淺談磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用

楊船前 王曉麗

摘 要：現(xiàn)階段，磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)已經(jīng)以其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)被廣泛應(yīng)用在我國(guó)眾多領(lǐng)域當(dāng)中，對(duì)我國(guó)的發(fā)展與穩(wěn)定具有重要意義?；诖?，本文首先從磁力法、電磁感應(yīng)法、磁飽和法、電磁效應(yīng)法、磁共振法以及超導(dǎo)效應(yīng)法等方面分析了磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展，其次從宇宙工程領(lǐng)域、工業(yè)領(lǐng)域、國(guó)防及軍事領(lǐng)域等方面介紹了磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用，具有重要的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)；電磁感應(yīng)；電磁效應(yīng)

在我國(guó)東漢時(shí)期，就有了有關(guān)于磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的記載，司南以及指南針等的應(yīng)用都和磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)有著密不可分的聯(lián)系。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們對(duì)電磁效應(yīng)以及電磁感應(yīng)等進(jìn)行了深入研究，進(jìn)而促進(jìn)了磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的快速發(fā)展?，F(xiàn)階段，人們已經(jīng)拓寬了磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用范圍，對(duì)其在廣度以及精度等方面也提出了全新的要求，而要想實(shí)現(xiàn)這一要求，就需要對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用進(jìn)行充分研究，并在此基礎(chǔ)上對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)它的穩(wěn)定發(fā)展。

1磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展

1.1磁力法

基于磁力法下的磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器包括兩種：磁強(qiáng)計(jì)式與電動(dòng)式。對(duì)于磁力法而言，比較古老，主要將磁力作為原理，現(xiàn)階段，在一些地磁場(chǎng)測(cè)量以及地磁研究方面依然在運(yùn)用這種方法。

磁強(qiáng)計(jì)指的是可以使磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器，通過(guò)這種磁強(qiáng)計(jì)既可以測(cè)量磁針的偏轉(zhuǎn)角與振動(dòng)周期，又可以對(duì)一些不規(guī)則的磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。在高科技時(shí)代背景下，人們?cè)趧?chuàng)新磁場(chǎng)測(cè)量?jī)x器的同時(shí)，也促進(jìn)了磁力法的快速發(fā)展。

1.2電磁感應(yīng)法

電磁感應(yīng)法主要是將磁石導(dǎo)電性、介電性以及導(dǎo)磁性等之間的差異作為基礎(chǔ)，通過(guò)電磁感應(yīng)原理，借助電磁場(chǎng)時(shí)間變化以及空間分布的規(guī)律，來(lái)尋找各種地質(zhì)問(wèn)題的解決方法。在電磁感應(yīng)法當(dāng)中，磁強(qiáng)針傳感器實(shí)際上就是探測(cè)線圈，它的靈敏度會(huì)受到線圈大小以及鐵芯材料等的影響。按照電磁感應(yīng)強(qiáng)度，可以對(duì)電磁感應(yīng)法進(jìn)行細(xì)分，分成震動(dòng)、固定、移動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)等線圈法。通過(guò)這種方法進(jìn)行測(cè)量，誤差比較小。

1.3磁飽和法

磁飽和法主要是在交變磁場(chǎng)的作用下，通過(guò)磁芯磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場(chǎng)強(qiáng)度之間的關(guān)系對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量。這種方法的應(yīng)用時(shí)間比較早。磁飽和是指導(dǎo)磁材料在物理結(jié)構(gòu)的影響下，對(duì)磁場(chǎng)量進(jìn)行了限制。磁場(chǎng)飽和法可以分成非選擇法與諧波選擇法兩種?；诖棚柡头ㄏ碌拇艌?chǎng)測(cè)量?jī)x器被稱作磁飽和磁強(qiáng)計(jì)，隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，這種測(cè)量方法也在不斷被改進(jìn)。

1.4電磁效應(yīng)法

電磁效應(yīng)主要是對(duì)導(dǎo)體中的電流進(jìn)行充分利用，在磁場(chǎng)的影響下，產(chǎn)生電磁效應(yīng)，利用磁生電以及電生磁等原理，進(jìn)行有效測(cè)量?；魻栃?yīng)與磁阻效應(yīng)是電磁效應(yīng)的重要組成部分。

霍爾效應(yīng)實(shí)際上屬于一種電勢(shì)差現(xiàn)象，其本質(zhì)是載流子在進(jìn)行外磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，因?yàn)槭艿铰鍌惼澚Φ挠绊懚l(fā)生偏移，并在材料兩端對(duì)電荷進(jìn)行積累，進(jìn)而產(chǎn)生垂直于電流方向的電場(chǎng)，當(dāng)載流子由于受到電場(chǎng)排斥力以及洛倫茲力等的影響而處于平衡狀態(tài)時(shí)，就會(huì)形成一個(gè)電勢(shì)差。

磁阻效應(yīng)與霍爾效應(yīng)比較類似，也是因?yàn)檩d流子受到洛倫茲力的影響而產(chǎn)生的。在電場(chǎng)排斥力以及磁力等處于平衡狀態(tài)的時(shí)候，載流子就會(huì)在兩端聚集，進(jìn)而形成電場(chǎng)，如果載流子的速度比電場(chǎng)慢，那么它們就會(huì)沿著電場(chǎng)力的方向進(jìn)行偏移，如果載流子的速度比電場(chǎng)快，那么它們就會(huì)沿著洛倫茲力的方向進(jìn)行偏移，進(jìn)而增加電阻。因?yàn)榇抛杵骷哂袠O強(qiáng)的靈敏性，所以被廣泛應(yīng)用在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域當(dāng)中。

