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 ferroimán , por ejemplo, registrando el efecto de este dipolo magnético en 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 entre los desarrollos notables del siglo XIX se incluye el efecto Hall , que todavía se utiliza 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 materiales magnéticos. En el sistema de referencia de actitud y rumbo de una aeronave , se utilizan comúnmente como referencia de rumbo . Los magnetómetros también son utilizados por los militares 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 pueden utilizarse como detectores de metales : pueden detectar únicamente metales magnéticos ( ferrosos ), pero pueden detectar dichos metales a una distancia mucho mayor que los detectores de metales convencionales, que se basan en la conductividad. Los magnetómetros pueden 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 muy bajo coste y están encontrando un uso cada vez mayor como brújulas miniaturizadas ( sensores de campo magnético MEMS ).

Los campos magnéticos son magnitudes vectoriales caracterizadas tanto por su fuerza como por su dirección. La fuerza de un campo magnético se mide en unidades de tesla en el SI y en gauss en el sistema de unidades cgs. 10 000 gauss equivalen a un tesla. ^[1] Las mediciones del campo magnético de la Tierra se expresan a menudo en unidades de nanotesla (nT), también llamadas gamma. ^[2] El campo magnético de la Tierra puede variar de 20 000 a 80 000 nT según la ubicación, las fluctuaciones en el campo magnético de la Tierra son del orden de 100 nT y las variaciones del campo magnético debidas a anomalías magnéticas pueden estar en el rango de picotesla (pT). ^[3] Los gausímetros y teslámetros son magnetómetros que miden en unidades de gauss o tesla, respectivamente. En algunos contextos, magnetómetro es el término utilizado para un instrumento que mide campos de menos de 1 militesla (mT) y gaussímetro se utiliza para aquellos que miden más de 1 mT. ^[1]

Existen dos tipos básicos de medición con magnetómetros. 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. ^[4] Los magnetómetros utilizados para estudiar el campo magnético de la Tierra pueden expresar los componentes vectoriales del campo en términos de declinación (el ángulo entre el componente horizontal del vector de campo y el norte verdadero o geográfico) y la inclinación (el ángulo entre el vector de campo y la superficie horizontal). ^[5]

Los magnetómetros absolutos miden la magnitud absoluta o el campo magnético vectorial, utilizando una calibración interna o constantes físicas conocidas del sensor magnético. ^[6] Los magnetómetros relativos miden la magnitud o el campo magnético vectorial en relación con una línea 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 ubicación o uso previsto. Los magnetómetros estacionarios se instalan en una posición fija y las mediciones se toman mientras el magnetómetro está estacionario. ^{[4] Los magnetómetros} portátiles o móviles están destinados a usarse mientras están en movimiento y pueden llevarse manualmente o transportarse en un vehículo en movimiento. Los magnetómetros de laboratorio se utilizan para medir el campo magnético de los materiales colocados dentro de ellos y generalmente son estacionarios. Los magnetómetros de estudio se utilizan para medir los campos magnéticos en estudios geomagnéticos; pueden ser estaciones base fijas, como en la red INTERMAGNET , o magnetómetros móviles utilizados para escanear una región geográfica.

El rendimiento y las capacidades de los magnetómetros se describen a través de sus especificaciones técnicas. Las especificaciones principales incluyen ^{[1] [3]}

• La frecuencia de muestreo es la cantidad de lecturas que se obtienen por segundo. La inversa es el tiempo de ciclo en segundos por lectura. La frecuencia de muestreo es importante en los magnetómetros móviles; la frecuencia de muestreo y la velocidad del vehículo determinan la distancia entre las mediciones.
• El ancho de banda o paso de banda caracteriza la eficacia con la que un magnetómetro sigue los cambios rápidos en el campo magnético. En el caso de los magnetómetros sin procesamiento de señal integrado , el ancho de banda se determina mediante el límite de Nyquist establecido por la frecuencia de muestreo. Los magnetómetros modernos pueden realizar un suavizado o un promedio sobre muestras secuenciales, logrando un ruido menor a cambio de un ancho de banda menor.
• La resolución es el cambio más pequeño que puede resolver el magnetómetro en un campo magnético. Un magnetómetro debe tener una resolución mucho menor que el cambio más pequeño que se desea observar. Esto incluye el error de cuantificación que se produce al registrar el redondeo y el truncamiento de las expresiones digitales de los datos.
• El error absoluto es la diferencia entre las lecturas del campo magnético real de un magnetómetro.
• La deriva es el cambio en el error absoluto a lo largo del tiempo.
• La estabilidad térmica es la dependencia de la medición con la temperatura. Se expresa como un coeficiente de temperatura en unidades de nT por grado Celsius.
• El ruido son las fluctuaciones aleatorias generadas por el sensor del magnetómetro o la electrónica. El ruido se expresa en unidades de , donde el componente de frecuencia se refiere al ancho de banda.${\displaystyle {\rm {{nT}/{\sqrt {\rm {Hz}}}}}}$
• La sensibilidad es el valor mayor entre el ruido y la resolución.
• El error de rumbo es el cambio en la medición debido a un cambio en la orientación del instrumento en un campo magnético constante.
• La zona muerta es la región angular de la orientación del magnetómetro en la que el instrumento produce mediciones deficientes o nulas. Todos los magnetómetros de precesión sin protones y bombeados ópticamente y los magnetómetros Overhauser experimentan algunos efectos de zona muerta.
• La tolerancia al gradiente es la capacidad de un magnetómetro de obtener una medición fiable en presencia de un gradiente de campo magnético . En los estudios de municiones sin detonar o vertederos, los gradientes pueden ser grandes.

