Table of Contents
סקרים גיאופיזיים מספקים חלון לתוך תת-קרקעית כדור הארץ, המאפשרים חקר מינרלים, מיפוי ארכיאולוגי, והערכה גיאולוגית ללא חפירה.בין הטכניקות היעילות ביותר הן סקרים מגנטיים, המדורגים את הריאציות בתחום המגנטי של כדור הארץ הנגרמת על ידי חומרים מפרשים קבורים, פולשניים אנזים, או תכונות ארכיאולוגיות מודרניות לשלוט בשטח, חיישנים מכניים, שנותרו בלתי-הכרחיים, ומקרי לחימה, אשר משמשים למגבלות מכניות, ותכונות מכניות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, ותכונות מכניות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, והן משמשות, החלות של תכונות מכניות, החלות, החלות, ותכונות מכניות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, והן משמשות, והן להשפעות מכניות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, החלות, והן להשפעות
עקרונות של חיישנים מגנטיים מכניים
חיישני מגנטיים מכניים פועלים על ידי המרת וריאציות שדה מגנטיות לעקירה מכנית או תנועה.עיקרון הליבה מתבסס על האינטראקציה בין שדה מגנטי לבין אלמנט פרורומגנטי – לעתים קרובות משוחרר, מחוספס או אסיפה סלילית – העוברת תנועה פיזית ביחס לכוחו של השדה, לור מגנטי או מסתמך על הרגישות המכנית, או על איסוף אינדוקטיבי.
מגנטית Coupling
בלב של חיישנים מכניים רבים הוא הפיכה מגנטית.רגע מגנטי מוטבע במערכת מכנית חווה מומנט כאשר ממוקם בשדה חיצוני.לדוגמה, מגנטית מושעה (כמו מחט מצפן) מסתובבת כדי להתאים עם שדה הרקע; כל אנמטי מקומי גורם הצצה מרתיעה measurable חיישנים.
עקרונות מילואים ורציונליים
שיעור אחר מנצל את ההתחדשות: הפוגה או מחרוזת עשויים מחומרים פרוטרוגנטיים משנה את התדר המהדהד שלה תחת שדה מגנטי יישומי עקב שינויים בנוקשות (אפקט ⁇ E) או לחץ מגנטי נוסף.השינוי בתדירות ניתן למדוד עם דיוק יוצא דופן, מתן פלט דיגיטלי מ חיישן מכני בסיסי.המגנט המודגש, המשמש לשימוש היסטורי עבור סקרי קרב, לדוגמה, כגון מגנטית, אשר נמדדת באופן מיידי, סגסוגת מגנטית, אשר מופעלת.
סוגים של חיישנים מכניים בפירוט
חיישן מגנטי
חיישנים אלה מסתמכים על אלמנט מכני – באופן אטי מוטה מכוסה באביב או עטווט – שחוויות של כוח ממקם את שיעור הכוח ביחס לשדה המגנטי.בעיצוב קלאסי, מגנטי קטן מושעה על ידי סיבים דקים בתוך דיור. הנוכחי החל באמצעות סליל יוצר כוח שחזור; הזרם הנדרש כדי לשמור על מיקום אפס נמדד, נותן את הכוח המודרני של שימוש מיקרומטרים זעירים (למשל מגנטים) עם סיליקון מכני).
חיישנים מכניים
חיישני Fluxgate נחשבים בדרך כלל אלקטרוניים, אבל עיצובים היסטוריים יחד עם ליבות פלוקסגייט מכניות.במטר מגנטי פלוקסגייט 0, ליבה בעלת יכולת גבוהה מונעת לשקע על ידי זרם משתנה; השדה המגנטי החיצוני יוצר אסימטריה במתח המושרה, אשר הוא פרופורציה עד היום לתחום.
« « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « « ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
מתפתח באמצע המאה ה-20, רוטט ממגנטים בשימוש מדפס דק מופר מגנטי מונע בתדירות המהדהדת שלה על ידי שדה מגנטי משתנה.הרטט של Reed של שינוי כאשר שדה מגנטי ישיר נוכח, בשל אינטראקציה של השדה DC עם כונן AC.
