Magnetómetro

Magnetic fields are vector quantities characterized by both strength and direction. The strength of a magnetic field, B, is measured with the unit tesla in the SI units, and in gauss in the cgs system of units. 10,000 gauss are equal to one tesla.^[5] Measurements of the Earth's magnetic field are often quoted in the unit nanotesla (nT), also called a gamma.^[6] The Earth's magnetic field can vary from 20000 to 80000 nT depending on location, fluctuations in the Earth's magnetic field are on the order of 100 nT, and magnetic field variations due to magnetic anomalies can be in the picotesla (pT) range.^[7]Gaussmeters and teslameters are magnetometers that measure in the unit gauss or tesla, respectively. In some contexts, magnetometer is the term used for an instrument that measures fields of less than 1 millitesla (mT) and gaussmeter is used for those measuring greater than 1 mT.^[5]

There are two basic types of magnetometer measurement. Vector magnetometers measure the vector components of a magnetic field. Total field magnetometers or scalar magnetometers measure the magnitude of the vector magnetic field.^[8] Magnetometers used to study the Earth's magnetic field may express the vector components of the field in terms of declination (the angle between the horizontal component of the field vector and true, or geographic, north) and the inclination (the angle between the field vector and the horizontal surface).^[9]

Absolute magnetometers measure the absolute magnitude or vector magnetic field, using an internal calibration or known physical constants of the magnetic sensor.^[10]Relative magnetometers measure magnitude or vector magnetic field relative to a fixed but uncalibrated baseline. Also called variometers, relative magnetometers are used to measure variations in magnetic field.

Los magnetómetros también pueden clasificarse según su ubicación o uso previsto. Los magnetómetros estacionarios se instalan en una posición fija y las mediciones se toman mientras el magnetómetro está inmóvil. ^{[ 8 ]} Los magnetómetros portátiles o móviles están diseñados para usarse en movimiento y pueden transportarse manualmente o en un vehículo en movimiento. Los magnetómetros de laboratorio se utilizan para medir el campo magnético de los materiales colocados en su interior y suelen ser estacionarios. Los magnetómetros de prospección se utilizan para medir campos magnéticos en estudios geomagnéticos ; pueden ser estaciones base fijas, como en la red INTERMAGNET , o magnetómetros móviles utilizados para explorar una región geográfica. La temprana adopción (en la década de 1950) de la magnetometría aerotransportada por parte de Inco impulsó el descubrimiento de depósitos de mineral de níquel que llevaron a la fundación de Thompson, Manitoba . ^{[ 11 ]}

El rendimiento y las capacidades de los magnetómetros se describen a través de sus especificaciones técnicas. Las especificaciones principales incluyen ^{[ 5 ] [ 7 ]}

• La frecuencia de muestreo es el número de lecturas por segundo. Su inverso es el tiempo de ciclo en segundos por lectura. La frecuencia de muestreo es importante en los magnetómetros móviles; tanto la frecuencia de muestreo como la velocidad del vehículo determinan la distancia entre mediciones.
• El ancho de banda o paso de banda caracteriza la capacidad de un magnetómetro para detectar cambios rápidos en el campo magnético. En magnetómetros sin procesamiento de señal integrado , el ancho de banda viene determinado por el límite de Nyquist , establecido por la frecuencia de muestreo. Los magnetómetros modernos pueden realizar suavizado o promediado sobre muestras secuenciales, logrando un menor ruido a cambio de un menor ancho de banda.
• La resolución es la variación mínima en un campo magnético que el magnetómetro puede detectar. Esto incluye el error de cuantificación , causado por el redondeo y la truncación de las expresiones digitales de los datos.
• El error absoluto es la diferencia entre las lecturas del campo magnético real de un magnetómetro.
• La deriva es el cambio en el error absoluto a lo largo del tiempo.
• La estabilidad térmica es la dependencia de la medición con respecto a la temperatura. Se expresa como un coeficiente de temperatura en unidades de nT por grado Celsius.
• El ruido son las fluctuaciones aleatorias generadas por el sensor magnetómetro o la electrónica. El ruido se expresa en unidades de nT/ √Hz, donde el componente de frecuencia se refiere al ancho de banda.
• La sensibilidad es el mayor valor entre el ruido y la resolución.
• El error de rumbo es la variación en la medición debida a un cambio en la orientación del instrumento en un campo magnético constante.
• La zona muerta es la región angular de la orientación del magnetómetro en la que el instrumento produce mediciones deficientes o nulas. Todos los magnetómetros de bombeo óptico, de precesión libre de protones y de Overhauser experimentan ciertos efectos de zona muerta.
• La tolerancia al gradiente es la capacidad de un magnetómetro para obtener una medición fiable en presencia de un gradiente de campo magnético . En los estudios de municiones sin explotar o vertederos, los gradientes pueden ser grandes.