La brújula , que consiste en una aguja imantada 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 imantada es proporcional a la raíz cuadrada de la intensidad 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. ^{[ cita requerida ]}

En 1833, Carl Friedrich Gauss , director del Observatorio Geomagnético de Gotinga, publicó un artículo sobre la medición del campo magnético de la Tierra. ^[7] En él describía un nuevo instrumento que consistía en una barra magnética permanente suspendida horizontalmente de una fibra de oro . La diferencia entre las oscilaciones cuando la barra estaba magnetizada y cuando estaba desmagnetizada le permitió a Gauss calcular un valor absoluto para la fuerza del campo magnético de la Tierra. ^[8]

El gauss , la unidad CGS de densidad de flujo magnético , recibió su nombre en su honor y se define como un maxwell por centímetro cuadrado; equivale a 1×10 ⁻⁴ tesla (la unidad SI ). ^[9]

Francis Ronalds y Charles Brooke inventaron de forma independiente magnetógrafos en 1846 que registraban continuamente los movimientos del imán mediante fotografías , aliviando así la carga de los observadores. ^[10] Fueron utilizados rápidamente por Edward Sabine y otros en un estudio magnético global y las máquinas actualizadas se utilizaron hasta bien entrado el siglo XX. ^{[11] [12]}

Los magnetómetros de laboratorio miden la magnetización , también conocida como momento magnético de un material de muestra. A diferencia de los magnetómetros de estudio, 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 ordenamiento de los electrones desapareados dentro de sus átomos, con contribuciones menores de los momentos magnéticos nucleares , el diamagnetismo de Larmor, entre otros. El ordenamiento de los momentos magnéticos se clasifica principalmente como diamagnético , paramagnético , ferromagnético o antiferromagnético (aunque la zoología del ordenamiento magnético también incluye ferromagnético , helimagnético , toroidal , vidrio de espín , etc.). Medir la magnetización en función de la temperatura y el campo magnético puede dar pistas sobre el tipo de ordenamiento magnético, así como sobre cualquier transición 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.

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

Las bobinas de captación inductivas (también denominadas sensores inductivos) miden el momento dipolar magnético de un material detectando la corriente inducida en una bobina debido al cambio del momento magnético 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 ​​accionados por condensadores. Estas mediciones 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 de captación se enrolla en una dirección y la otra mitad en la otra dirección, y la muestra se coloca solo en una mitad. El campo magnético uniforme externo es detectado por ambas mitades de la bobina y, dado que están enrolladas en sentido contrario, el campo magnético externo no produce ninguna señal neta.

Los magnetómetros de muestra vibrante (VSM) detectan el momento dipolar de una muestra al hacer vibrar mecánicamente la muestra dentro de una bobina de captación inductiva o dentro de una bobina SQUID. Se mide la corriente inducida o el flujo cambiante en la bobina. La vibración generalmente se crea mediante un motor o un actuador piezoeléctrico. Por lo general, la técnica VSM es aproximadamente un orden de magnitud menos sensible que la magnetometría SQUID. Los VSM se pueden combinar con los SQUID para crear un sistema que sea más sensible que cualquiera de ellos por separado. El calor debido a la vibración de la muestra puede limitar la temperatura base de un VSM, generalmente a 2 kelvin. El VSM también es poco práctico para medir una muestra frágil que es sensible a la aceleración rápida.