חיישן מגנטי
חומרים מגנטיים משתנים בצורת בשדה מגנטי - אפקט Joule. חיישן יכול לכלול מוטה או חוט של סגסוגת מגנטית (למשל, ניקל, מגלי, או Terfenol-D) מחובר למגירה מכנית מזהה transducer. as השדה המגנטי משתנה, המוטאנטים או חוזים, העברת מנוף או סיביר (BGol-S) יכול להפעיל טמפרטורות גבוהות.
ניתוח השוואתי: מכני לעומת אלקטרוניקה Sensors
כדי להבין את התפקיד של חיישנים מכניים, חיוני להשוות אותם עם עמיתים אלקטרוניים - Fluxgate, proton precession, ו אופטית שואבי מגנטים מומשים חיישנים אלקטרוניים בדרך כלל מציעים רגישות גבוהה יותר (sub-pT עבור משאבה אופטית, - 0.1 nT עבור פלוקסגייטס) ורוחב הפס רחב יותר, הם דורשים אספקת חשמל יציבה, רגישים לטמפרטורה גבוהה, ויכולים להיכשל גבוה או לטמפרטורה גבוהה או לטווח ארוך של כוח.
יתרונות סקרים גיאופיזיקה מודרניים
רובוסטנס ויציבות
חיישנים מכניים בנויים מחומרים חזקים - סטרל, פליז וסגסוגת קשיחה - ואין להם מעגלים משולבים עדינים.הם יכולים לשרוד טיפות, ⁇ במים, וטמפרטורות מ -40 מעלות צלזיוס ל +100 מעלות צלזיוס סקרי שדה ביערות הגשם, המדברים, או ארקנסו טקנדרה טובה כל כך.
צריכת חשמל נמוכה
חיישן מכני פסיבי כמו מגנטומטר מבוסס מצפן דורש אפס חשמל עבור זיהוי. גרסאות מובנות עם קריאה אופטית צריך רק כמה מילימטרים עבור LED ו photodiode. זה מאפשר סקרים מופעל סוללות שנמשך שבועות או חודשים -ide for מרחוק תחנות גיאופיזיקה.ה USGS כבר פרס מגנטים מכנית בתוך אנטארקטיקה לפעול עבור עונת חורף מלאה על גבי ערכת סוללה אחת.
עלויות-אווירה וסיפוק
חיישנים מכניים זולים לייצור ותיקון.ממטר מגנטי בסיסי יכול להיות בנוי עבור תחת 100 $ חומרים, מה שהופך אותם נגישים עבור מוסדות חינוכיים וחברות מחקר קטנות במדינות מתפתחות.
מינימום אלקטרומגנטי Interference
מכיוון שחיישנים מכניים אינם מייצרים אותות חשמליים מהירים, הם אינם מייצרים רעש שיכול לסווג מדידות סמוך.הם גם דוחים EMI חיצוני יותר מאשר חיישנים אלקטרוניים, אשר לעתים קרובות זקוקים למגן נרחב.זה הופך אותם אידיאליים עבור סקרים ליד קווי מתח גבוה, מסדרונות רכבת, או צמחים תעשייתיים שבהם מכשירים אלקטרוניים ישארו או oscillate.
מדיניות מיפוי ואסטרטגיות מייגציה
רגישות נמוכה
חיישנים מכניים בדרך כלל לזהות את האנומליות של 1-10 nT, בעוד חיישנים אלקטרוניים יכולים להגיע 0.01 nT או טוב יותר. עבור חקר מינרלים עמוק (כוח target על פני השטח <0.5 nT), חיישנים מכניים עלולים להחמיץ מטרות עדינות.עם זאת, חיישנים מגנטיים מודרניים ו- MEMS גישה 1 pT לפתרון בתנאים מעבדה מבוקרים, וטיפוסי השיגו <1T.