La brújula , que consiste en una aguja magnetizada cuya orientación cambia en respuesta al campo magnético ambiental, es un magnetómetro sencillo que mide la dirección del campo. La frecuencia de oscilación de una aguja magnetizada es proporcional a la raíz cuadrada de la intensidad del campo magnético ambiental; así, por ejemplo, la frecuencia de oscilación de la aguja de una brújula colocada horizontalmente es proporcional a la raíz cuadrada de la intensidad horizontal del campo ambiental.

En 1823, William Scoresby (1789-1857), explorador, científico y clérigo inglés, se dedicó intensamente a la magnetociencia, en particular a la mejora de las brújulas de los barcos. Ese mismo año, publicó un artículo en las Actas de la Real Sociedad de Edimburgo titulado «Descripción del magnetímetro, un nuevo instrumento para medir las atracciones magnéticas y determinar la inclinación de la aguja; con un relato de los experimentos realizados con él».

En 1833, Carl Friedrich Gauss , director del Observatorio Geomagnético de Gotinga, publicó un artículo sobre la medición del campo magnético terrestre. ^{[ 12 ]} En él describía un nuevo instrumento que consistía en un imán permanente de barra suspendido horizontalmente de una fibra de oro . La diferencia en las oscilaciones cuando la barra estaba magnetizada y cuando estaba desmagnetizada permitió a Gauss calcular un valor absoluto para la intensidad del campo magnético terrestre. ^{[ 13 ]}

El gauss , la unidad CGS de densidad de flujo magnético, fue nombrado en su honor y se define como un maxwell por centímetro cuadrado, lo que corresponde a 10⁻⁴ ^teslas ( la unidad del SI ). ^{[ 14 ]}

Francis Ronalds y Charles Brooke inventaron independientemente magnetógrafos en 1846 que registraban continuamente los movimientos del imán mediante fotografía , facilitando así el trabajo de los observadores. ^{[ 15 ]} Edward Sabine y otros los utilizaron rápidamente en un estudio magnético global, y las máquinas actualizadas se siguieron utilizando hasta bien entrado el siglo XX. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

Los magnetómetros SQUID son un tipo de herramienta utilizada tanto para mediciones de campo como para magnetómetros de laboratorio. ^{[ 18 ]} Se basa en el concepto de cuantización de flujo en un bucle superconductor . ^{[ 19 ]} La magnetometría SQUID es una técnica de magnetometría absoluta extremadamente sensible, que alcanza resoluciones de femtoteslas de forma reproducible en entornos de laboratorio optimizados. ^{[ 20 ]} Sin embargo, los SQUID son sensibles al ruido, lo que los hace poco prácticos como magnetómetros de laboratorio en campos magnéticos de CC altos y en imanes pulsados. La necesidad de mantener al menos una parte del sistema (los elementos superconductores) refrigerada a temperaturas criogénicas limita las aplicaciones, ya que el sensor no puede acercarse arbitrariamente a la fuente del campo. ^{[ 21 ]} Existen magnetómetros SQUID comerciales disponibles para temperaturas de muestra entre 300  mK y 400  K, y campos magnéticos de hasta 7  T. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