La magnetometría de extracción de campo pulsado es otro método que utiliza bobinas de captación para medir la magnetización. A diferencia de los VSM, en los que la muestra se hace vibrar físicamente, en la magnetometría de extracción de campo pulsado, la muestra se fija y el campo magnético externo se modifica rápidamente, por ejemplo, en un imán accionado por un condensador. A continuación, se debe utilizar una de las múltiples técnicas para anular el campo externo del campo producido por la muestra. Estas incluyen bobinas de contrabobinado que anulan el campo uniforme externo y las mediciones de fondo con la muestra retirada de la bobina.

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. 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 de la anisotropía magnética o de forma de la muestra. 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 magnética u oscilaciones cuánticas . La forma más común de medir el par magnético es montar la muestra en un voladizo y medir el desplazamiento a través de la medición de capacitancia entre el voladizo y el objeto fijo cercano, o midiendo la piezoelectricidad del voladizo, o por interferometría óptica de la superficie del voladizo.

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 mediante una báscula (colgando la muestra de una balanza sensible) o detectando el desplazamiento contra un resorte. Comúnmente se utiliza una celda de carga capacitiva o un 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 utilizando un conjunto de caras polares especiales, se puede lograr un resultado mucho mejor utilizando un conjunto de bobinas de gradiente. Una ventaja importante de la magnetometría de fuerza de Faraday es que es pequeña y razonablemente tolerante al ruido, y por lo tanto se puede implementar 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 (ver técnica anterior). Esto se puede evitar variando el campo de gradiente independientemente del campo de CC aplicado, de modo 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.

La magnetometría óptica utiliza varias técnicas ópticas para medir la magnetización. Una de ellas, la magnetometría de Kerr, utiliza el efecto magnetoóptico 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 se mide mediante un detector. Otro método de magnetometría óptica es la magnetometría de rotación de Faraday. La magnetometría de rotación de Faraday utiliza una rotación magnetoóptica no lineal para medir la magnetización de una muestra. En este método, se aplica una película delgada moduladora de Faraday a la muestra que se va a medir y se toma una serie de imágenes con una cámara que detecta la polarización de la luz reflejada. Para reducir el ruido, se promedian varias imágenes. Una ventaja de este método es que permite mapear las características magnéticas sobre la superficie de una muestra. Esto puede ser especialmente útil al estudiar cosas como el efecto Meissner en superconductores. Los magnetómetros bombeados ópticamente microfabricados (μOPM) se pueden utilizar para detectar el origen de las convulsiones cerebrales con mayor precisión y generar menos calor que los dispositivos superconductores de interferencia cuántica disponibles actualmente, más conocidos como SQUIDs. ^[13] El dispositivo funciona utilizando luz polarizada para controlar el giro de los átomos de rubidio que se pueden utilizar para medir y monitorear el campo magnético. ^[14]

Los magnetómetros de estudio se pueden dividir en dos tipos básicos:

• Los magnetómetros escalares miden la fuerza total del campo magnético al que están sometidos, pero no su dirección.
• Los magnetómetros vectoriales tienen 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 que tiene magnitud y dirección. El campo magnético de la Tierra en un punto determinado es un vector. Una brújula magnética está diseñada para dar una dirección de rumbo 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 intensidad del campo se puede calibrar a partir de sus propias constantes internas conocidas o "relativos" si necesitan calibrarse por referencia a un campo conocido.

Un magnetógrafo es un magnetómetro que registra datos de forma continua a lo largo del tiempo. Estos datos suelen representarse en magnetogramas. ^[15]

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

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, debido a la resonancia magnética nuclear (RMN). Debido a que la frecuencia de precesión depende solo de las constantes atómicas y de la fuerza del campo magnético ambiental, la precisión de este tipo de magnetómetro puede alcanzar 1 ppm . ^[16]

Una corriente continua que fluye por un solenoide crea un campo magnético fuerte alrededor de un fluido rico en hidrógeno ( el queroseno y el decano son populares, e incluso se puede utilizar 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 enviado a un contador de frecuencia digital cuya salida generalmente se escala y se muestra directamente como intensidad de campo o como salida de datos digitales.

En el caso de las unidades que se llevan en la mano o en la mochila, las tasas de muestreo de ppm suelen estar limitadas a menos de una muestra por segundo. Las mediciones se suelen tomar con el sensor colocado en posiciones fijas a intervalos de aproximadamente 10 metros.

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

Son relativamente económicos (menos de 8.000 dólares) y en su día se utilizaban ampliamente en la exploración minera. Tres fabricantes dominan el mercado: GEM Systems, Geometrics y Scintrex. Los modelos más populares son G-856/857, Smartmag, GSM-18 y GSM-19T.

