通量闸磁强计之原理与应用-kuas.edu.tw.PDF

本文刊登於 「台灣磁性技術協會會訊」第51 期 ，9 至 16 頁 ，民國九十九年 。 通量閘磁強計之原理與應用 1 2 鄭振宗 ,呂志誠 1.國立高雄應用科技大學機械工程系 ／機械與精密工程研究所 2.國立台北科技大學機械工程系 ／機電整合研究所 摘要 通量閘磁強計 （fluxgate magnetometer ）是室溫下最靈敏的向量式磁強計 ， 能精確量測地磁場的強度與方向 。繞線式通量閘磁強計已發展超過70 年 ，是相 當成熟的磁場感測技術 ，能量測 直流與交流磁場。最佳化的磁芯與線圈設計 配， 合第二諧波偵測電路 ，能使磁場雜訊達到 3 pT/Hz1/2 以下 （在 1 Hz）。微型化通 量閘晶片是近年的發展趨勢 ，而磁芯材料的特性是決定其 終極性能的關鍵。通量 閘相關技術值得國內 學術界與工業界投入相關的基礎研究，並進而開發各種工業 與民生應用。 一、引言 磁場在我們生存的世界中無所不在 。早在西元 12世紀前 ，人們已利用磁石 [1] 在地磁場中沿 南北排列的特 性發明了羅盤 ，作為船舶導航的工具 。隨著科技的 進展 ，現代化的車輛 、船舶 以及航空載具，需要精確、可靠 、反應迅速的自動化 導航裝置 ，傳統的羅盤已 不適用 。磁強計 （magnetometer ）是量測磁場的裝置 ， 向量式磁強計能量測磁場的各方向分量 ，純量式磁強計則只能量測磁 場的絶對強 [2-4] 度 。以磁強計測得的磁場數值 ，其常見的單位如表一 。 表一、磁場的單位 單位 轉換為 T 地磁場‡ T (特斯拉) * 1 T ~5×10–5 T * –3 mT (毫特斯拉 ) 10 T ~0.05 mT * –6 μT 微特斯拉( ) 10 T ~50 μT * –9 4 nT ( 奈特斯拉) 10 T ~5×10 nT * –12 7 pT (皮特斯拉) 10 T ~5×10 pT * –4 G 高斯( ) 10 T ~0.5 G * –7 mG (毫高斯 ) 10 T ~500 mG * –10 5 μG 微高斯( ) 10 T ~5×10 μG † –4 Oe (奧斯特) 10 T ~0.5 Oe †