Magnetometer Fluxgate

Fluxgate magnetometer diciptakan pada tahun 1930 oleh Victor Vacquier di Gulf Research Laboratories; Vacquier diterapkan mereka selama Perang Dunia II sebagai alat untuk mendeteksi kapal selam, dan setelah perang dikonfirmasi teori lempeng tektonikdengan menggunakan mereka untuk mengukur pergeseran pola magnetik pada dasar laut.

Pada pusat sensornya diperlukan adanya inti besi dari bahan ferro magnetik yang mempunyai permeabilitas magnetik cukup tinggi sehingga medan magnet bumi mampu menginduksi sampai nilai saturasi. Bila medan magnet bumi ini disuperposisikan dengan medan magnet buatan menginduksi kumparan, hal ini akan membuat inti tersaturasi lebih cepat (Dr. Suprajitno munadi, 2001).

Instrumen ini digunakan untuk mengukur variasi diurnal (harian) didalam medan bumi, dan digunakan pula pada penyelidikan magnetik di udara serta sebagai magnetometer portable untuk penyelidikan di darat. Magnetometer flux-gate pada dasarnya terdiri dari kumparan material magnetik seperti mu-metal, permalloy, ferrit dan sebagainya. Yang mempunyai permeabilitas tinggi dalam medan magnetik yang rendah. Jenis magnetometer ini memungkinkan untuk mengukur benda magnetik yang mempunyai hysterisis loop sekecil mungkin.

Gambar 1. Skema Magnetometer Fluxgate

Sebuah magnetometer fluxgate terdiri dari inti, kecil magnetis rentan, dibungkus oleh dua gulungan kawat. Arus listrik bolak dilewatkan melalui satu kumparan, inti mengemudi melalui siklus bolak kejenuhan magnetik; yaitu, magnetised, unmagnetised, terbalik magnetised, unmagnetised, magnetised, dll. Hal ini bidang yang selalu berubah menginduksi arus listrik dalam kumparan kedua, dan ini arus keluaran diukur dengan detektor. Dalam latar belakang magnetis netral, arus input dan output akan cocok. Namun, ketika inti adalah terkena medan latar belakang, maka akan lebih mudah jenuh sejalan dengan bidang itu dan kurang mudah jenuh dalam oposisi untuk itu. Oleh karena itu medan magnet bolak, dan arus keluaran induksi, akan keluar dari langkah dengan arus masukan. Sejauh mana hal ini terjadi akan tergantung pada kekuatan medan magnet latar belakang. Seringkali, arus dalam kumparan output terintegrasi, menghasilkan tegangan keluaran analog, sebanding dengan medan magnet.

Gambar 2. Prisip Kerja Magnetometer Fluxgate

2a. Tegangan eksitasi Vp dari gulungan primer

2b. Flux, B di inti yang dipacu sampai melampaui nilai saturasi pada saat H0 = 0

2c. Tegangan induksi digulungan sekunder akibat perubahan flux gambar 2b. Saat ini H0 = 0

2d. Tegangan induksi di gulungan sekunder pada saat H0 ≠ 0. Terlihat ada perubahan dalam waktu menurunnya amplitudo sinyal, karena tingkat saturasi dicapai lebih awal.

Tinggi dari pulsa pip ini sesuai dengan kuat medan magnet bumi. 

ω1= γH1 

dengan

ω1 = kecepatan sudut gerak prosesi proton

γ = rasio geromagnetik dari proton yang besarnya adalah 2,6752x108

H1 = kuat medan magnet yang dibangkitkan oleh tegangan polarisasi

Beberapa saat kemudian tegangan polarisasi diputus, sehingga disekitar botol tak ada lagi medan magnet polarisai sehingga akan mempengaruhi gerak presisi proton-proton tadi.

Akibat tidak adanya medan magnet polarisasi tadi proton-proton berpresisi di bawah pengaruh medan magnet lain yakni medan magnet bumi. Dalam keadaan ini dipenuhi hubungan

ω2= γH2

dengan

ω2 = kecepatan sudut gerak prosesi proton akibat pengaruh medan magnet bumi

γ = rasio geromagnetik dari proton yang besarnya adalah 2,6752x108

H2 = kuat medan magnet bumi yang mempengaruhinya

dengan menghitung ω2 dapat diketahui H2 (medan magnet bumi).

Ada faktor tambahan yang mempengaruhi ukuran dari sinyal resultan. Faktor-faktor ini termasuk jumlah putaran dalam arti berkelok-kelok, permeabilitas magnetik inti, geometri sensor dan laju perubahan fluks gated terhadap waktu. Tahap deteksi sinkron digunakan untuk mengkonversi sinyal-sinyal harmonik untuk tegangan DC proporsional dengan eksternal medan magnet.