淺談磁場測量技術的發展及其應用

楊船前 王曉麗

摘 要：現階段，磁場測量技術已經以其獨特的優勢被廣泛應用在我國眾多領域當中，對我國的發展與穩定具有重要意義。基于此，本文首先從磁力法、電磁感應法、磁飽和法、電磁效應法、磁共振法以及超導效應法等方面分析了磁場測量技術的發展，其次從宇宙工程領域、工業領域、國防及軍事領域等方面介紹了磁場測量技術的相關應用，具有重要的參考價值。

關鍵詞：磁場測量技術；電磁感應；電磁效應

在我國東漢時期，就有了有關于磁場測量技術的記載，司南以及指南針等的應用都和磁場測量技術有著密不可分的聯系。隨著科學技術的不斷發展，人們對電磁效應以及電磁感應等進行了深入研究，進而促進了磁場測量技術的快速發展。現階段，人們已經拓寬了磁場測量技術的應用范圍，對其在廣度以及精度等方面也提出了全新的要求，而要想實現這一要求，就需要對磁場測量技術的發展及其應用進行充分研究，并在此基礎上對磁場測量技術進行創新，進而實現它的穩定發展。

1磁場測量技術的發展

1.1磁力法

基于磁力法下的磁場測量儀器包括兩種：磁強計式與電動式。對于磁力法而言，比較古老，主要將磁力作為原理，現階段，在一些地磁場測量以及地磁研究方面依然在運用這種方法。

磁強計指的是可以使磁針發生偏轉的磁場測量儀器，通過這種磁強計既可以測量磁針的偏轉角與振動周期，又可以對一些不規則的磁場進行測量。在高科技時代背景下，人們在創新磁場測量儀器的同時，也促進了磁力法的快速發展。

1.2電磁感應法

電磁感應法主要是將磁石導電性、介電性以及導磁性等之間的差異作為基礎，通過電磁感應原理，借助電磁場時間變化以及空間分布的規律，來尋找各種地質問題的解決方法。在電磁感應法當中，磁強針傳感器實際上就是探測線圈，它的靈敏度會受到線圈大小以及鐵芯材料等的影響。按照電磁感應強度，可以對電磁感應法進行細分，分成震動、固定、移動以及旋轉等線圈法。通過這種方法進行測量，誤差比較小。

1.3磁飽和法

磁飽和法主要是在交變磁場的作用下，通過磁芯磁感應強度和磁場強度之間的關系對磁場進行測量。這種方法的應用時間比較早。磁飽和是指導磁材料在物理結構的影響下，對磁場量進行了限制。磁場飽和法可以分成非選擇法與諧波選擇法兩種。基于磁飽和法下的磁場測量儀器被稱作磁飽和磁強計，隨著社會的不斷發展，這種測量方法也在不斷被改進。

1.4電磁效應法

電磁效應主要是對導體中的電流進行充分利用，在磁場的影響下，產生電磁效應，利用磁生電以及電生磁等原理，進行有效測量。霍爾效應與磁阻效應是電磁效應的重要組成部分。

霍爾效應實際上屬于一種電勢差現象，其本質是載流子在進行外磁場運動時，因為受到洛倫茲力的影響而發生偏移，并在材料兩端對電荷進行積累，進而產生垂直于電流方向的電場，當載流子由于受到電場排斥力以及洛倫茲力等的影響而處于平衡狀態時，就會形成一個電勢差。

磁阻效應與霍爾效應比較類似，也是因為載流子受到洛倫茲力的影響而產生的。在電場排斥力以及磁力等處于平衡狀態的時候，載流子就會在兩端聚集，進而形成電場，如果載流子的速度比電場慢，那么它們就會沿著電場力的方向進行偏移，如果載流子的速度比電場快，那么它們就會沿著洛倫茲力的方向進行偏移，進而增加電阻。因為磁阻器件具有極強的靈敏性，所以被廣泛應用在醫學領域當中。

磁阻效應對薄膜技術的研發具有重要影響。應用這種方法，不僅可以對恒定磁場進行測量，同時也可以測量變化快或者是不均勻的磁場。薄膜磁阻的磁強針具有靈敏度高、體積小以及能耗低等優點，所以它的應用前景也比較廣闊、樂觀。

1.5磁共振法

磁共振法主要是通過量子狀態的變化對磁場進行測量，其測量對象通常都是一些恒定磁場。磁通門技術是該方法的典型應用。磁通門技術快速發展的時間是“七五”期間，由于磁通門具有精確的分辨力，因此被廣泛應用在工業領域當中。另外，將磁通門梯度計與微機進行有效結合，可以對肺磁測試系統進行研制，不僅能夠對病床水平位置進行控制，同時還可以對地磁場進行自動補償，對肺磁圖進行快速打印，對肺病的診斷具有重要意義。

1.6超導效應法

超導效應法主要是通過超導電流與外部磁場間的函數關系來測量恒定磁場，該方法具有極強的分辨力與靈敏度，不僅可以對磁通量變化進行測量，同時也可以對磁感應強度以及磁場梯度等進行測量。在高科技時代背景下，出現了很多新超導材料，在一定程度上促進了超導技術的發展。在物理、計算機技術以及電子技術等的快速發展下，拓寬了磁場的應用范圍，由過去的司南以及指南針等轉變為現階段的磁通門技術以及高溫SQUID技術[1]。

2磁場測量技術的應用

2.1宇宙工程領域

將磁通門法以及量子干涉法應用在人造衛星系統當中，可以對星際磁場以及衛星外層空間等進行測試，有利于對火箭發射以及人造衛星等的控制。利用感應線圈法以及磁通門法等，可以對空間磁場進行測量，在了解空間磁場的基礎上，可以對指針勘察以及地震預測等進行研發，對一些地質災害進行及時了解，進而對災害進行有效預防。

2.2工業領域

在磁場測量過程中，因為磁場磁力具有靈敏度，因此被廣泛應用在工業、醫療器械以及交通等領域當中，比如導航系統、車輛檢測、數字式羅盤以及偽鈔鑒別等。通過由光泵法以及磁通門法等制成的儀器，可以對電纜接頭、地下管道等進行探測，將電勢差方法應用在汽車速度表、信號傳感器以及物理檢測器等當中，可以增強信息的可靠性，讓數據變得更加合理、更加精確[2]。

2.3國防及軍事領域

隨著軍事領域以及科學技術等的快速發展，在國防及軍事領域中應用磁場測量技術也是十分必要的。通過對磁場測量技術進行有效研究，有利于我國軍事領域中磁測量工作的開展，對我國的發展與安定具有重要意義。

3 結論

總而言之，科學研究是永無止境的，對于相關研究人員而言，應該在明確磁場測量技術的發展及應用的基礎上，對其進行創新，拓寬它的測量范圍、提高它的測量精度，滿足時代發展對其的全新要求，進而為我國經濟以及科學技術的發展貢獻一份力量。

參考文獻

[1]車曉芳.磁場測量技術的發展與應用[J].湖北科技學院學報，2014，34（10）：11-12.

[2]姜智鵬，趙偉，屈凱峰.磁場測量技術的發展及其應用[J].電測與儀表，2008（04）：1-5+10.

作者簡介

楊船前（1990-），男，貴州省納雍縣陽長鎮，本科，研究方向：物理實驗、教學實驗、物理教學研究。

通訊作者

王曉麗，貴州工程應用技術學院，理學院教授講師。