Las bobinas de captación inductivas (también conocidas como sensores inductivos) miden el momento dipolar magnético de un material detectando la corriente inducida en una bobina debido al cambio en el momento magnético de la muestra. La magnetización de la muestra puede modificarse aplicando un pequeño campo magnético alterno (o un campo continuo que cambia rápidamente), como ocurre en los imanes pulsados ​​alimentados por condensadores. Estas mediciones requieren diferenciar entre el campo magnético producido por la muestra y el del campo externo aplicado. A menudo se utiliza una disposición especial de bobinas de cancelación. Por ejemplo, la mitad de la bobina de captación se enrolla en una dirección y la otra mitad en la dirección opuesta, y la muestra se coloca solo en una de las mitades. El campo magnético uniforme externo es detectado por ambas mitades de la bobina, y dado que están enrolladas en sentido contrario, el campo magnético externo no produce ninguna señal neta.

Los magnetómetros de muestra vibrante (VSM) detectan el momento dipolar de una muestra mediante la vibración mecánica de la misma dentro de una bobina captadora inductiva o dentro de una bobina SQUID. ^{[ 24 ]} Se mide la corriente inducida o el flujo variable en la bobina. La vibración se genera típicamente mediante un motor o un actuador piezoeléctrico. Generalmente, la técnica VSM es aproximadamente un orden de magnitud menos sensible que la magnetometría SQUID. Los VSM se pueden combinar con SQUID para crear un sistema más sensible que cualquiera de ellos por separado. El calor debido a la vibración de la muestra puede limitar la temperatura base de un VSM, generalmente a 2  K. El VSM también resulta poco práctico para medir una muestra frágil sensible a la aceleración rápida.

La magnetometría de campo pulsado es otro método que utiliza bobinas de captación para medir la magnetización. A diferencia de los magnetómetros de muestra vibrante (VSM), donde la muestra se somete a vibración física, en la magnetometría de campo pulsado la muestra se fija y el campo magnético externo se modifica rápidamente, por ejemplo, en un imán accionado por un condensador. Posteriormente, se debe emplear una de las diversas técnicas para anular el campo externo generado por la muestra. Estas incluyen bobinas de bobinado inverso que anulan el campo uniforme externo y mediciones de fondo con la muestra retirada de la bobina.

La magnetometría de torsión magnética puede ser incluso más sensible que la magnetometría SQUID. Sin embargo, no mide el magnetismo directamente como lo hacen los métodos mencionados anteriormente. En cambio, mide la torsión τ que actúa sobre el momento magnético μ de una muestra como resultado de un campo magnético uniforme B , τ = μ × B. Por lo tanto, la torsión es una medida de la anisotropía magnética o de forma de la muestra. En algunos casos, la magnetización de la muestra se puede extraer de la torsión medida. En otros casos, la medición de la torsión magnética se utiliza para detectar transiciones de fase magnéticas u oscilaciones cuánticas . La forma más común de medir la torsión magnética es montar la muestra en una viga en voladizo y medir el desplazamiento mediante la medición de capacitancia entre la viga y un objeto fijo cercano, o midiendo la piezoelectricidad de la viga, o mediante interferometría óptica en la superficie de la viga.