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

El magnetómetro de efecto Overhauser o magnetómetro Overhauser utiliza el mismo efecto fundamental que el magnetómetro de precesión de protones para tomar medidas. Al añadir radicales libres al fluido de medición, se puede aprovechar el efecto nuclear Overhauser para mejorar significativamente el magnetómetro de precesión de protones. En lugar de alinear los protones mediante un solenoide, se utiliza un campo de radiofrecuencia de baja potencia para alinear (polarizar) el espín electrónico 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.

El magnetómetro de vapor de cesio bombeado ópticamente es un dispositivo muy sensible (300 fT/Hz ^0,5 ) y preciso que se utiliza en una amplia gama de aplicaciones. Es uno de los muchos vapores alcalinos (incluidos el rubidio y el potasio ) que se utilizan de esta manera. ^[17]

El dispositivo consta, en líneas generales, de un emisor de fotones , como un láser, una cámara de absorción que contiene vapor de cesio mezclado con un " gas amortiguador " por el que 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 puede considerarse informalmente como la colocación de los orbitales atómicos de los 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 energía más alto, emite un fotón y cae a un estado de energía más bajo indeterminado. El átomo de cesio es "sensible" a los fotones del láser en tres de sus nueve estados de energía y, por lo tanto, asumiendo un sistema cerrado, todos los átomos eventualmente 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, este estado se altera y hace que los átomos pasen a estados diferentes, 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 un campo magnético de corriente alterna muy pequeño a la célula. Como 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 corriente alterna hace que los electrones cambien de estado. En este nuevo estado, los electrones pueden absorber nuevamente un fotón de luz. Esto provoca una señal en un fotodetector que mide la luz que pasa a través de la célula. 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 célula. Se trata del magnetómetro Bell-Bloom, en honor a los dos científicos que investigaron por primera vez este efecto. Si se enciende y se apaga la luz a la frecuencia correspondiente al campo de la Tierra, ^{[ aclaración necesaria ]} se produce un cambio en la señal que se ve en el fotodetector. Una vez más, la electrónica asociada utiliza esto para crear una señal exactamente a la frecuencia que corresponde al campo externo. Ambos métodos conducen a magnetómetros de alto rendimiento.

El potasio es el único magnetómetro bombeado ópticamente que opera en una única línea estrecha de resonancia de espín electrónico (ESR), a diferencia de otros magnetómetros de vapor alcalino que utilizan líneas espectrales irregulares, compuestas y anchas, y el helio con la línea espectral inherentemente ancha. ^[18]

Los magnetómetros basados ​​en helio-4 excitado a su estado triplete metaestable gracias a una descarga de plasma fueron desarrollados en los años 1960 y 1970 por Texas Instruments , luego por su spin-off Polatomic, ^[19] y desde finales de los años 1980 por CEA-Leti . Este último fue pionero en una configuración que cancela las zonas muertas, ^[20] que son un problema recurrente de los magnetómetros atómicos. Se demostró que esta configuración mostraba 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 un modo vectorial experimental, que podría competir con los magnetómetros fluxgate, con un éxito general. ^[21]

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 recorre 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 velocidad de medición más rápida del magnetómetro de cesio y potasio permite que el sensor se desplace por el 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 dichas mediciones muestren con mayor precisión las variaciones del campo con la posición.

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

Los magnetómetros vectoriales están sujetos a la deriva de la temperatura y a 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 minera.

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 formado por el eje de rotación de la bobina y las líneas de campo. Este tipo de magnetómetro está obsoleto.

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.

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 3-D 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 1.000 veces/segundo. Se pueden utilizar en brújulas que leen dentro de 1°, para las cuales el sensor subyacente debe resolver de manera confiable 0,1°. ^[22]

El magnetómetro fluxgate fue inventado por H. Aschenbrenner y G. Goubau en 1936. ^{[23] [24] : 4} 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 al usarlos para medir cambios en los patrones magnéticos en el fondo del mar. ^[25]

Un magnetómetro de compuerta de flujo 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 que cambia constantemente induce un voltaje en la segunda bobina que se mide mediante un detector. En un fondo magnéticamente neutro, las señales de entrada y salida coinciden. Sin embargo, cuando el núcleo está expuesto a un campo de fondo, se satura más fácilmente en alineación con ese campo y menos fácilmente en oposición a él. Por lo tanto, el campo magnético alterno y el voltaje de salida inducido están desfasados ​​con la corriente de entrada. El grado en que esto sea así depende de la intensidad del campo magnético de fondo. A menudo, la señal en la bobina de salida está integrada, lo que produce un voltaje analógico de salida proporcional al campo magnético.