磁阻效應(yīng)對(duì)薄膜技術(shù)的研發(fā)具有重要影響。應(yīng)用這種方法，不僅可以對(duì)恒定磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)也可以測(cè)量變化快或者是不均勻的磁場(chǎng)。薄膜磁阻的磁強(qiáng)針具有靈敏度高、體積小以及能耗低等優(yōu)點(diǎn)，所以它的應(yīng)用前景也比較廣闊、樂(lè)觀。

1.5磁共振法

磁共振法主要是通過(guò)量子狀態(tài)的變化對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量對(duì)象通常都是一些恒定磁場(chǎng)。磁通門技術(shù)是該方法的典型應(yīng)用。磁通門技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)間是“七五”期間，由于磁通門具有精確的分辨力，因此被廣泛應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域當(dāng)中。另外，將磁通門梯度計(jì)與微機(jī)進(jìn)行有效結(jié)合，可以對(duì)肺磁測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行研制，不僅能夠?qū)Σ〈菜轿恢眠M(jìn)行控制，同時(shí)還可以對(duì)地磁場(chǎng)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，對(duì)肺磁圖進(jìn)行快速打印，對(duì)肺病的診斷具有重要意義。

1.6超導(dǎo)效應(yīng)法

超導(dǎo)效應(yīng)法主要是通過(guò)超導(dǎo)電流與外部磁場(chǎng)間的函數(shù)關(guān)系來(lái)測(cè)量恒定磁場(chǎng)，該方法具有極強(qiáng)的分辨力與靈敏度，不僅可以對(duì)磁通量變化進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)也可以對(duì)磁感應(yīng)強(qiáng)度以及磁場(chǎng)梯度等進(jìn)行測(cè)量。在高科技時(shí)代背景下，出現(xiàn)了很多新超導(dǎo)材料，在一定程度上促進(jìn)了超導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展。在物理、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及電子技術(shù)等的快速發(fā)展下，拓寬了磁場(chǎng)的應(yīng)用范圍，由過(guò)去的司南以及指南針等轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)階段的磁通門技術(shù)以及高溫SQUID技術(shù)[1]。

2磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

2.1宇宙工程領(lǐng)域

將磁通門法以及量子干涉法應(yīng)用在人造衛(wèi)星系統(tǒng)當(dāng)中，可以對(duì)星際磁場(chǎng)以及衛(wèi)星外層空間等進(jìn)行測(cè)試，有利于對(duì)火箭發(fā)射以及人造衛(wèi)星等的控制。利用感應(yīng)線圈法以及磁通門法等，可以對(duì)空間磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，在了解空間磁場(chǎng)的基礎(chǔ)上，可以對(duì)指針勘察以及地震預(yù)測(cè)等進(jìn)行研發(fā)，對(duì)一些地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行及時(shí)了解，進(jìn)而對(duì)災(zāi)害進(jìn)行有效預(yù)防。

2.2工業(yè)領(lǐng)域

在磁場(chǎng)測(cè)量過(guò)程中，因?yàn)榇艌?chǎng)磁力具有靈敏度，因此被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、醫(yī)療器械以及交通等領(lǐng)域當(dāng)中，比如導(dǎo)航系統(tǒng)、車輛檢測(cè)、數(shù)字式羅盤(pán)以及偽鈔鑒別等。通過(guò)由光泵法以及磁通門法等制成的儀器，可以對(duì)電纜接頭、地下管道等進(jìn)行探測(cè)，將電勢(shì)差方法應(yīng)用在汽車速度表、信號(hào)傳感器以及物理檢測(cè)器等當(dāng)中，可以增強(qiáng)信息的可靠性，讓數(shù)據(jù)變得更加合理、更加精確[2]。

2.3國(guó)防及軍事領(lǐng)域

隨著軍事領(lǐng)域以及科學(xué)技術(shù)等的快速發(fā)展，在國(guó)防及軍事領(lǐng)域中應(yīng)用磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)也是十分必要的。通過(guò)對(duì)磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)進(jìn)行有效研究，有利于我國(guó)軍事領(lǐng)域中磁測(cè)量工作的開(kāi)展，對(duì)我國(guó)的發(fā)展與安定具有重要意義。

3 結(jié)論

總而言之，科學(xué)研究是永無(wú)止境的，對(duì)于相關(guān)研究人員而言，應(yīng)該在明確磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行創(chuàng)新，拓寬它的測(cè)量范圍、提高它的測(cè)量精度，滿足時(shí)代發(fā)展對(duì)其的全新要求，進(jìn)而為我國(guó)經(jīng)濟(jì)以及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)一份力量。

參考文獻(xiàn)

[1]車曉芳.磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，34（10）：11-12.

[2]姜智鵬，趙偉，屈凱峰.磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J].電測(cè)與儀表，2008（04）：1-5+10.

作者簡(jiǎn)介

楊船前（1990-），男，貴州省納雍縣陽(yáng)長(zhǎng)鎮(zhèn)，本科，研究方向：物理實(shí)驗(yàn)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、物理教學(xué)研究。

通訊作者

王曉麗，貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，理學(xué)院教授講師。