La magnetometría de fuerza de Faraday utiliza el hecho de que un gradiente de campo magnético espacial produce una fuerza que actúa sobre un objeto magnetizado, F = ( M ⋅∇) B . En la magnetometría de fuerza de Faraday, la fuerza sobre la muestra se puede medir con una escala (colgando la muestra de una balanza sensible) o detectando el desplazamiento contra un resorte. Comúnmente se utiliza una celda de carga capacitiva o una viga en voladizo debido a su sensibilidad, tamaño y ausencia de partes mecánicas. La magnetometría de fuerza de Faraday es aproximadamente un orden de magnitud menos sensible que un SQUID. El mayor inconveniente de la magnetometría de fuerza de Faraday es que requiere algún medio no solo para producir un campo magnético, sino también para producir un gradiente de campo magnético. Si bien esto se puede lograr utilizando un conjunto de caras polares especiales, se puede obtener un resultado mucho mejor utilizando un conjunto de bobinas de gradiente. Una gran ventaja de la magnetometría de fuerza de Faraday es que es pequeña y razonablemente tolerante al ruido, por lo que se puede implementar en una amplia gama de entornos, incluido un refrigerador de dilución . La magnetometría de fuerza de Faraday también puede verse dificultada por la presencia de torsión (véase la técnica anterior). Esto puede evitarse variando el campo de gradiente independientemente del campo de CC aplicado, de modo que se puedan separar la contribución de la torsión y la fuerza de Faraday, o bien diseñando un magnetómetro de fuerza de Faraday que impida la rotación de la muestra.

La magnetometría óptica utiliza diversas técnicas ópticas para medir la magnetización. Una de ellas, la magnetometría de Kerr, se basa en el efecto magnetoóptico de Kerr (MOKE). En esta técnica, la luz incidente se dirige a la superficie de la muestra. La luz interactúa de forma no lineal con una superficie magnetizada, por lo que la luz reflejada tiene una polarización elíptica, que luego es medida por un detector. Otro método de magnetometría óptica es la magnetometría de rotación de Faraday . Esta técnica utiliza la rotación magnetoóptica no lineal para medir la magnetización de una muestra. En este método, se aplica una película delgada moduladora de Faraday a la muestra que se va a medir y se toman varias imágenes con una cámara que detecta la polarización de la luz reflejada. Para reducir el ruido, se promedian varias imágenes. Una ventaja de este método es que permite mapear las características magnéticas sobre la superficie de una muestra. Esto puede ser especialmente útil al estudiar fenómenos como el efecto Meissner en superconductores. Los magnetómetros microfabricados con bombeo óptico (μOPM) pueden utilizarse para detectar el origen de las convulsiones cerebrales con mayor precisión y generan menos calor que los SQUID disponibles actualmente . ^{[ 25 ]} El dispositivo funciona mediante el uso de luz polarizada para controlar el espín de los átomos de rubidio, que se pueden utilizar para medir y monitorizar el campo magnético. ^{[ 26 ]}

^{La susceptometría, aunque técnicamente no es} magnetometría, es una técnica estrechamente relacionada con las anteriores. Mide la susceptibilidad magnética χ = dM/dH en lugar de la magnetización M. ^{[ 27} ] Esto es particularmente relevante cuando (en lugar de un campo magnético estático) se aplica un campo magnético dinámico H ( t ) a la muestra para investigar sus propiedades magnéticas dinámicas . ^{[ 27 ]} En el caso matemáticamente más simple, un campo de excitación sinusoidal h ( t ) = h0 _sin (2πt ) se superpone a un campo magnético constante (posiblemente cero) H : H ( t ) = H0 ₊ h ( t ). La magnetización resultante dependiente del tiempo M ( t ) se puede descomponer en una serie de armónicos . El término constante y los primeros armónicos (omitiendo los armónicos superiores) de M ( t ) se leen como M ( t ) = M ₀ + h ( χ' ₁ sin( 2πt )+ χ '' ₁ cos( 2πt )). χ' ₁ y χ '' ₁ se conocen comúnmente como las susceptibilidades magnéticas de CA, donde χ' ₁ es el componente reactivo/en fase y χ '' ₁ es el componente absorbente/fuera de fase.