En la actualidad, existe una amplia variedad de sensores disponibles que se utilizan para medir los 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 ofrecer soluciones de sensores completas en forma de chips de circuitos integrados, incluidos ejemplos tanto del ámbito académico ^[26] como de la industria. ^[27] Esto, además de 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 (UXO), como el popular Foerster del ejército alemán . ^[28]

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

Existen otros factores que afectan el tamaño de la señal resultante, como la cantidad de vueltas del devanado sensor, 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 sensor 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 sensor se active para contrarrestar el campo externo. En tales casos, la corriente de retroalimentación varía linealmente con el campo magnético externo y se utiliza como base para la medición. Esto ayuda a contrarrestar la no linealidad inherente entre la intensidad del campo externo aplicado y el flujo controlado a través del devanado sensor.

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 refrigerados 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 funcionar, por lo que los requisitos de embalaje para usarlos son bastante estrictos tanto desde un punto de vista termomecánico como 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 utilizan SQUID de vez en cuando, pero la logística de enfriamiento del SQUID es mucho más complicada que la de otros magnetómetros que funcionan a temperatura ambiente.

Los magnetómetros basados ​​en gases atómicos pueden realizar mediciones vectoriales del campo magnético en el régimen de campo bajo, donde la desintegración 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 bombeados ópticamente se han probado en varias configuraciones y con diferentes especies atómicas, en particular álcali (potasio, rubidio y cesio), helio y mercurio . Para el caso del álcali, los tiempos de coherencia se limitaron en gran medida debido a la relajación del intercambio de espín. Un gran avance ocurrió a principios de la década de 2000, el grupo de Romalis en Princeton demostró que en un régimen de campo tan bajo, los tiempos de coherencia del álcali pueden mejorarse en gran medida si se puede alcanzar una densidad suficientemente alta mediante calentamiento a alta temperatura, este es el llamado efecto SERF .

El principal interés de los magnetómetros de bombeo óptico es reemplazar a los magnetómetros SQUID en aplicaciones donde el enfriamiento criogénico es un inconveniente. Este es el caso, en particular, de las imágenes médicas, donde dicho enfriamiento impone un aislamiento térmico grueso, lo que afecta en gran medida la amplitud de las señales biomagnéticas registradas. Varias empresas emergentes están desarrollando actualmente magnetómetros de bombeo óptico para aplicaciones biomédicas: los de TwinLeaf ^[29] , quSpin ^[30] y FieldLine ^[31] se basan en vapores alcalinos, y los de Mag4Health en helio-4 metaestable. ^[32]

Con una densidad atómica suficientemente alta, se puede lograr una sensibilidad extremadamente alta. Los magnetómetros atómicos libres de relajación por 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 aproximadamente 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} . ^[33] Esta tecnología tiene una mayor sensibilidad por unidad de volumen que los detectores SQUID. ^[34] La tecnología también puede producir magnetómetros muy pequeños que en el futuro podrían reemplazar las bobinas para detectar campos magnéticos de radiofrecuencia. ^{[ cita requerida ]} 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. ^[35] Esto permite que la medición magnética se realice cerca de altos voltajes eléctricos.

La calibración de magnetómetros se realiza generalmente por medio de bobinas que son alimentadas por una corriente eléctrica para crear un campo magnético. Esto 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 utilizan 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 ^[36] o calibración en el campo magnético terrestre altamente homogéneo .

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Los magnetómetros tienen una gama muy diversa de aplicaciones, incluyendo la localización de objetos tales como submarinos, barcos hundidos, peligros que afectan a las tuneladoras , peligros de minas de carbón, municiones sin detonar, bidones de residuos tóxicos, así como una amplia gama de depósitos minerales y estructuras geológicas. También tienen aplicaciones en monitores de ritmo cardíaco, detección de armas ocultas, ^[37] posicionamiento de sistemas de armas militares, sensores en frenos antibloqueo, predicción meteorológica (a través de ciclos solares), pilones de acero, sistemas de guía de perforación, arqueología, tectónica de placas, propagación de ondas de radio y exploración planetaria. Los magnetómetros de laboratorio determinan el momento dipolar magnético de una muestra magnética, típicamente en función de la temperatura , el campo magnético u otro parámetro. Esto ayuda a revelar sus propiedades magnéticas tales como ferromagnetismo , antiferromagnetismo , superconductividad u otras propiedades que afectan al magnetismo .

