Магнитометрическая аппаратура включает широкий спектр устройств, предназначенных для измерения параметров магнитного поля. Эти приборы применяются как в лабораторных исследованиях, так и в полевых геофизических съемках. Ключевыми характеристиками магнитометров являются чувствительность, стабильность, разрешающая способность и устойчивость к внешним воздействиям. В лабораторных условиях применяются специализированные приборы для точного изучения физических свойств образцов, таких как магнитная восприимчивость, остаточная намагниченность, коэрцитивная сила и другие параметры.
Магнитометры индукционного типа работают на основе закона электромагнитной индукции. Основной измерительный элемент — катушка, в которой при изменении магнитного потока индуцируется ЭДС. Преимуществами этого типа приборов являются простота конструкции, высокая надежность и устойчивость к механическим помехам. Однако их чувствительность ограничена, поэтому они используются в основном для грубых измерений или в качестве регистрирующих датчиков в более сложных системах.
Протонные магнитометры основаны на эффекте ядерного магнитного резонанса водорода. Измерение производится по частоте прецессии ядер протонов в магнитном поле, которая пропорциональна напряженности поля. Такие приборы обеспечивают высокую абсолютную точность (погрешность порядка ±1 нТл) и широкое распространение получили в полевой геофизике. Их применяют также и в лабораторной практике, особенно при необходимости калибровки других устройств или выполнения прецизионных измерений.
Данный тип магнитометров основан на измерении разности потенциалов, возникающей под действием магнитного поля. К ним относятся в частности приборы Холла, в которых магнитное поле вызывает боковой потенциал в полупроводниковом кристалле. Преимущества таких устройств — миниатюрность и возможность локального измерения напряженности поля, что делает их незаменимыми в экспериментах по картированию распределения поля внутри образца.
Сюда относятся сверхпроводящие квантовые интерферометры (SQUID — Superconducting Quantum Interference Device), отличающиеся исключительной чувствительностью (до 10⁻¹⁵ Тл). Их работа основана на явлениях сверхпроводимости и квантовой интерференции. SQUID-магнитометры незаменимы при изучении сверхслабых магнитных сигналов, в том числе при исследованиях слабомагнитных минералов, археологических образцов, биологических объектов. Аппаратура требует криогенного охлаждения, что ограничивает её повседневное применение, но при этом открывает уникальные возможности.
В лабораторной геофизике используются специализированные установки, предназначенные для получения количественных характеристик магнитных свойств. Ниже приведены основные виды аппаратуры.
Для измерения магнитной восприимчивости применяются как низкочастотные, так и высокочастотные приборы. Классический прибор — мостовая схема с катушкой, помещённой в генераторное поле. Частота сигнала подбирается с учётом размера и природы образца. Современные устройства, такие как Kappabridge или Bartington MS2, позволяют измерять как объемную, так и массовую восприимчивость, а также изучать её температурную зависимость в диапазоне от −200°C до +700°C.
Весы Гуя используются для определения силы, действующей на образец в магнитном поле. Это позволяет рассчитать его магнитную восприимчивость. Метод особенно эффективен при изучении парамагнитных и диамагнитных материалов. Весы Фарадея позволяют проводить аналогичные измерения, но с другой конфигурацией магнитного поля. Высокая чувствительность делает эти приборы ценными при изучении слабомагнитных минералов и синтетических материалов.
Для определения остаточной намагниченности (remanent magnetization) применяются криогенные магнитометры и импульсные системы размагничивания. Методика включает пошаговое размагничивание переменным магнитным полем и регистрацию остаточной намагниченности на каждом этапе. Это позволяет выявить различные компоненты намагниченности, связанные с различными геологическими процессами (термомагнитные, химические и детритовые источники намагниченности).
Гистерезисные петли позволяют получить параметры, такие как коэрцитивная сила, насыщенная остаточная намагниченность и магнитная восприимчивость при насыщении. Приборы для построения гистерезисных петель обычно основаны на методах вибрационного магнитометрирования (VSM) или с использованием катушек Б-Н. Современные установки оснащаются автоматическими системами измерения и анализа.
Для повышения точности и воспроизводимости измерений в лабораториях используются следующие типы аппаратуры:
Современная лабораторная магнитометрическая аппаратура часто включает в себя автоматизированные комплексы с программным управлением. Такие системы позволяют:
Примерами таких комплексов являются MagLab (Cryogenic Ltd), MFK1-FA (AGICO), Quantum Design MPMS и другие. Они активно используются как в академических исследованиях, так и в прикладной геофизике.
Для обеспечения достоверности измерений необходима регулярная калибровка магнитометрической аппаратуры с использованием эталонных образцов с известными параметрами. Важнейшими параметрами при калибровке являются:
Калибровочные стандарты часто изготавливаются на основе синтетических ферритов, диамагнитных кристаллов или ферромагнитных сплавов с устойчивыми свойствами.
Работа с магнитометрической аппаратурой требует строгого соблюдения техники безопасности. При наличии сильных магнитных полей необходимо:
Кроме того, точность результатов во многом зависит от условий лабораторного помещения: необходима магнитная чистота, термостабильность и минимальное влияние вибраций.