Esta técnica puede utilizarse, por ejemplo, para comprender las transiciones de fase magnéticas ^{[ 28 ]} o el comportamiento de congelación de los vidrios de espín . ^{[ 29 ]} Cerca de un punto de ordenamiento, la dinámica de espín exhibirá una ralentización crítica , lo que significa que el componente absorbente χ''1 alcanza su valor _máximo (véase el modelo de relaxor de Debye en dieléctricos). ^{[ 30 ]}

La susceptometría de CA también puede utilizarse como una sonda más conveniente para determinar la susceptibilidad magnética estática. ^{[ 30 ]} Para ello, se elige una frecuencia f menor que la dinámica de espín. Dado que la amplitud de excitación h puede elegirse significativamente menor que el tamaño de paso típico en cualquier barrido de campo ( medición M ( H )), la susceptibilidad como derivada χ = dM/dH se aproxima con mucha más precisión con una pequeña diferencia de campo h~ 10 ⁰ Oe (véase el cociente de diferencia ) en lugar de los valores típicos para la magnetometría de CC de ΔH~10 ² Oe.

Un dipolo en un campo magnético con gradiente experimenta una fuerza neta. La magnitud de esta fuerza se puede medir y es proporcional al momento magnético del dipolo. Al alternar el gradiente del campo y utilizar un amplificador lock-in , se puede lograr un bajo nivel de ruido. ^{[ 31 ]}

Los magnetómetros vectoriales miden electrónicamente uno o más componentes del campo magnético. Mediante tres magnetómetros ortogonales, se pueden medir tanto el acimut como la inclinación. Al calcular la raíz cuadrada de la suma de los cuadrados de las componentes, se obtiene la intensidad total del campo magnético (también llamada intensidad magnética total, IMT) mediante el teorema de Pitágoras .

Los magnetómetros vectoriales son susceptibles a la deriva térmica y a la inestabilidad dimensional de los núcleos de ferrita. Además, a diferencia de los instrumentos de campo total (escalares), requieren nivelación para obtener información sobre sus componentes. Por estas razones, ya no se utilizan en la exploración minera.

magnetómetro de flujo

Un magnetómetro de flujo magnético consta de un pequeño núcleo magnéticamente sensible envuelto por dos bobinas de alambre. Una corriente eléctrica alterna atraviesa una bobina, impulsando el núcleo a través de un ciclo alterno de saturación magnética ; es decir, magnetizado, desmagnetizado, magnetizado inverso, desmagnetizado, magnetizado, y así sucesivamente. Este campo en constante cambio induce una tensión en la segunda bobina, la cual es medida por un detector. En un entorno magnéticamente neutro, las señales de entrada y salida coinciden. Sin embargo, cuando el núcleo se expone a un campo magnético, se satura más fácilmente en alineación con dicho campo y menos fácilmente en oposición a él. Por lo tanto, el campo magnético alterno y la tensión de salida inducida están desfasados ​​con respecto a la corriente de entrada. El grado de desfase depende de la intensidad del campo magnético de fondo. A menudo, la señal en la bobina de salida se integra, obteniendo una tensión analógica de salida proporcional al campo magnético.

El magnetómetro de puerta de flujo fue inventado por H. Aschenbrenner y G. Goubau en 1936. ^{[ 34 ] [ 40 ] : 4} Un equipo de Gulf Research Laboratories, liderado por Victor Vacquier, desarrolló magnetómetros de puerta de flujo aerotransportados para detectar submarinos durante la Segunda Guerra Mundial y, después de la guerra, confirmó la teoría de la tectónica de placas al utilizarlos para medir cambios en los patrones magnéticos del fondo marino. ^{[ 41 ]}

