مگنتومتر پروتون (Proton Precession Magnetometer)، در فیزیک (Physics)
انواع حسگرها (Sensor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
مگنتومتر پروتون (Proton Precession Magnetometer) :
مگنتومتر پروتون (یا پروتون مغناطیس سنج) یک دستگاه بسیار دقیق برای اندازه گیری شدت کل میدان مغناطیسی (اسکالر) است. این سنسور بر اساس پدیده تقدم (precession) اسپین پروتون ها (هسته هیدروژن) در یک میدان مغناطیسی کار می کند. از این سنسورها در ژئوفیزیک (اکتشاف مواد معدنی)، باستان شناسی، و تحقیقات فضایی برای اندازه گیری دقیق میدان مغناطیسی زمین استفاده می شود.
اصل کار: یک محفظه حاوی یک مایع غنی از پروتون (مانند آب، الکل، یا نفت سفید) درون یک سیم پیچ قرار دارد. ابتدا یک جریان DC قوی به سیم پیچ اعمال می شود که یک میدان مغناطیسی قوی (بسیار بزرگتر از میدان زمین) ایجاد می کند. این میدان باعث می شود که گشتاورهای مغناطیسی پروتون ها در جهت آن میدان (عمود بر میدان زمین) هم راستا شوند (قطبی شدن). پس از قطع ناگهانی جریان، میدان مصنوعی حذف می شود و پروتون ها دیگر در آن جهت قطبیده نیستند. آنها تحت تأثیر میدان مغناطیسی زمین شروع به تقدم حول جهت آن می کنند (مشابه رفتار یک فرفره در میدان گرانش). فرکانس این تقدم (فرکانس لارمور) دقیقا متناسب با شدت میدان مغناطیسی محیط (
\[ B \]) است:
\[ f = \frac{\gamma_p}{2\pi} B \]، که
\[ \gamma_p \]نسبت ژیرومغناطیسی پروتون است (یک ثابت فیزیکی).
تقدم پروتون ها یک میدان مغناطیسی دوار ضعیف ایجاد می کند که در همان سیم پیچ (که اکنون به عنوان سیم پیچ گیرنده عمل می کند) یک ولتاژ AC ضعیف با فرکانس
\[ f \]القا می کند. با اندازه گیری دقیق این فرکانس (با شمارش پالس ها)، می توان
\[ B \]را با دقت بسیار بالا (حدود ۰.۱ نانوتسلا) محاسبه کرد. از آنجا که فرکانس اندازه گیری می شود، این روش یک اندازه گیری مطلق است و نیازی به کالیبراسیون با یک میدان شناخته شده ندارد (فقط ثابت ژیرومغناطیسی معلوم است).
مزایا:
دقت بسیار بالا.
اندازه گیری مطلق میدان (بدون نیاز به کالیبراسیون).
عدم حساسیت به جهت میدان (اسکالر).
معایب:
زمان اندازه گیری طولانی (چند ثانیه) به دلیل زمان استراحت پروتون ها.
مصرف توان نسبتا بالا برای پالس مغناطیسی.
عدم توانایی در اندازه گیری پیوسته (نوعی نمونه برداری).
\[ f_L = \frac{\gamma_p}{2\pi} B \]کاربردها: نقشه برداری مغناطیسی از زمین (ژئوفیزیک)، اکتشاف معادن (آهن، نیکل)، باستان شناسی (تشخیص سازه های مدفون)، ردیابی زیردریایی ها، و اندازه گیری میدان مغناطیسی فضا.
