磁场测量

磁场测量主要利用磁测量仪器进行。按照被测磁场的性质，磁场测量分为恒定磁场测量和变化磁场测量。

恒定磁场测量 　对于不随时间而变化的直流磁场的测量。常用的测量仪器有以下 7 种。

　　①力矩磁强计：简称磁强计。利用磁场的力效应测量磁场强度或材料的磁化强度。

　　② 磁通计 和冲击检流计（见 检流计 ）：用于冲击法 ( 见 软磁材料测量 ) 中测量磁通及磁通密度。测量时，须人为地使检测线圈中的磁通发生变化。

　　③旋转线圈磁强计：在被测的 恒定磁场 中，放置一个小检测线圈，并令其作匀速旋转。通过测量线圈的 电动势 , 可计算出磁通密度或磁场强度。测量范围为 0.1 毫特到 10 特。误差为 0.1 ～ 1 ％。也可将检测线圈突然翻转或快速移到无场区，按冲击法原理测量磁通密度。

　　④磁通门磁强计：由高磁导率 软磁材料 制成的铁心同时受交变及恒定两种磁场作用，由于 磁化曲线 的非线性，以及铁心工作在曲线的非对称区，使得缠绕在铁心上的检测线圈感生的电压中含有偶次谐波分量，特别是二次谐波。此谐波电压与恒定磁场强度成比例。通过测量检测线圈的谐波电压，计算出磁场强度。磁通门磁强计的原理结构如图所示。

探头中的两个铁心用高磁导率软磁合金制成。每一铁心上各绕有交流励磁线圈，而检测线圈绕在两铁心上。两交流励磁线圈串联后由振荡器供电，在两铁心中产生的磁场强度为 H ∼ ，但方向相反。这样，检测线圈中感生的基波及奇次谐波电压相互抵消。当探头处在强度为 H 0 的被测恒定磁场中时 , 两铁心分别受到 H 0 +H ∼ 和 H 0 -H ∼ 即交变与恒定磁场的叠加作用，从而在检测线圈中产生偶次谐波电压，经选频放大和同步检波环节，取其二次谐波电压，其读数与被测的恒定磁场强度 H 0 成比例。磁通门磁强计的灵敏度很高 , 分辨力达 100 皮特。主要用于测量弱磁场。广泛用于地质、海洋和空间技术中。 20 世纪 60 ～ 70 年代研制成的光泵磁强计和利用超导量子干涉器件 (squid) 制成的超导量子磁强计，灵敏度更高 , 分辨力分别达到 10 -7 和 10 -9 安／米。

　　⑤霍耳效应磁强计：半导体矩形薄片放置在与薄片平面垂直的磁场（磁通密度为 B ）中 , 若在薄片的相对两端面间通以直流电流 I, 则在另两端面的相应点间产生电动势 E( 即霍耳效应 ) 。当 I 为常数时， E 与 B 有比例关系，比例系数与薄片的宽度 b ，长度 l 和厚度 d 以及所用材料有关。材料的这种特性又称为磁敏特性。利用霍耳效应制成的磁强计 , 可测量 1 微特到 10 特范围内的磁通密度值。误差为 0.1 ～ 5 ％。霍耳片能做得薄而小，可伸入狭窄间隙中进行测量，也可用以测量非均匀磁场。有磁敏特性的器件，除霍耳片外还有铋螺线、磁敏二极管等。

　　⑥核磁共振磁强计 : 原子核的磁矩在磁通密度 B 的作用下，将围绕磁场方向旋进 , 其旋进频率ƒ 0 = γ B （γ为旋磁比 , 对于一定的物质，它是一个常数），若在垂直于 B 的方向施加一小交变磁场 , 当其频率与ƒ 0 相等时 , 将产生共振吸收现象，即核磁共振。由共振频率可准确地计算出磁通密度或磁场强度。这种磁强计的测量范围为 0.1 毫特到 10 特。准确度很高 , 误差低于 10 -4 ～ 10 -5 , 常用以提供标准磁场及作为校验标准。

　　⑦磁位计：用于测量空间 a 、 b 两点间的磁位差，如系均匀磁场，可折算出该处的磁场强度。磁位计也可用来测量材料内部的磁场强度。由于磁性材料界面处的磁场强度切线分量相等，因此在沿材料表面空间处用磁位计测得的磁场强度，就是材料该处内部的磁场强度切线分量。磁位计的结构是将细绝缘导线均匀绕在非磁性软带或硬片上，前者称软磁位计；后者称硬磁位计。测量仪表采用冲击检流计或磁通计。对于恒定磁场，测量过程中须使磁位计所链合的磁通发生变化。如所测为均匀磁场，则由磁位差折算出磁场强度。磁位计可在标准均匀磁场中进行标定，按磁场强度值刻度。

　　变化磁场测量 　对于随时间而变化的交变磁场的测量。通常利用电磁感应效应将磁场的磁学量转变为电动势来测量。以周期性单调上升与下降的交变磁场为例 , 测量磁通密度时 , 只需将检测线圈接到平均值电压表上 , 由电压表的读数尃可计算出*大磁通密度 B m , ，ƒ为频率， S 为铁心有效截面， N 2 为测量线圈匝数。利用霍耳片可直接测磁通密度 , 如保持 I 为直流 , 则输出电动势 E 的波形与磁通密度的波形相同。由 E 可计算出磁通密度值。测量磁场强度时 , 若用平均值电压表作为磁位计的测量仪表，则可根据电压表读数折算出磁场强度的*大值，也可在均匀标准磁场中进行标定。