Actualmente se dispone de una amplia variedad de sensores que se utilizan para medir campos magnéticos. Las brújulas de flujo magnético y los gradiómetros miden la dirección y la magnitud de los campos magnéticos. Las brújulas de flujo magnético son asequibles, robustas y compactas, y su miniaturización ha avanzado recientemente hasta el punto de ofrecer soluciones de sensores completas en forma de chips IC, incluyendo ejemplos tanto del ámbito académico ^{[ 42 ] como de la industria [ 43 ]} . Esto, sumado a su bajo consumo energético, las hace ideales para diversas aplicaciones de detección. Los gradiómetros se utilizan comúnmente para la prospección arqueológica y la detección de municiones sin explotar (UXO), como el popular detector Foerster del ejército alemán ^{[ 44 ]} . Los especialistas en localización de servicios públicos también utilizan gradiómetros para localizar servicios subterráneos como válvulas de tuberías, fosas sépticas y tapas de alcantarilla ^{[ 45 ] .}

El magnetómetro de flujo magnético típico consta de una bobina de detección (secundaria) que rodea una bobina de excitación (primaria) interna, la cual está enrollada firmemente alrededor de un núcleo de material altamente permeable, como mu-metal o permalloy . Se aplica una corriente alterna al devanado de excitación, que impulsa el núcleo en un ciclo continuo y repetitivo de saturación y desaturación. Ante un campo externo, el núcleo presenta alternativamente baja y alta permeabilidad. El núcleo suele ser un anillo enrollado toroidalmente o un par de elementos lineales cuyos devanados de excitación están enrollados en direcciones opuestas. Estas trayectorias de flujo cerradas minimizan el acoplamiento entre los devanados de excitación y detección. En presencia de un campo magnético externo, con el núcleo en un estado de alta permeabilidad, dicho campo es atraído localmente (de ahí el nombre de magnetómetro de flujo magnético) a través del devanado de detección. Cuando el núcleo es débilmente permeable, el campo externo es atraído con menor intensidad. Esta modulación continua del campo externo dentro y fuera del devanado sensor induce una señal en dicho devanado, cuya frecuencia principal es el doble de la frecuencia de excitación, y cuya intensidad y orientación de fase varían directamente con la magnitud y la polaridad del campo externo.

Existen otros factores que influyen en la magnitud de la señal resultante. Estos factores incluyen el número de vueltas del devanado sensor, la permeabilidad magnética del núcleo, la geometría del sensor y la tasa de cambio del flujo magnético controlado en función del tiempo.

La detección síncrona de fase se utiliza para extraer estas señales armónicas del devanado sensor y convertirlas en una tensión continua proporcional al campo magnético externo. También se puede emplear una retroalimentación de corriente activa, de modo que el devanado sensor se active para contrarrestar el campo externo. En estos casos, la corriente de retroalimentación varía linealmente con el campo magnético externo y se utiliza como base para la medición. Esto ayuda a contrarrestar la no linealidad inherente entre la intensidad del campo externo aplicado y el flujo magnético que circula por el devanado sensor.

Los magnetómetros se utilizan para medir o monitorizar la tensión mecánica en materiales ferromagnéticos. La tensión mecánica mejora la alineación de los dominios magnéticos a escala microscópica, lo que aumenta el campo magnético medido cerca del material por los magnetómetros. Existen diferentes hipótesis sobre la relación tensión-magnetización. Sin embargo, se afirma que el efecto de la tensión mecánica sobre el campo magnético medido cerca de la muestra está demostrado en numerosas publicaciones científicas. Se han realizado esfuerzos para resolver el problema inverso de la resolución magnetización-tensión con el fin de cuantificar la tensión a partir del campo magnético medido. ^{[ 55 ] [ 56 ]}

Los magnetómetros se utilizan ampliamente en la física experimental de partículas para medir el campo magnético de componentes clave, como los imanes de concentración o de enfoque del haz.

Los magnetómetros también se utilizan para detectar yacimientos arqueológicos , naufragios y otros objetos enterrados o sumergidos. Los gradiómetros de flujo magnético son populares debido a su configuración compacta y su coste relativamente bajo. Los gradiómetros realzan la detección de objetos superficiales y eliminan la necesidad de una estación base. Los magnetómetros de cesio y Overhauser también son muy eficaces cuando se utilizan como gradiómetros o como sistemas de un solo sensor con estaciones base.

