الدرس الثامن: أدوات القياس المغناطيسي
أنواع
مختلفة من مقاييس المغناطيسية تستخدم لعمل القياسات في البر والبحر.
تقريباً كل المسوحات المغناطيسية الأرضية كبيرة الحجم تجري حالياً باستخدام
المقاييس المغناطيسية الجوية. غي اغلب القياسات الجوية فان اجهزة القياس
المستخدمة اما من نوع " بوابة التدفق" او نوع "البدارية النووية". في
المسوحات ذات الدقة العالية تستخدم اجهزة " البخار القلوي" العالية
الحساسية.
أجهزة
بوابة التدفق: أن متحسس بوابة التدفق يتكون من لبين متماثلين من مادة
عالية النفاذية المغناطيسية " مثلاً فلز μ " متموضعان بشكل مواز لبعضهما
البعض ملفوفة بلفات ابتدائية على التوالي ولكن في اتجاه معاكس. ملفان
ثانويان يحيطان بالملفين الابتدائيين. الابتدائيان متصلان بمصدر للتيار
المتغير ويمغنط اللبان لدرجة التشبع في اتجاهات متعاكسة مرتين في الدورة.
الجهد المستحث في الثانوي سيكون متناسباً مع المعدل الصافي للتغير في الفيض
المغناطيسي الناتج عن اللبان, وهذا عادة ما يكون صفر نظراً لأن اللبان
يغيران مغنطتهما بصورة متعاكسة. فضلاً عن ذلك فان وجود مجال خارجي على طول
محمور اللبان سوف يشوه توازن الفيض بتقوية الحقل المثار في احد اللبين
ومعاكسته في الآخر. لحقل محيطي صغير مثل الناتج عن الأرض فان الجهد الثانوي
متناسب مع قوة الحقل, والجهاز يمكن أن يقيس مركبة الحقل على طول محور
اللبين. أجهزة هذا النوع يمكن أن تستخدم لقياس أي مركبة للمجال المغناطيسي
بحسب توزيع العنصر الحساس. في المسوحات الجوية عادة تقاس قيمة الحقل الكلي
"F" باستخدام أجهزة موجهة تحافظ تلقائياً على محور عنصر بوابة التدفق في
اتجاه مجال الأرض. الدقة في قياس F ربما تبلغ 1nT = ( 1γ )والتي هي جزء من
50000 .
توافرت
حديثاً في الأسواق تصميمات محمولة عديدة تستخدم في المسوحات الأرضية. على
العكس من اجهزة قياس المجال المغناطيسي ذات الحمالة الثلاثية الأرجل
المعهودة فان أجهزة بوابة التدفق الأرضية خفيفة جداً , ولا تحتاج لتسوية
دقيقة وأسرع في الأداء.الدقة النسبية للقياسات الحقلية بواسطة تلك الأجهزة
هي في مدى بضعة نانوتسلات.
مقاييس
المغناطيسية البدارية النووية : في تلك الأجهزة تم استخدام الظاهرة
المعروفة لبدارية الجسيمات النووية حول الحقل المغناطيسي, تردد المبادرة
يتناسب مع قوة الحقل المحيط. لغاية الآن اكثر المقاييس شيوعاً في المسوحات
الجوية او البحرية هي مقاييس " البروتون". هنا فان العنصر الفعال هو الماء"
او أي سائل يحتوي على عدد كبير من نويات الهيدروجين" في زجاجة صغيرة
محاطاً بملف مناسب . عادة فان عزم اللف للبروتونات يكون عشوائياً. لو تم
ايجاد حقل مغناطيسي قوي" حقل مستقطب" وذلك بارسال تيار مباشر الى الملف,
فان العزوم الناتجة عن البروتونات تصطف في اتجاه الحقل.عندما يزال الحقل
المستقطب فجأة فان غزل عزوم البروتون يبادر لفترة قصيرة حول اتجاه حقل
الأرض المحيط, وتستحث جهد صغير في الملف. تردد ذلك الجهد -الذي يمكن ان
يقاس بدقة 1:100000 - هو قياس لحقل الأرض الكلي حسب المعادلة
F [in nT} = 23.4868 f (4.25)
حيث
f هي التردد المقاس بالهيرتز, والعدد 23.4868 هو ثابت مرتبط بنسبة
الدوران المغناطيسي للبروتون. ميزة مهمة لهذا الجهد ان الاتجاه ليس ضرورياً
, والمطلوب فقط ان تكون الزاوية كبيرة بدرجة كافية بين الحقل المستقطب
واتجاه الحقل الكلي للأرض على عكس مقاييس بواوبة التدفق التي تستطيع قياس
الحقل باستمرار فان مقاييس البروتون تعطي سلاسل من قراءات منفصلة على فترات
من بضعة ثواني بسبب زمن الاستقطاب والاسترخاء الذي تستغرقة
البروتونات.نقطة اختلاف أخرى هي ان الجهاز يقيس القيمة العددية للحقل الكلي
المحيط وليس اتجاهه. الجهاز لا يعمل في مناطق تدرج الحقل العالية وذلك لأن
اشارة البروتون تقل حدة بوجود تدرج حقل مغناطيسي يتعدى 500 nT/m . مقاييس
البروتون المغناطيسية تصنع الآن من قبل العديد من الشركات للاستخدامات
البرية والبحرية والجوية. كما توجد ايضاً بعض التصميمات المحمولة. تبلغ دقة
الكثير من الأجهزة 1 نانوتسلا وأفضل.
