这么来看,磁通门磁强计结构简单,原理简单,还能测矢量磁场 。值得一提的是,磁通门磁强计的测量精度也是名列前茅 。如此优点突出,其它的磁强计似乎黯然失色 。
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安装在Swarm卫星上的磁通门磁强计,探头在右边 。是的,长得像个地雷 。
然而,目前的磁通门磁强计,有一个重大的缺陷——其测量基值不稳定,会随着时间和温度跑偏 。你可以理解为,门框会随着时间的流逝、温度的改变,而慢慢改变形状 。曾经200斤量程的门,也许会慢慢变成220斤 。这种基值的跑偏,目前是无法预测的,其随时间和温度的关系,也是难以捉摸的 。所以,才会有前文提到的,光泵磁强计,来给磁通门磁强计做校准 。
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Swarm卫星的伸杆,最顶端安装的是ASM,标量磁强计,一个改进的光泵磁强计;中间的光学平台向前突起的白色小球,是磁通门磁强计VFM 。ASM主要负责校准VFM,不过本身也产生科学数据 。
四、质子旋进式磁强计和Overhauser磁强计
质子旋进磁力计依靠的是质子在磁场下的拉莫(Lamour)进动现象,虽然原理不同,但其实观测方法和光泵磁强计也有点类似 。质子旋进式磁强计的核心,是氢含量很高的一类介质,包括煤油、酒精、水、甲烷等等 。在这个核心上,先施加一个强磁场,统一大部分质子进动(旋进)的方向 。随后,突然撤出这个强磁场,那么刚才在进动的质子,就会转而改变为绕外界磁场进动 。这种进动运动的频率,与外界待测磁场的强度成正比,这时候用吸收光谱来测出这个频率,就可以借此来解算磁场的强度 。
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质子旋进式磁强计
1959年,先锋3号(Vanguard-3)曾经搭载一个质子旋进式磁强计上天,用于测量地球磁场 。
然而,质子旋进式磁强计在灵敏度和采样率上,通常都不如光泵磁强计,因而渐渐被取代了 。
Overhauser磁强计是在质子旋进式磁强计的基础上改造的,不采用强磁场来统一质子进动方向,而是用一个射频无线电波来诱导介质分子的自由基旋转的方向统一 。后续的观测则与质子旋进式磁强计相同 。
1999年发射的,丹麦的首颗卫星?rsted,奥斯特号(纪念发现电流可以产生磁场的丹麦物理学家奥斯特)上,搭载了一型Overhauser磁强计 。然而,在实际使用中,发现这套磁强计有一些“死区”,无法测量 。不过,Overhauser磁强计从原理上改进了质子旋进磁强计,降低了功耗,减小了体积,也许以后会大展拳脚 。
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奥斯特号(?rsted),丹麦首颗卫星,搭载了Overhauser磁强计
磁场传感器还有很多种,例如霍尔传感器,巨磁阻传感器,超导量子干涉器件(SQUIDs),等等 。但因为这些传感器,目前还有一些比较大的缺陷,所以在科学卫星和探测器上,很少会使用 。
比如说,霍尔传感器虽然很小,而且非常便宜,是目前全世界商用产品出货量最大的磁传感器之一 。但它的量程太大,精确度却达不到要求,不适应太空中普遍的相对弱的磁场环境 。
巨磁阻传感器也非常小,常常用在机械硬盘的磁头上 。它的量程比霍尔传感器更大,通常更不精确,一般不会用在航天科学测量领域 。
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超导量子干涉器件(Superconducting Quantum Interference Devices, SQUIDs),实际上可以比图中的尺寸小得多 。
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