El programa de televisión Time Team popularizó la «geofísica», incluyendo las técnicas magnéticas utilizadas en trabajos arqueológicos para detectar hogares, muros de ladrillo cocido y piedras magnéticas como el basalto y el granito. En ocasiones, se pueden cartografiar senderos y caminos mediante la compactación diferencial en suelos magnéticos o mediante alteraciones en las arcillas, como en la Gran Llanura Húngara . Los campos arados actúan como fuentes de ruido magnético en este tipo de estudios.

Los magnetómetros pueden proporcionar una indicación de la actividad auroral antes de que la luz de la aurora sea visible. Una red de magnetómetros alrededor del mundo mide constantemente el efecto del viento solar sobre el campo magnético de la Tierra, que luego se publica en el índice K. ^{[ 57 ]}

Si bien los magnetómetros pueden utilizarse para ayudar a cartografiar la forma de las cuencas a escala regional, se emplean con mayor frecuencia para identificar riesgos en la minería del carbón, como intrusiones basálticas ( diques , filones y tapones volcánicos ) que destruyen recursos y representan un peligro para los equipos de minería de tajo largo. Los magnetómetros también permiten localizar zonas afectadas por rayos y cartografiar la siderita (una impureza presente en el carbón).

Los mejores resultados de prospección se obtienen en terreno con levantamientos de alta resolución (con  una separación entre líneas de aproximadamente 10 m y entre estaciones de 0,5 m). Los magnetómetros de pozo con el sistema Ferret también pueden ser útiles cuando las capas de carbón son profundas, mediante el uso de múltiples intrusiones o la exploración bajo flujos de basalto superficiales.

Los estudios modernos generalmente utilizan magnetómetros con tecnología GPS para registrar automáticamente el campo magnético y su ubicación. El conjunto de datos se corrige luego con los datos de un segundo magnetómetro (la estación base) que permanece fijo y registra el cambio en el campo magnético terrestre durante el estudio. ^{[ 58 ]}

Los magnetómetros se utilizan en la perforación direccional de petróleo o gas para detectar el acimut de las herramientas de perforación cerca de la broca. ^{[ 59 ]} Generalmente se combinan con acelerómetros en las herramientas de perforación para poder determinar tanto la inclinación como el acimut de la broca. ^{[ 59 ]}

Con fines defensivos, las armadas utilizan redes de magnetómetros desplegadas en el fondo marino en ubicaciones estratégicas (por ejemplo, alrededor de los puertos) para monitorear la actividad submarina. Los submarinos rusos de titanio de la clase Alfa fueron diseñados y construidos a un costo muy elevado para frustrar dichos sistemas (ya que el titanio puro no es magnético). ^{[ 60 ]}

Los submarinos militares se desmagnetizan —haciéndolos pasar por grandes bucles submarinos a intervalos regulares— para evitar ser detectados por los sistemas de monitoreo del fondo marino, los detectores de anomalías magnéticas y las minas activadas magnéticamente. Sin embargo, los submarinos nunca se desmagnetizan por completo. Es posible determinar la profundidad a la que ha estado un submarino midiendo su campo magnético, que se distorsiona debido a que la presión deforma el casco y, por lo tanto, el campo. El calentamiento también puede alterar la magnetización del acero.

Los submarinos remolcan largas redes de sonar para detectar barcos, e incluso pueden reconocer distintos ruidos de hélice. Las redes de sonar deben posicionarse con precisión para poder triangular la dirección hacia los objetivos (por ejemplo, barcos). Dado que las redes no se remolcan en línea recta, se utilizan magnetómetros de flujo para orientar cada nodo de sonar de la red.

Los fluxgates también se pueden utilizar en sistemas de navegación de armas, pero han sido reemplazados en gran medida por el GPS y los giroscopios láser de anillo .

Los magnetómetros, como el alemán Foerster, se utilizan para localizar munición ferrosa. Los magnetómetros de cesio y Overhauser se utilizan para localizar y ayudar a limpiar antiguos campos de tiro y de pruebas.

