Измерения параметров магнитных полей

Под параметрами магнитного поля принято понимать скалярные, векторные и тензорные величины, характеризующие магнитное поле и инвариантные относительно системы координат. К ним относятся магнитный поток, вектор магнитной индукции, вектор напряженности магнитного поля, градиент вектора магнитной индукции (тензор), градиент модуля магнитной индукции (вектор) и др. Обычно непосредственно измеряемыми параметрами магнитного поля являются скалярные величины: магнитный поток, модуль вектора магнитной индукции или его составляющие, производные этих величин, функционально связанные с указанными векторными и тензорными величинами и дающие возможность определить топографию и степень неоднородности магнитного поля, а также характер егоизменения во времени.

Измерения параметров магнитного поля являются основой всех магнитных измерений, поскольку на них базируются все остальные виды магнитных измерений: измерения магнитных параметров и характеристик материалов, веществ и изделий, магнитные измерения в научных исследованиях и др. Примерами важных научных и народнохозяйственных проблем, решаемых с помощью магнитных измерений, являются: исследование строения вещества и микрочастиц, теория магнетизма и физики твердого тела, изучение ближнего и дальнего космоса, разработка термоядерных источников энергии, ускорительной техники, магнитогидродинамических и криогенных генераторов, высокоскоростного наземного транспорта на магнитной подушке, поиск полезных ископаемых, создание ферромагнитных материалов и веществ с наперед заданными свойствами, воздушная и морская навигация, методы диагностики в технике и медицине и др.

Современная практика, включая уникальные научные исследования, требует измерения параметров постоянных магнитных полей с индукцией от 10^-16 Тл (магнитный вакуум) до 30 Тл, переменных – от 10^-15 Тл до нескольких тесла в диапазоне частот от долей герц до десятков мегагерц, импульсных – с индукцией от 10^-15 Тл до сотен тесла при длительности импульсов от единиц наносекунд до нескольких секунд. Магнитный поток необходимо измерять от тысячных долей кванта магнитного потока до десятков вебер. В ряде случаев измерения необходимо производить при сверхнизких или сверхвысоких температурах, в космическом пространстве, при низких и высоких давлениях и в других экстремальных условиях.

Разнообразны требования к точности измерения магнитных величин. При определении значений физических констант, в метрологической практике и в спектроскопии ЯМР необходимо стабилизировать и измерять магнитную индукцию с погрешностью 10^-8 – 10^-6. При исследовании устройств ускорительной техники и различных систем с постоянными магнитами погрешности не должны превышать 10^-6 – 10^-3. Погрешности измерений магнитного потока находятся в пределах 10^-5 – 10^-1. Повышаются требования и к точности измерения дифференциальных параметров магнитного поля, определение которых необходимо при исследовании топографии полей различных электрофизических устройств, в навигации, а также при решении обратной задачи магнитометрии – обнаружения и описания источников магнитного поля и залежей полезных ископаемых.

Большинство методов измерений параметров магнитного поля базируется на двух основных проявлениях магнитного поля: силовом (энергетическом) взаимодействии магнитного поля с макро- или микроскопическими токами и электромагнитной индукции.