吸引眼球的磁测量工具

在家中用高斯计测量磁场是另一种有价值的应用。60 Hz 电场的家庭经常有接线错误，例如直流接线的中性脚通过地线或水管返回。电流导体距离很远，构成了一个回路，因此它们产生的磁场远大于正常接线的磁常磁场本身是否会造成损害尚无定论，但最好还是让电源通过墙内电线而不是家里的水管[U2]。

　　检测与“可检测性”

　　多种磁场测量阵列的可用性需要对传感器的广泛选择，以正确地确定磁场的特性（参考文献 6 和图 3）。最基本的一种是一个简单的电感传感器，包括一个有磁芯的线圈。它可以测量交流场，也可以拾取电场。磁芯材料的响应亦限制了传感器可以探测的最高频率。这些类型传感器用于低价的高斯计，通常面向保健市场。

　　电感传感器的最大缺点是它们不能测量直流场。霍尔效应传感器解决了这个问题。霍尔效应传感器会产生一个与磁场强度成正比的输出电压。霍尔效应传感器只工作在一个轴，但供应商可以将三只器件装在一起用于三轴测量，提供足够的信息来探测地球的磁场，或从感兴趣的实际直流场中减掉地球磁场。这些传感器的缺点是会随时间、温度而漂移，因此难以做精密测量。

　　磁通门传感器可指示地球磁场的方向，它也可以测量直流场，并且比霍尔效应器件更灵敏。磁通门传感器采用交流电流扫描导磁磁芯的磁饱和曲线。磁芯的特性决定了需要多少安匝（电流流过一个线圈所产生的磁力）才能达到饱和。磁芯中存在的直流场降低了一个磁力方向上实现饱和所需要的电流量，并增加了当试图沿磁力相反方向驱动磁芯时所需的电流。测量小电流很简单，因此就可能测量小磁场（参考文献 7）。如果你足够快地激励磁通门，它就能很容易地测量 60 Hz 场，以及直到音频范围的其它交流场。

　　德州仪器公司的 Burr-Brown 分公司提供 DRV401 芯片，它可以激励并测量一个磁感式磁力计（与一个磁通门相似）中的线圈响应。将磁芯驱动到某个电流，然后再反转，部件就会建立一个自然振荡。不施加磁场时，振荡的占空比是精确的 50%。当有一个外部场时，占空比会变化，表示出所需加磁场的幅度与方向。这种技术的频率范围可延伸到 100kHz。该芯片为磁产品制造商 Vacuumschmelze 的电流传感器提供磁场检测。

　　大量的磁传感器采用了磁阻原理。磁阻材料会在磁场中改变自己的阻抗。爱尔兰物理学家兼工程师 William Thomson（普遍知道的是 Lord Kelvin）在 1856 年发现了这一现象的理论基础，之后开发了一些技术，用沉积金属的薄膜普及了这些传感器。由于磁场直接改变电阻，这类传感器可以同时测量直流场和交流场，并且由于传感器是阻性的，可以将其用于高频率，这表明它们可以用于磁盘驱动器。这些传感器可以采用 AMR（各向异性磁阻）、GMR（巨磁阻）或 TMR（隧道磁阻）技术。日本物理学家Terunobu Miyazaki 在 1995 年发现，你可以在室温下使用 TMR 技术。由于这一突破，磁盘读写头的制造商用 TMR 传感器达到了现在磁盘所需要的快速响应和高码率。Honeywell 和其它公司的 AMR 传感器获得了从指南针到轮齿检测的广泛应用。

　　例如，Maxim 提供基于 16 bit RISC 微控制器的 MAXQ-7665 智能数据采集系统，它与磁阻传感器接口；它还集成了一个模拟前端、一个可编程增益放大器，以及桥接激励。该器件可在汽车应用中测量方向盘的转向角和牵引控制。Maxim 的资深工程师 Mike Mellor 称，微处理器核心有一个乘法/累加指令，使器件能完成计算与 DSP 型过滤。该器件亦集成了一个 CAN（控制器局域网）总线和 UART。

　　传感器采用测量原子性质的 NMR（核磁共振）技术，因此它们高度精准，你可以用它们作为首要标准。它们的分辨率接近于十亿分之一，其共振是基于氢原子核内一个质子的旋转状态。质子旋进磁力计将水或其它富氢样品放入一个强磁场中，然后使磁场快速衰退，由第二个感应器测量质子的弱共振。地球磁场会产生一个 1.5 kHz 的共振频率。Overhauser 型NMR 传感器用接近 45 MHz 的 RF 能量激励水中的氢原子，传感器吸收共振能量，这个频率与磁场成正比。测量很精确，没有漂移，并且测的是三轴磁场，因为这个作用是无方向性的。但是这些传感器要比其它类型要贵，而且有特有的不足：水在低温下会结冰，毁坏内部容器，GMW Associates 的总裁 Brian Richter 如是说。例如，用户将传感器留在冰雪天的飞机跑道上就会出现此情况。NMR 传感器还要求通过测量容器中的场为统一场，并且它们只用于直流场和慢速交流场。

　　最灵敏的磁力计是 SQUID（超导量子干涉仪器件）。AlphaLab 的 Lee 说：“它们可以很容易检测你大脑或心脏中神经脉冲的磁场。你必须对它们作良好的屏蔽，因为半英里外开过的一辆卡车都会引入更多的磁场。”

　　权衡你的选择