MANYETOMETRİK ÖLÇÜM TEKNOLOJİSİ

Dünya’nın manyetik alanı (B), yaklaşık 25,000-65,000 nT (nanoTesla) şiddetinde olup, ana bileşenleri: 1.**Ana Dipol Alan:** Dış çekirdeğin konvektif hareketi (~99%)

2. **Kabuk Alanı:** Manyetize kayaçlardan kaynaklanan (~1%)

3. **Dış Alan:** Güneş rüzgarı ve iyonosfer etkileri (<0.1%)

Manyetometre Tanımı ve Çalışma Prensibi

Manyetik Potansiyel ve Manyetometreler

Manyetik Potansiyel (Φₘ)

Manyetik potansiyel, manyetize olmuş bir malzemenin uzayda yarattığı manyetik etkiyi tanımlayan teorik bir kavramdır. Aşağıdaki integral formülü ile ifade edilir:

Φₘ = (μ₀/4π) ∫ (M·r̂)/r² dV

Formül Bileşenleri:

• M: Malzemenin manyetizasyon vektörü
• κ (Kappa): Malzemenin manyetik duyarlılığı (süseptibilite)
• H: İçinde bulunulan manyetik alan şiddeti

Manyetizasyon (M), bir kayacın veya malzemenin manyetik alana verdiği yanıtın ölçüsüdür ve M = κH basit ilişkisi ile manyetik süseptibiliteye bağlıdır.

Manyetometre Türleri

Manyetometreler, Dünya’nın veya herhangi bir nesnenin manyetik alan şiddetini ölçen cihazlardır.

2.2.1 Fluxgate Manyetometre

Fluxgate manyetometreler, manyetik alanın hem şiddetini hem de yönünü (vektör) ölçebilen en yaygın kullanılan cihazlardır.

📈 Çalışma Prensibi

Fluxgate’lerin çalışması, manyetik bir çekirdeğin doyuma ulaştırılması prensibine dayanır.

1. Çekirdek: Yüksek manyetik geçirgenlikli (permalloy gibi) bir ferromanyetik malzemeden yapılır.
2. Sargılar:
   • Primer (Uyarıcı) Sargı: Çekirdeğe, 1-10 kHz frekans aralığında bir AC (alternatif akım) sinyali uygulanır.
   • Sekonder (Ölçüm) Sargı: Manyetik alan değişimlerinden kaynaklanan sinyali ölçer.
3. Dengeleme: Genellikle manyetik gürültüyı azaltmak için birbirine zıt yönlendirilmiş iki çekirdekli diferansiyel bir yapı kullanılır.

🔬 Teorik Temel

Manyetik çekirdek, AC akımıyla sürekli olarak doyuma itilir. Eğer bir dış manyetik alan (B_ext) mevcutsa, çekirdeğin doyuma ulaşma süreleri asimetrik hale gelir. Bu asimetri, sekonder sargıda temel frekansın ikinci harmonik bileşeni olarak kendini gösterir:

V₂f = K · B_ext · cos(2πft)

Bu V₂f sinyali, bir faz-hassas detektör (lock-in amplifikatör) ile çıkarılır ve ölçülebilen bir DC gerilim sinyaline dönüştürülür. Bu gerilimin büyüklüğü, dış manyetik alanın şiddeti ile doğru orantılıdır.

📊 Teknik Özellikler

• Hassasiyet: 0.1 – 1 nT (nanotesla)
• Bant Genişliği: DC – 1 kHz
• Sıcaklık Kararlılığı: ±0.1 nT/°C civarında

✅ Avantajları

• Tam Vektör Ölçümü: Manyetik alanın üç bileşenini (X, Y, Z) aynı anda ölçebilir.
• Kompakt ve Hafif: Taşınabilir sistemler ve uydu uygulamaları için idealdir.
• Düşük Güç Tüketimi: Uzun süreli saha çalışmaları ve uzay görevleri için önemli bir avantaj.
• Yüksek Kararlılık: Zamanla ölçüm sapması çok düşüktür.

🌍 Uygulama Alanları

Fluxgate manyetometreler geniş bir kullanım alanına sahiptir:

Uzay Araçları: Uydularda Dünya’nın ve diğer gök cisimlerinin manyetik alanlarının ölçülmesi.