Dependiendo de la aplicación, los magnetómetros se pueden utilizar en naves espaciales, aviones ( magnetómetros de ala fija ), helicópteros ( stinger y bird ), en tierra ( mochila ), remolcados a distancia detrás de cuatriciclos (ATV) en un ( trineo o remolque ), bajados a pozos ( herramienta , sonda o sonda ) o remolcados detrás de barcos ( tow fish ).

Los magnetómetros se utilizan para medir o controlar la tensión mecánica en materiales ferromagnéticos. La tensión mecánica mejorará la alineación de los dominios magnéticos a escala microscópica, lo que aumentará el campo magnético medido cerca del material por los 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 demostrado en muchas publicaciones científicas. Se han realizado esfuerzos para resolver el problema inverso de la resolución de la magnetización-tensión con el fin de cuantificar la tensión en función del campo magnético medido. ^{[38] [39]}

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

Los magnetómetros también se utilizan para detectar yacimientos arqueológicos , naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros de compuerta de flujo son populares debido a su configuración compacta y su costo relativamente bajo. Los gradiómetros mejoran las características superficiales y eliminan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros de cesio y Overhauser también son muy efectivos cuando se utilizan como gradiómetros o como sistemas de un solo sensor con estaciones base.

El programa de televisión Time Team popularizó la "geofis", que incluye técnicas magnéticas utilizadas en trabajos arqueológicos para detectar hogares de fuego, paredes de ladrillos cocidos y piedras magnéticas como el basalto y el granito. A veces es posible cartografiar senderos y carreteras con compactación diferencial en suelos magnéticos o con perturbaciones en arcillas, como en la Gran Llanura Húngara . Los campos arados se comportan como fuentes de ruido magnético en tales estudios.

Los magnetómetros pueden dar una indicación de la actividad auroral antes de que la luz de la aurora se haga visible. Una red de magnetómetros en todo el mundo mide constantemente el efecto del viento solar en el campo magnético de la Tierra, que luego se publica en el índice K. [ ^40]

Si bien los magnetómetros se pueden utilizar para ayudar a mapear la forma de la cuenca a escala regional, se utilizan más comúnmente para mapear los peligros para la minería de carbón, como las intrusiones basálticas ( diques , umbrales y tapones volcánicos ) que destruyen los recursos y son peligrosas para los equipos de minería de tajo largo. Los magnetómetros también pueden localizar zonas incendiadas por rayos y mapear la siderita (una impureza del carbón).

Los mejores resultados de los estudios se obtienen sobre el terreno en estudios de alta resolución (con un espaciado de línea de aproximadamente 10 m y un espaciado de estación de 0,5 m). Los magnetómetros de pozo que utilizan un Ferret ^{[ aclaración necesaria ]} también pueden ayudar cuando las vetas de carbón son profundas, utilizando múltiples umbrales o mirando debajo de los flujos de basalto superficiales. ^{[ cita requerida ]}

Los estudios modernos generalmente utilizan magnetómetros con tecnología GPS para registrar automáticamente el campo magnético y su ubicación. El conjunto de datos se corrige luego 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. ^[41]

Los magnetómetros se utilizan en la perforación direccional de petróleo o gas para detectar el acimut de las herramientas de perforación cerca de la perforadora. ^[42] Por lo general, se combinan con acelerómetros en las herramientas de perforación para que se puedan encontrar tanto la inclinación como el acimut de la perforadora. ^[42]

Con fines defensivos, las armadas utilizan conjuntos de magnetómetros colocados en el fondo marino en lugares estratégicos (es decir, alrededor de los puertos) para monitorear la actividad submarina. Los submarinos rusos de titanio de clase Alfa fueron diseñados y construidos a un alto costo para frustrar tales sistemas (ya que el titanio puro no es magnético). ^[43]

Los submarinos militares se desmagnetizan (haciéndolos pasar por grandes bucles submarinos a intervalos regulares) para evitar que los detecten 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 determinar la profundidad a la que se encuentra un submarino midiendo su campo magnético, que se distorsiona a medida que la presión distorsiona el casco y, por lo tanto, el campo. El calentamiento también puede cambiar la magnetización del acero. ^{[ Aclaración necesaria ]}

Los submarinos remolcan largas redes de sonares para detectar barcos, e incluso pueden reconocer diferentes ruidos de hélice. Las redes de sonares deben estar ubicadas con precisión para que puedan triangular la dirección hacia los objetivos (por ejemplo, los barcos). Las redes no se remolcan en línea recta, por lo que se utilizan magnetómetros de compuerta de flujo para orientar cada nodo de sonar en la red.

