Từ kế haymáy đo từ là thiết bị dùng đểđo đạccường độ và có thể cảhướng củatừ trường trong vùng đặtcảm biến từ trường.
Cảm biến từ trường hoạt động dựa trên nhiều hiệu ứng khác nhau củatừ trường tác động lên vật chất, để cho ra biểu hiện có thểđịnh lượng được, và ở các từ kế hiện đại thì biểu hiện này làtín hiệu điện.
Từ kế được ứng dụng trong nghiên cứuđịa vật lý để đotừ trường củaTrái Đất,Mặt Trời,hành tinh,vệ tinh. Trongphòng thí nghiệmvật lý thì từ kế được dùng trong xác địnhtính chất từ của mẫu vật, và trong khảo sát các quá trình hoặc hiện tượngvật lý,hóa học,sinh học,... trong quan hệ vớitừ trường.[1]
Carl Friedrich Gauß là người chế ratừ kế đầu tiên năm 1832 khi ông là Giám đốc Đài quan sát địa từ ở Göttingen. Từ kế này có một thanhnam châm treo trên sợi dây bằng vàng nằm ngang. Sự khác biệt vềdao động khi thanh đượctừ hóa và khi nó đượckhử từ cho phép tính ra giá trị tuyệt đối của cường độtừ trường Trái Đất.
Đơn vị CGS của mật độ từ thông được đặt tên làgauss để vinh danh ông, định nghĩa là 1 maxwell mỗi cm vuông, và bằng 1 × 10−4 Tesla trong hê đơn vị SI.[1]
Các máy đo hiện đại biến đổi trường thànhtín hiệu điện. Sự biến thiên củatừ trường và sự di chuyển của phương tiện đo dẫn đến tín hiệu thu được ở máy đo biến đổi theo thời gian. Vì thế nó có đặc trưng chung của thiết bị đo đạc thực hiện rời rạc hóa một quá trình thời gian.
Ngoài ra còn có dảinhiệt độ vàáp suất làm việc như mọi máy móc khác.
Có sự khác nhau về tiêu chí phân loại.[2]
Phân loại theo công dụng:
Phân loại theo đo thành phần trường:
Phân loại theo cách thức đo trường:
Máy đo từ fluxgate haytừ kế kiểu sắt từ, được phát triển trongThế chiến II để phát hiệntàu ngầm. Nó là từ kế vector tương đối, đo thành phần trường dọc theo trục vật lý của đầu thu, do đó đầu thu cần phải được định hướng. Trên mặt đất, đầu thu được định hướng theo phương thẳng đứng để đo thành phần Z (của vector trường từ), hay nằm ngang để đo thành phần H.
Khi bố trí nhiều đầu dò ở các vị trí khác nhau như dàn đo trênmáy bay hay tàu biển, thì sự chênh lệch giá trị (tức gradient) trường là chỉ báo rằng bên dưới đang có vật thể nhiễm từ. Nhờ đó phát hiện được cáctàu ngầm không đượckhử từ tốt.
Đầu thu fluxgate 3 thành phần, có 3cảm biến vuông góc lẫn nhau, là kết cấu chủ yếu để lập rala bàn từ, cũng như để đotừ trường trong vũ trụ trên cácphi thuyền không gian.
Máy đo từ proton (Proton Magnetometer), còn gọi làTừ kế Tuế sai Proton (Proton Precession Magnetometer) hayTừ kế Cộng hưởng từ hạt nhân, là từ kế vô hướng tuyệt đối, đo trường toàn phần T. Nó hoạt động dựa trên đotần sốtín hiệu tuế sai củaproton (tức hạt nhân Hydro 1H1) khi trục quay củaproton định hướng lại theotrường từ.
Các máy kiểu cũ dùng dòng một chiều DC để từ hóaproton. Các máy kiểu mới thì dùng dòng xoay chiều để định hườngproton theohiệu ứng Overhauser (Nuclear Overhauser effect) và do đó được gọi làtừ kế hiệu ứng Overhauser. Máy được dùng trong đotừ trường Trái Đất.
Máy đo từ lượng tử hayTừ kế kiểu bơm quang học (Optically Pumped Magnetometer), là từ kế vô hướng tuyệt đối, đo trường toàn phần T. Máy hoạt động dựa trên quan sát hiện tượng phân tách mức năng lượng lượng tử củađiện tử trong trườnghạt nhân khi có trường từ ngoài T. Các nguyên tố nhạy thường dùng làCesi,Rubidi,Kali,Heli nên thường gọi theo tên nguyên tố, ví dụTừ kế Cesium. Máy có độ nhạy dưới 0,001 nT, một kỳ đo dài cỡ 0,3 sec.