ללבוש מכני ודפט
העברת חלקים -hinges, pivots, מעיינות - מטושטש לאורך זמן, גרימת סחף בסיס. Mitigation כולל calibration תקופתי עם מקור שדה ידוע, באמצעות נושאים מעוקלים, או עיצוב עקירה ללא מגע רגיש (למשל, לייזר אינטרפרומטריה). כמה חיישנים מכניים מודרניים להחליף צינורות מוצקים עם צירים גמישים שיש להם חיים אינסופיים מתחת סטיות קטנות.
גודל ויציבות
מאזן המגנטים ההיסטורי היה גדול - חלקם במשקל מעל 30 ק"ג.אבל ההתקדמות במרקם של MEMS יש חיישני מכניים מכווץ לממדי שבבים. A MEMS מגנטים מגבילים מאוניברסיטת קליפורניה, אירווין, אמצעים רק 1×2 מ"מ וצורכים 10 מיקרו-ו, אך מזהה שדות עד 100T. עבור סקרי שדה, מיקרו-סנס אלה ניתן לדחוסים על גבי גודל או מגבלות ישנות.
יישומי מפתח ומחקרי מקרים
מחקר מינרלים ב- Remote Terrains
ב- Canadian Shield, צוות גיאופיזיקה השתמש חיישן מגנטי אומקני מותאם אישית כדי להכניע מאחורי אופנוע שלג כדי למפות את האנומליות המגנטיות מעל 500 ק"מראהFLT:0.2FLT:1 של permrost.The חיישן המופעל ב -30 מעלות צלזיוס ללא חימום, בעוד הגיבוי האלקטרוני הפסיק לעבוד לאחר יומיים.מפת האנימה זיהתה בהצלחה צינורות, המוביל ליהלום.
אדריכלות: Prospection
חיישנים מכניים מוצאים חן בארכיאולוגיה בשל העלות הנמוכה שלהם ופעולתם הפשוטה.מחקר של אוניברסיטת טיביןגן השתמש במגנט מהדהד רוטט כדי לבדוק אתר מבצר רומי בגרמניה.המכשיר נפתר יסודות קיר קבורים (ניגוד מגנטי - 5 nT) וחשף מתחם אמבטיה, כל ללא יצירת EMI שיכול להפריע במדידות התנגדות מקבילות.
הערכה סביבתית וגיאולוגית
פיפיר וזיהוי שימושי לעתים קרובות מסתמכים על אנמליות מגנטיות מחומרים מעוררים. פלוקסגייט מכני עם קריאה אופטית יכול לאתר צינורות פלדה בעומקים עד 5 מ' עבור ניטור מפולת, חיישנים מוטבעים מגנטיים במשחוקים את השינויים בתחום הלחץ-מגנטי, מתן התראה מוקדמת של כישלון מדרדרדר.ה המכון הלאומי של Geophysics פרס חיישנים כאלה לאורך ה-Aennitennitenni.
ניטור סיסמי ווולקני
שינויים שדה מגנטי ידועים לפני רעידות אדמה והתפרצויות געשיות. חיישנים מכניים עם יציבות ארוכת טווח (סחף נמוך) הם פרוסים ברשתות Observatory. USGS משתמש מגנטית מומנטום מכני במצפה הר הגעש KLilauea וולסטוסרנס, משולב עם זנים, כדי לזהות את הריאציות השדה המגנטיות הנגרמות על ידי תנועה מאגי.
שילוב עם פלטפורמות סקר מודרניות
רחפנים (Drone) Deployments
המיניטור של חיישנים מכניים אפשר להשתמש בהם בכלי רכב אוויריים בלתי מאוישים. חיישן ממגנטי של MEMS במשקל 5 גרם, בשילוב עם מיקרובקר כוח נמוך, ניתן לרכוב על מחצן כדי לטוס סקרים מגנטיים בשטח מאתגר - יערות, הרים, או אתרים מזוהמים. בדיקות מוקדמות על ידי בית הספר של מכרות קולורדו השיגו <10 nT דיוק בגובה 10 מ"מ, מיפוי שלי פירים נטוש.