Las compuertas de flujo también se pueden utilizar en sistemas de navegación de armas, pero han sido reemplazadas en gran medida por el GPS y los giroscopios láser de anillo .

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

Las cargas útiles de los UAV también incluyen magnetómetros para una variedad de tareas defensivas y ofensivas. ^{[ ejemplo necesario ]}

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

Los países desarrollados, como Australia, Canadá y Estados Unidos, invierten mucho en estudios sistemáticos de magnetismo aéreo de sus respectivos continentes y océanos circundantes, para ayudar con la geología cartográfica y el descubrimiento de depósitos minerales. Estos estudios aeromagnéticos se realizan normalmente con un espaciado de línea de 400 m a una elevación de 100 m, con lecturas cada 10 metros o más. Para superar la asimetría en la densidad de datos, los datos se interpolan entre líneas (normalmente 5 veces) y luego se promedian los datos a lo largo de la línea. Estos datos se cuadriculan a un tamaño de píxel de 80 m × 80 m y la imagen se procesa utilizando un programa como ERMapper. A escala de concesión de exploración, el estudio puede ser seguido por un helimag más detallado o un ala fija estilo fumigador de cultivos a un espaciado de línea de 50 m y una elevación de 50 m (si el terreno lo permite). Dicha imagen se cuadricula 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 aeromagnéticas pueden seguirse con estudios magnéticos terrestres en un espaciado de línea de 10 m a 50 m con un espaciado de estación de 1 m para proporcionar el mejor detalle (cuadrícula de píxeles de 2 a 10 m) (o 25 veces la resolución antes de la perforación).

Los campos magnéticos de los cuerpos magnéticos de mineral disminuyen con la distancia inversa al cubo ( objetivo dipolar ) o, en el mejor de los casos, con la distancia inversa al cuadrado ( objetivo monopolar magnético ). Una analogía de la resolución con la 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 delanteros y luego la luz intermitente izquierda.

La interpretación de los datos magnéticos para la exploración minera plantea muchos desafíos. Los distintos objetivos se mezclan como si fueran varias fuentes de calor y, a diferencia de la luz, no hay un telescopio magnético para enfocar los campos. La combinación de varias fuentes se mide en la superficie. La geometría, la profundidad o la dirección de magnetización (remanencia) de los objetivos generalmente no se conocen, por lo que varios modelos pueden explicar los datos.

Potent de Geophysical Software Solutions [1] es un paquete de interpretación magnética (y de gravedad) líder utilizado 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 chimeneas de kimberlita ) como, más comúnmente, indirectamente, por ejemplo mediante el mapeo de estructuras geológicas propicias para la mineralización (es decir, zonas de cizallamiento y halos de alteración alrededor de los granitos).

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

Debido a que las colinas y los valles bajo el avión hacen que las lecturas magnéticas suban y bajen, un altímetro de radar registra la desviación del transductor con respecto a la altitud nominal sobre el suelo. También puede haber una cámara que tome fotografías del suelo. La ubicación de la medición se determina también registrando un GPS.

Muchos teléfonos inteligentes contienen magnetómetros de sistemas microelectromecánicos (MEMS) miniaturizados que se utilizan para detectar la intensidad del campo magnético y se utilizan como brújulas . El iPhone 3GS tiene un magnetómetro, un sensor de permalloy magnetorresistivo, el AN-203 producido por Honeywell. ^[44] 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. ^[45]

Los investigadores de Deutsche Telekom han utilizado magnetómetros integrados en dispositivos móviles para permitir la interacción tridimensional 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 que sostiene o lleva puesto un imán. ^[46]

Los métodos sísmicos se prefieren a los magnetómetros como el método de estudio principal para la exploración petrolera, aunque los métodos magnéticos pueden brindar información adicional sobre la geología subyacente y en algunos entornos evidencia de fugas de las trampas. ^[47] Los magnetómetros también se utilizan en la exploración petrolera 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 .

Un magnetómetro de tres ejes fluxgate fue parte de las misiones Mariner 2 y Mariner 10. ^[48] Un magnetómetro de técnica dual es parte de la misión Cassini-Huygens para explorar Saturno. ^[49] Este sistema está compuesto por un magnetómetro de helio vectorial y un magnetómetro de fluxgate. ^[50] Los magnetómetros también fueron un instrumento componente de la misión Mercury MESSENGER . Un magnetómetro también puede ser utilizado por satélites como GOES para medir tanto la magnitud como la dirección del campo magnético de un planeta o una luna.

