磁场测量

[拼音]：cichang celiang

[外文]：magnetic field measurement

空间或磁性材料中磁通、磁通密度、磁通势、磁场强度等的测量。是磁学量测量的内容之一。空间的磁通密度与磁场强度成比例关系，空间磁场强度的测量，实质上也是磁通密度的测量。因而用磁强计测量的实际上是磁通密度。

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H₀的被测恒定磁场中时，两铁心分别受到H₀+H_∼和H₀-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H₀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ƒ₀=γB（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ƒ₀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最大磁通密度B_m ，，ƒ为频率，S为铁心有效截面，N₂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最大值，也可在均匀标准磁场中进行标定。

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