Manyetik Gradyent Ölçümü: İki sensör arasındaki manyetik alan farkını ölçerek yeraltı yapılarını haritalamak.

Patlamamış Mühimmat (UXO) Tespiti: Toprak altına gömülü metal nesnelerin yerinin tespiti.

Manyetik Temizlik Testi: Uzay aracı veya hassas laboratuvar ekipmanlarının manyetik kirliliğe neden olup olmadığının kontrol edilmesi.

Manyetometre Çeşitleri ve Teknik Özellikleri

1. Fluxgate Manyetometre

Fluxgate manyetometre, askeri ve navigasyon uygulamalarında sıkça tercih edilir. Yüksek hassasiyet ve kararlılık sunar.

Fluxgate Manyetometre Teknik Özellikleri:

• Hassasiyet: 0,1 – 10 nT
• Çalışma Sıcaklığı: -40°C ile +85°C
• Güç Tüketimi: Düşük
• Ölçüm Aralığı: ±100 µT

2. Proton Manyetometre

Proton manyetometre, jeolojik araştırmalar ve maden aramada kullanılır. Mutlak ölçüm yapabilme yeteneği vardır.

Proton Manyetometre Özellikleri:

• Hassasiyet: ±0,1 – 1 nT
• Ölçüm Hızı: 1-2 saniye/okuma
• Ölçüm Aralığı: 20.000 – 100.000 nT
• Taşınabilir ve dayanıklı yapı

3. Optik Pompalı Manyetometre

Optik pompalı manyetometre, en hassas manyetometre türüdür. Atom fiziği prensiplerine dayanır.

Optik Pompalı Manyetometre Teknik Veriler:

• Hassasiyet: 0,001 – 0,01 nT
• Frekans Bandı: DC – 1 kHz
• Örnekleme Hızı: 100 Hz’e kadar
• Uzay araştırmaları için ideal

4. Magnetorezistif (MR) Sensörler

MR sensörler, akıllı telefon ve tabletlerde kullanılan küçük manyetometrelerdir.

MR Manyetometre Özellikleri:

• Boyut: Milimetrik
• Güç Tüketimi: mW seviyesinde
• Hassasiyet: 10 – 100 nT
• Entegre devre uyumlu

Manyetometre Kullanım Alanları – Nerelerde Kullanılır?

Manyetometre kullanım alanları oldukça geniştir. İşte başlıca uygulama alanları:

• Jeoloji ve Maden Aramacılığı: Yeraltı kaynaklarının tespiti
• Arkeoloji: Tarihi yapıların manyetik haritalaması
• Uzay ve Havacılık: Gezegen manyetik alan ölçümleri
• Tıp: Beyin manyetik alan ölçümü (MEG)
• Endüstri: Kalite kontrol, boru hattı incelemeleri, otomotiv sensörleri

Manyetometre Seçimi: Nelere Dikkat Edilmeli?

Manyetometre seçerken aşağıdaki faktörleri göz önünde bulundurmanız önerilir:

• Hassasiyet: Ölçüm amacınıza uygun hassasiyet (pT, nT, µT)
• Çalışma Ortamı: Sıcaklık, nem, fiziksel dayanıklılık
• Ölçüm Hızı: Yüksek örnekleme hızı gerekip gerekmediği
• Boyut ve Taşınabilirlik: Saha veya laboratuvar kullanımı
• Veri İşleme: GPS entegrasyonu, kablosuz veri aktarımı

Manyetometre Kalibrasyonu ve Bakımı

Manyetometre kalibrasyonu, doğru ölçüm için kritik öneme sahiptir. Cihazı manyetik gürültüden uzak tutmak ve düzenli bakım yapmak gerekir. Kalibrasyon adımları şunları içerir:

• Referans manyetik alanda test
• Sıfır noktası ayarı
• Eksen hizalama kontrolü
• Sıcaklık kompanzasyonu

Manyetometre Teknolojisindeki Gelişmeler

Kuantum manyetometreleri ve SQUID teknolojisi ile femtotesla seviyesinde hassasiyet mümkün hale gelmiştir. Yapay zeka destekli analiz ve drone tabanlı manyetometre sistemleri, endüstriye yeni bir boyut kazandırmaktadır.