Las prospecciones sistemáticas se pueden utilizar para buscar yacimientos minerales o localizar objetos perdidos. Dichas prospecciones se dividen en:

• Estudio aeromagnético
• Pozo de sondeo
• Suelo
• Marina

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

Los datos se pueden dividir en datos de puntos localizados y datos de imagen, estos últimos en formato ERMapper.

Las imágenes de magnetovisión se pueden generar a partir de la distribución de los parámetros del campo magnético (por ejemplo, amplitud o dirección) medidos en el espacio . Esta presentación de datos magnéticos es muy útil para realizar análisis posteriores y fusionar datos .

Los gradiómetros magnéticos son pares de magnetómetros con sus sensores separados, generalmente de forma horizontal, 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 de la Tierra 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 superficiales y, por lo tanto, son buenos para el trabajo arqueológico y de investigación de sitios. También son buenos para el trabajo en tiempo real, como la ubicación de municiones sin explotar (UXO). Es dos veces más eficiente operar una estación base y usar dos (o más) sensores móviles para leer líneas paralelas simultáneamente (suponiendo que los datos se almacenan y se procesan posteriormente). De esta manera, se pueden calcular gradientes tanto a lo largo de la línea como a lo largo de la línea.

En la exploración minera y el trabajo arqueológico tradicionales, se utilizaban estacas de cuadrícula colocadas con teodolito y cinta métrica para delimitar el área de estudio. En algunos estudios de UXO se utilizaban cuerdas para delimitar los carriles. En los estudios aéreos se utilizaban radiobalizas de triangulación, como Siledus.

Se desarrollaron disparadores electrónicos no magnéticos de cadena de cadera para activar magnetómetros. Utilizaron codificadores de eje rotatorio para medir la distancia a lo largo de bobinas de algodón desechables.

Los exploradores modernos utilizan una gama de unidades GPS de baja firma magnética, incluido el GPS cinemático en tiempo real.

Los estudios magnéticos pueden verse afectados por ruidos provenientes de diversas fuentes. Las distintas tecnologías de magnetómetros sufren distintos tipos de problemas de ruido.

Los errores de rumbo son un grupo de ruidos. Pueden provenir de tres fuentes:

• Sensor
• Consola
• Operador

Algunos sensores de campo total dan lecturas diferentes según su orientación. Los materiales magnéticos del 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 que se encuentran en la consola o dentro de ella. Estos incluyen la ferrita en los núcleos de los inductores y transformadores, los marcos de acero alrededor de las pantallas LCD, las patas de los chips de circuitos integrados y las carcasas de acero de las baterías desechables. Algunos conectores de especificación militar 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 los artículos que lleven durante un estudio. Los sombreros Akubra son muy populares en Australia, pero sus bordes de acero deben quitarse antes de usarlos en estudios magnéticos. Los anillos de acero en los cuadernos, las botas con puntera de acero y los resortes de acero en los ojales de los overoles pueden causar ruido innecesario en los estudios. Los bolígrafos, los teléfonos móviles y los implantes de acero inoxidable también pueden ser problemáticos.

La respuesta magnética (ruido) de los objetos ferrosos en el operador y la consola puede cambiar con la dirección del rumbo debido a la inducción y la remanencia. Los sistemas de aeronaves de reconocimiento aeromagnético y de vehículos todo terreno pueden utilizar compensadores especiales para corregir el ruido de error de rumbo.

Los errores de rumbo se parecen a patrones en espiga en las imágenes de la encuesta. Las líneas alternas también pueden ser onduladas.

El registro de datos y el procesamiento de imágenes son superiores al trabajo en tiempo real porque las anomalías sutiles que el operador suele pasar por alto (especialmente en áreas con ruido magnético) se pueden correlacionar entre líneas, formas y grupos mejor definidos. También se puede utilizar una variedad de técnicas de mejora sofisticadas. También existe una copia impresa y la necesidad de una cobertura sistemática.

El algoritmo de navegación magnetométrica (MAGNAV) se ejecutó inicialmente como un experimento de vuelo en 2004. ^{[51] 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. ^[52]

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Magnetómetro .

• Técnicas de predicción de terremotos y más investigaciones sobre el estudio de los campos electromagnéticos
• Programa de geomagnetismo del USGS
• Campo de la Tierra RMN (EFNMR)
• Magnetómetros espaciales
• Pautas prácticas para la construcción de un magnetómetro por aficionados – Parte 1 Introducción Archivado el 10 de julio de 2012 en Wayback Machine
• Pautas prácticas para la construcción de un magnetómetro por aficionados – Parte 2 Construcción Archivado el 24 de febrero de 2021 en Wayback Machine