مقاييس
البخار القلوي: تلك الأجهزة " والتي يطلق عليها أيضاً مقاييس الامتصاص
الضوئي" تعتمد على مبدأ الضخ الضوئي ,تطوير في التحليل الطيفي للترددات
اللاسلكية يعتمد على ذرات فلز قلوي مشعة" رابيديوم , سيزيوم " ذات اشعة
طيفية بتردد مناسب. للمزيد من التفاصيل حول الطريقة طبيعتها واحتياجاتها
التشغيلية ينصح القارئ بالعودة الى Bloom (1962). مثل مقاييس البروتون
المغناطيسية فان مقاييس البخار القلوي المغناطيسية تقيس الحقل المحيط
الكلي, وتوجيه الجهاز ليس ضرورياً. وبما ان التردد الناتج " 100 - 300
كيلوهيرتز" يمكن قياسه بدقة كبيرة فيمكن الحصول على حساسية عالية في حدود
0.01 نانوتسلا. هذا يجعل مقاييس البخار القلوي اكثر الأجهزة المتاحة دقة
لقياس حقل الأرض المغناطيسي. الحساسية العالية تجعل الجهاز مثالياً
للاستعمال كجزء من مقياس التدرج الجوي
مقاييس
التدرج المغناطيسي: مقياس التدرج المغناطيسي يمكن ان ينظر اليه كمقياس
مغناطيسي تفاضلي حيث المسافة بين المتحسسان من نفس النوع تكون ثابتة وصغيرة
بالنسبة للمسافة الى المصدر المراد قياس حقوله. الفرق بين شدة الحقل
مقسوماً على المسافة الرأسية بين المتحسسات يحتسب كالتدرج عند نقطة المنتصف
للمسافة بين المتحسسات مقاساً بالنانوتسلا/م. قياسات التدرج تكون خالية من
التشويش المرتبط بالزمن مثل التغيرات الزمنية في حقل الأرض. مقاييس التدرج
تستخدم أيضاً لطمس التأثيرات المشوشة الناتجة عن المصادر الاقليمية وذلك
للتركيز على الشواذ الناتجة من المصادر القليلة العمق. هذا التطبيق يمكن ان
يعتبر كمرشح للمسافة ؛ الشواذ تتغير عكسياً مع المسافة بمعدل أعلى بدرجة
واحدة في مقياس التدرج عنه في مقياس المغناطيسية.
مقاييس
التدرج الشائعة الاستخدام في المسوحات الجوية تستخدم زوجاً من عناصر تحسس
الامتصاص الضوئي" بخار السيزيوم" تكون معلقة في هليوكوبتر او على جناح
طائرة بتباعد ثابت يبلغ عدة أمتار بين المتحسسات. نظام الأجهزة من هذا
النوع استخدم من قبل هيئة المساحة الجيولوجية الكندية في مناطق مختلفة تعود
للعصر ما قبل الكمبري لغرض الاستكشاف المعدني (Sawatsky and Hood, 1975).
مقاييس تدرج خاصة تم تطويرها للاستكشاف التحت مائي , خصوصاً لتحديد اماكن
المعادن في الرسوبيات الغرينية. (Breiner 1966).
ليست هناك تعليقات:
إرسال تعليق