, 즉 초전도도가 파괴됨)에 도달합니다. Ic는 자기장에 매우 민감하며 외부 자기장의 크기에 따라 주기적으로 변동합니다. 그 진폭은 서서히 감소합니다. 임계 전류 Ic는 또한 초전도 접합을 관통하는 자기 에너지 φ의 주기적 함수입니다. 소자의 주기적 응답을 사용하여 자기 에너지의 변화(외부 자기장의 변화에 비례)를 계산하고, 링의 면적을 알면 자기장의 값을 계산할 수 있습니다.
초전도 자력계는 1960년대 중반에 초전도 기술을 사용하여 개발된 고감도 자력계입니다. 감도가 다른 자력계보다 몇 배나 높고(최대 10-6nT), 10-3nT의 자기장을 측정할 수 있습니다. 측정 범위가 넓고 자기장 주파수 응답이 높으며 관측 데이터가 안정적이고 신뢰할 수 있습니다. 지자기학에서는 지자기장의 섭동을 연구하는 데 사용됩니다. 지자기 및 전자기법에서는 약한 자기장 변화를 측정하는 데 사용됩니다. 암석 물리학에서는 암석 자성을 연구하는 데 사용됩니다.
이 장비의 프로브는 저온이 필요하기 때문에 듀어 병에 담긴 헬륨으로 냉각하는 경우가 많기 때문에 장비가 복잡하고 고가입니다. 현재 주로 실험실에서 사용됩니다. 그러나 초전도 기술 연구가 지속적으로 발전함에 따라 가까운 장래에 환경 지구물리학에 점점 더 많이 응용될 것으로 예상됩니다.