ארגונים מבוססי קרקע ותחנות אוטונומיות
עבור ניטור של הזמן, מערך של חיישנים מכניים פרוסים ברשת.הכוח הנמוך שלהם מאפשר הפעלה מופעלת השמש. חוקרים מאוניברסיטת קולומביה הבריטית השתמשו 100 חיישנים מבוססי מצפן מכני כדי לפקח על וריאציות מגנטיות שונות על פני 1 ק"מ:02uaFLT:1 גביתות זנב, לזהות דליפות צינורות קבורים.
פיתוחים וחדשנות עתידיים
המשך מחקרים מטרות חיישנים היברידיים המשלבים עוצמה מכנית עם רגישות אלקטרונית.מגנטואלקטרית מורכבת, שבו חומר אדזואלקטרי מחובר לשכבה מגנטית מגנטית מייצרת מתח תחת שדות מגנטיים, הוכיחו רגישות תת-nT בטמפרטורת החדר - מאתגר פלוקסגייטים תוך כדי צריכת אורגניזמים חשמליים ליד אפס כוח.גבול נוסף הוא חיישנים מכניים קוונטיים המנצלים מרכזי חנקן ביהלומים; למרות אלקטרונית, הם יכולים להיות מכוונים כדי למנוע פשטות עמוקות יותר, כמו גם מחסומים מכניים של חללים עמוק יותר, אך ורק כדי שמירה על פני השטח המכניים עמוק יותר, אך ורק כדי שמירה על פני השטח החמצן עמוק, אך ורק על פני השטח המכניים עמוק יותר, כמו גם על פני השטח החמצן, אך ורק כדי שמירה על פני השטח החמצן, אך ורק על פני השטח החמצן, אך ורק על פני השטח החמצן, כמו גם כן, אך ורק כדי למנוע מקיפים את הסביבה החמצן עמוק, אך ורק כדי לחץ עמוק, כמו גם מקיפים עמוק יותר, כמו גם מנטאונטיים עמוק, כמו גם מנטאונטיים עמוק, כמו גם מנטאונטיים עמוק, כמו גם מנטאלי, כמו גם מנטאלי, כמו גם מנט
מסקנה
חיישנים מכניים לגילוי נורמה מגנטית התפתחו מ מחטי מצפן גסים ועד מכשירים מתוחכמים של MEMS ומגנטו מגבילים.חוזקיהם - חוסר יכולת, כוח נמוך, יעילות עלות, וחסינות EMI - הופכים אותם בלתי ניתנים להחלפה בתרחישים גיאופיזיקה רבים. בעוד חיישנים אלקטרוניים מספקים רגישות גבוהה יותר עבור סטיות עמוקות או עדינות, חיישנים מכניים ממשיכים לשרת כפועלים אמינים בתנאים אלקטרוניים, סבירים של חומרים מכניים, אשר עלולים להיות מגזעניים, אשר יהיו מסוגלים למחוק את הרגישות, סבירים, סבירים, אשר יהיו קיימים, סבירים, אשר יהיו קיימים, סבירים, אשר יהיו קיימים, אשר יהיו קיימים, כדי להבטיח את הרגישות גבוהה יותר עבור חיישנים מכניים, כדי להבטיח את הרגישות גבוהה יותר עבור חיישנים מכניים, 000 חומרים מכניים, סבירים, סבירים, סבירים, 000 חומרים מכניים, סביר להניח, סבירים, סבירים, סבירים, סביר להניח, 000 חומרים מכניים, 000, 000 חומרים מכניים, 000 חומרים מכניים, 000 חומרים מכניים, כדי להבטיח את הרגישות, 000, 000, 000, 000 חומרים מכניים, סביר להניח, 000, 000, 000 חומרים מכניים, 000, 000
(ב) ראו את ה-FLT:0 (המדריך לסקרים גיאופיזיקה: 1), סקירה על עקרונות מגנטיים:2fluxgate מגנטיים של LT:3, מאמר מחקר על התפתחויות חיישן קיבולת של FLT:4magnetostrictive חיישן:5, ובמקרה של מחקר ממגנטיות ארכיאולוגית 6LTFLT 7 על חיישנים מסחריים זמין על חיישנים meFive 9D) חיישנים ממונעים (MSFLT) הוא 9DLT (MS) חיישנים מסחריים חיישנים ממונעים (DLT)