Nguyên lý hoạt động của máy còn được giải thích theo lý thuyếtCộng hưởng từ điện tử (Electron magnetic resonance, EMR)[3], tức là thay cho proton thì trong máy này dùng hạtđiện tử, và có hệ số tỷ lệ tần số với từ trường cao hơn. Tuy nhiên cách thức "từ hóa" các điện tử làbơm quang học lại có dáng dấp của cơ học lượng tử.
Lý thuyếtCộng hưởng từ cũng được vận dụng để chế tạo các máy đotừ trường cực lớn hay nhỏ, trong đó dùng hạt cơ bản khác làm phần tử nhạy, dùng trong phòng thí nghiệm hay tại các Trung tâm nghiên cứu hạt cơ bản.
Từ kế vector Heli (Helium Vector Magnetometer, HVM) là một loạitừ kế lượng tử dùng nguyên tố quan sát làheli. Kích thích heli thực hiện bằngion hóa. Nó có thể đo từ trường nhỏ, và được dùng trênphi thuyền để đo từ trường và đảm nhận vai trò phân cỡ chotừ kế fluxgate 3 thành phần.
Từ kế hiệu ứng Hall hoạt động dựa theohiệu ứng Hall trongchất bán dẫn. Nó là từ kế vector tương đối, dùng cho đo từ trường mạnh.
Sự phụ thuộc điện trở của dải màngpermalloy (NiFe) vào từ trường được sử dụng để chế rađiện trở từ tính làmcảm biến từ. Nó được đặt vào mạch tích hợp, kể cả dạng 3 trục để xác định từ trường trong các ứng dụng đơn giản. Nó có đáp ứng nhanh, có thể cấp số liệu ở nhịp 1 ms.
Từ kế mẫu rung (Vibrating Sample Magnetometer, VSM) hoạt động theo nguyên tắccảm ứng điện từ. Nó đomômen từ của mẫu vật cần đo trong từ trường ngoài. Máy được sử dụng trong phòng thí nghiệm.
Máy dò dị thường từ (Magnetic anomaly detection, MAD) để nhận dạng cáctàu ngầm dùng trong hoạt động quân sự.
Cácla bàn fluxgate thì được gắn cùng cácsonar trong dãy thiết bị do thám hỗn hợp thả xuống biển, để cung cấp vị trí đặt đầu thu.
Một sốmìn,thủy lôi khởi động nổ bằngtừ trường khi tàu vỏ sắt lại gần, tức là chúng có lắptừ kế đơn giản. Trong khi đó, các tàu ngầm phải định kỳ thực hiệnkhử từ (Degaussing), nhằm lẩn tránh bị phát hiện cũng như để tránh kích nổ loạithủy lôi từ trường nói trên.
Các từ kế được chế thích hợp cho nghiên cứu không gian gọi làSpacecraft magnetometer đặt trên cácphi thuyền để đotừ trường quanh cáchành tinh,vệ tinh. Thường dùngtừ kế fluxgate ba thành phần kết hợp vớitừ kế vector Heli.
Nhờ đótừ trường quanhTrái Đất,mặt trăng,mặt trời,sao Hỏa (Mars),sao Kim (Venus) đã được nghiên cứu.
Từ kế được ứng dụng rộng rãi trongkhảo sát địa vật lý. Chúng thường được lắp đặt trênmáy bay, tàu thuyền, ô tô, hay đi bộ, để đo đạc và phát hiệndị thường từ.
TrongVật lý Địa cầu, việc nghiên cứu dị thường khu vực, ví dụ các dị thường dạng dải song song với cácsống núi giữa đại dương là dấu hiệu quan trọng trong xác minh sựtách giãn đáy đại dương, phần trọng tâm của thuyếtkiến tạo mảng.[14]
Thăm dò từ trên mặt đất hoặc ở vùng biển thì phục vụ nghiên cứuđịa chất, tìm kiếmkhoáng sản đặc biệt là quặngsắt.[1].
Từ kế cũng được sử dụng trong quá trìnhkhoan định hướng để nhận dạng góc phương vị của cần khoan gầnchoòng khoan. Đó là từ kế fluxgate ba thành phần, lắp đặt đồng thời vớigia tốc kế trong cần khoan vì thế có thể nhận biết đượcđộ nghiêng và góc phương vị của choòng khoan.
Từ kế cũng được sử dụng để khảo sát ở các di chỉkhảo cổ, tìmtàu chìm hay các vật bị chôn vùi, tìmvật chưa nổ (UXO),...
Trong những năm gần đây từ kế đã được thu nhỏ đến mức mà có thể được kết hợp trong mạch tích hợp với chi phí rất thấp, và đang gia tăng sử dụng nhưla bàn trong các thiết bị tiêu dùng nhưđiện thoại di động vàmáy tính bảng.
{{Chú thích tạp chí}}:|ngày truy cập= cần|url= (trợ giúp){{Chú thích tạp chí}}: Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết){{Chú thích tạp chí}}: Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)