总结10种磁场测量方法

高斯计

磁通门磁力仪

超导量子干涉仪（SQUID）

原子磁力仪

质子磁力仪

光泵磁力仪

磁通表

磁敏电阻

磁共振法

磁光效应

重点介绍前6种（1-6）磁力仪，因为这6种磁力仪比较常用，后4种（7-10）只做简单介绍。

1. 高斯计

1物理原理

高斯计，是根据霍尔效应原理的仪器（如下图所示）。高斯计的霍尔探头在磁场中因霍尔效应而产生电压，测出电压后可计算出待测磁场。

2仪器参数

仪表精度：一般为量程的0.05%-2%

(备注：仪表精度=绝对误差的最大值/仪表量程×100% )

量程范围：一般为1 G～1 T量级

适用于测量比较大的磁场，例如几百高斯，甚至特斯拉量级，测量永磁铁都是非常好的工具；但是，不适用于测量微弱磁场，例如测量地磁场就很不准确的。

仪表带宽

一般为0Hz～几十KHz

3霍尔探头

探头尺寸 尺寸比较小，大约1～2mm量级，测量的磁场是这个尺寸范围内的平均值

测量维度 容易在1～2mm尺寸内集成三维霍尔探头，所以一般高斯计可以测量三维磁场，这是高斯计的优势。

4仪器应用

用于测量磁体的磁场；更适用于测量比较大的磁场。

霍尔效应

当磁场垂直于半导体薄片，电子会受到洛仑兹力的作用，而发生偏转，从而在两侧形成电势差（叫做霍尔电压）。

2. 磁通门磁力仪

仪器参数

分辨率 一般为0.1nT量级，这个精度是高斯计远远难以达到的！

磁通门磁力仪的测量过程，有时会采用正测量一次，然后在把探头反过来测量一次，数据处理：两次结果相加，再除以2。目的是，消除磁场偏移。

仪表精度 读数的0.5%

仪表量程 0.1nT～几万nT量级，覆盖地磁场范围。但是不能测量永磁铁这么强的磁场！

仪表带宽 直流0Hz～1KHz量级

探头剩磁 1nT量级，这个大家够购买时，一定要和厂家说明清楚！否者厂家提供的探头的剩磁，往往比较大~10nT，例如中国计量院。

购买注意点：和公司说明是测量直流磁场还是交流磁场。我使用过一款从中国计量院购买的磁通门磁力仪只有几Hz带宽，如果希望测量工频磁场噪声，就需要专门购置高带宽的磁通门磁力仪。

特别，我们需要测量是工频磁场噪声，一定要选购高带宽磁通门磁力仪。我见过一个工程队帮助大学实验室检测环境工频磁场噪声，用的一款“Stefan Mayer Instruments”三维磁通门磁力仪，噪声小于1pT/root Hz

探头尺寸

探头的大小取决于是单轴还是三轴磁场测量。单轴探头要比三轴探头小很多。

三维探头：一般为2cm～3cm量级，具体可以参考Bartingdon（巴丁顿，这是国际上最好的牌子，但是价格比较高）

单轴探头：一般1cm量级，或者还可以更小，我使用过的一款为8mm。

3物理原理

要想搞清楚磁通门磁力仪的原理：

首先，需要搞清楚一个问题“什么是磁滞回线”？

其次，搞清楚磁滞回线的非线性（又称磁饱和现象，或者磁通门效应，或者变压器效应）；

最后，通过法拉第电磁感应定律推导出磁通门磁力仪的原理；