吸引眼球的磁測量工具

　　磁場的測量需要專用的傳感器和物理與電子知識(shí)。你可以使用多種儀器，包括高斯計(jì)、特斯拉計(jì)、磁通表和磁力計(jì)，這些設(shè)備的價(jià)格可以很便宜，也可能高達(dá)數(shù)十萬美元。看看哪種傳感器能適合您的應(yīng)用。

　　提示
　　* 所有的磁力計(jì)測量的都是 B 場，而不是 H 場。
　　* 用不同傳感器測量交流和直流場。
　　* 有些儀器只能作單軸測量。
　　* 霍爾效應(yīng)傳感器具有多功能和良好的分辨率，但它們會(huì)隨時(shí)間和溫度而漂移。
　　* 儀器可以很便宜，也可能高達(dá)數(shù)十萬美元。

　　早先海員曾使用天然磁石（磁化的磁鐵礦）來探測地球的磁場，這是最早的磁場測量方法之一。今天，數(shù)千種的應(yīng)用都要用到測量磁場。儀器測量的都是 B 場，工程師把它叫做磁通密度，而物理學(xué)家則把它叫做磁場。按照美國物理家兼諾貝爾獎(jiǎng)獲得者 Melvin Schwartz 的說法：“習(xí)慣上稱 B 為磁感，而 H 為磁場強(qiáng)度。我們反對這種習(xí)慣，因?yàn)?B 是真實(shí)的原始磁場，而 H 是人為的附屬概念?！保▍⒖嘉墨I(xiàn) 1）

　　AlphaLab 電磁儀器公司是一家診斷與實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品供應(yīng)商，其所有人 Bill Lee 博士說：“磁力計(jì)無法區(qū)別出磁場間的這種人為的區(qū)別，即哪個(gè)是由線圈產(chǎn)生的磁場，哪個(gè)是線圈再加上內(nèi)部電流循環(huán)，例如線圈內(nèi)的鋼片產(chǎn)生的總磁通密度。鋼片中旋轉(zhuǎn)的電子會(huì)產(chǎn)生磁場。任何一種磁力計(jì)測量的都是總磁通密度，它無法區(qū)別出線圈產(chǎn)生的量和鐵芯產(chǎn)生的量?！贝艌鰷y量的另一個(gè)基礎(chǔ)問題是測量的到底是直流場還是交流場，還有，你是只在一個(gè)軸上測量，還是同時(shí)測量多個(gè)軸。

　　從醫(yī)用到軍用

　　磁場測量有很多應(yīng)用。例如，汽車中的傳感器利用地球磁場來幫助導(dǎo)航，而路線傳感器則檢測旁邊通過汽車的磁性標(biāo)記，確定汽車的類型及方向（參考文獻(xiàn) 2 和圖 1）。在其它應(yīng)用中，地質(zhì)學(xué)者和地球科學(xué)研究人員可以通過精確繪制的磁場，探測鐵礦和其它礦產(chǎn)異常。地質(zhì)學(xué)者通過探測巖石中經(jīng)年累積的隱蔽磁場，可以追蹤到地球磁場的變化點(diǎn)或多次的反轉(zhuǎn)（參考文獻(xiàn) 3 和圖 2）。有些地質(zhì)學(xué)探測采用的是一種磁通計(jì)，它是連接到積分器上的一個(gè)簡單的感應(yīng)傳感器。當(dāng)研究人員將磁性材料穿過磁通計(jì)并通過線圈時(shí)，儀器中的積分器計(jì)算出直流電場。

　　磁場測量有一種重要的軍事用途，那就是探測潛艇。例如，Orion P3C 軍用反潛機(jī)有一個(gè)長長的尾梁，裝有遠(yuǎn)離引擎和其它干擾源的磁力計(jì)。磁場測量的其它軍事應(yīng)用還包括在開發(fā)測距引信時(shí)對小口徑炮彈的測量（參考文獻(xiàn) 4）。炮彈內(nèi)的儀器會(huì)在炮彈穿過地球磁場時(shí)，計(jì)算其旋轉(zhuǎn)。由于磁力計(jì)知道炮管膛線的圈數(shù)比，引信電路就可以計(jì)算出彈殼通過的距離，然后在目標(biāo)點(diǎn)起爆。依靠發(fā)射后時(shí)間延遲的方法沒有這種方法精確，因?yàn)閺椡杷俣葧?huì)隨填充的火藥與槍械情況而變化。

　　在工業(yè)、科學(xué)和醫(yī)療領(lǐng)域還有無數(shù)的其它應(yīng)用。工業(yè)客戶可能只需核準(zhǔn)電機(jī)上所用磁鐵的南北極。磁場傳感器供應(yīng)商 Magnetic Sciences 公司所有人 Paul Elliot 說，輸油管安裝公司需要對油管作測量，以確保鋼材料中沒有殘留的磁場。很多工業(yè)應(yīng)用都必須測量磁場，以保證磁場強(qiáng)度的穩(wěn)定，其它工業(yè)應(yīng)用如驗(yàn)證船舶集裝箱的輻射磁場是否超過規(guī)定限度。

　　磁場測量的科學(xué)應(yīng)用包括對磁盤驅(qū)動(dòng)器讀取頭的研究。高強(qiáng)度磁場中的材料行為是一個(gè)活躍的研究領(lǐng)域，在研究中，經(jīng)常需要測量常導(dǎo)、室溫和超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的高密度磁場。

　　磁場測量在醫(yī)療方面的最常見應(yīng)用之一是校準(zhǔn) MRI（磁共振成像）中的磁場均勻度。在一臺(tái) MRI 機(jī)隧道內(nèi)的磁場均勻度需達(dá)百萬分之一量級(jí)。靈敏的儀器可以在一個(gè)點(diǎn)上測量這種磁場，但更有用的是采用一種排列成弧形的傳感器陣，它由 24 至 32 個(gè)傳感器構(gòu)成。技術(shù)人員在 MRI 機(jī)的隧道內(nèi)旋轉(zhuǎn)這些傳感器，使傳感器組在一個(gè)球上掃過。如果磁場在球面上是均勻的，則球內(nèi)任何點(diǎn)的均勻度只會(huì)更佳。另外，MRI 周圍的磁傳感器會(huì)屏蔽經(jīng)過的車輛或電梯的磁場。傳感器將信號(hào)反饋給一只 3D Helmholtz 線圈，該線圈產(chǎn)生一個(gè)近似均勻的磁場區(qū)，可保證外部場不會(huì)影響到 MRI 隧道的內(nèi)部場。

　　醫(yī)學(xué)研究的另一個(gè)領(lǐng)域是人類對我們周圍磁場的敏感性。這個(gè)領(lǐng)域的研究有較多的爭論，因?yàn)殡娏€和電動(dòng)汽車都會(huì)輻射出約 1 mG（毫高斯）的磁場，而地球的磁場是 500 mG。當(dāng)然，MRI 機(jī)器還涉及操作人員健康的問題。傳感器分銷商與集成商 GMW Associates 銷售副總裁 Ian J Walker 稱，ICNIRP（國際非電離輻射保護(hù)委員會(huì)）有關(guān)職業(yè)靜態(tài)磁場的指導(dǎo)意見是：連續(xù)暴露的磁場為 200 mT（特斯拉）；短時(shí)間全身為 2000 mT；手臂與腿的暴露為 5000 mT。他說：“這些場強(qiáng)都很高，也說明了缺乏直流場對生物體作用的證據(jù)。”（參考文獻(xiàn) 5）