Las cargas útiles de los vehículos aéreos no tripulados también incluyen magnetómetros para diversas tareas defensivas y ofensivas.

Los estudios magnetométricos pueden ser útiles para definir anomalías magnéticas que representan menas (detección directa) o, en algunos casos, minerales de ganga asociados a depósitos minerales (detección indirecta o inferencial). Esto incluye mena de hierro , magnetita , hematita y, a menudo, pirrotita .

Países desarrollados como Australia, Canadá y Estados Unidos invierten fuertemente en estudios magnéticos aéreos sistemáticos de sus respectivos continentes y océanos circundantes, para contribuir a la geología cartográfica y al descubrimiento de depósitos minerales. Estos estudios aeromagnéticos se realizan típicamente con un  espaciado entre líneas de 400 m a  una elevación de 100 m, con lecturas cada 10 metros o más. Para superar la asimetría en la densidad de datos, estos se interpolan entre líneas (generalmente 5 veces) y luego se promedian a lo largo de la línea. Dichos datos se cuadriculan a un tamaño de píxel de 80  m × 80  m y se procesan mediante un programa como ERMapper. A escala de concesión de exploración, el estudio puede complementarse con un estudio helimagnético más detallado o con un avión fumigador de ala fija con un  espaciado entre líneas de 50 m y una elevación de 50  m (si el terreno lo permite). Dicha imagen se cuadricula a un píxel de 10  m × 10  m, ofreciendo 64 veces la resolución.

Cuando los objetivos se encuentran a poca profundidad (<  200  m), las anomalías aeromagnéticas pueden complementarse con estudios magnéticos terrestres con un espaciado entre líneas de 10  m a 50  m y un espaciado entre estaciones de 1  m para proporcionar el mejor nivel de detalle (cuadrícula de píxeles de 2 a 10  m) (o 25 veces la resolución previa a la perforación).

Los campos magnéticos de los cuerpos magnéticos de mineral disminuyen con el cubo inverso de la distancia ( objetivo dipolar ) o, en el mejor de los casos, con el cuadrado inverso de la distancia ( objetivo monopolar magnético ). Una analogía para la resolución con la distancia es un coche que circula de noche con las luces encendidas. A una distancia de 400  m se ve una mancha brillante, pero a medida que se acerca, se distinguen dos faros y, posteriormente, el intermitente izquierdo.

La interpretación de datos magnéticos para la exploración minera presenta numerosos desafíos. Múltiples objetivos se mezclan como múltiples fuentes de calor y, a diferencia de la luz, no existe un telescopio magnético para enfocar los campos. La combinación de múltiples fuentes se mide en la superficie. Además, generalmente se desconocen la geometría, la profundidad y la dirección de magnetización (remanencia) de los objetivos, por lo que existen varios modelos que pueden explicar los datos.

Potente gracias a Geophysical Software SolutionsEs un paquete líder de interpretación magnética (y gravimétrica) ampliamente utilizado en la industria de exploración australiana.

Los magnetómetros ayudan a los exploradores de minerales tanto de forma directa (por ejemplo, mineralización de oro asociada con magnetita , diamantes en chimeneas de kimberlita ) como, más comúnmente, de forma indirecta, como por ejemplo mediante el mapeo de estructuras geológicas propicias para la mineralización (por ejemplo, zonas de cizalla y halos de alteración alrededor de granitos).

Los magnetómetros aerotransportados detectan los cambios en el campo magnético terrestre mediante sensores instalados en la aeronave a modo de aguijón o remolcando un magnetómetro sujeto al extremo de un cable. Al magnetómetro sujeto al cable se le suele llamar «bomba» por su forma. Otros lo denominan «pájaro».

Debido a que las colinas y los valles bajo la aeronave provocan fluctuaciones en las lecturas magnéticas, un altímetro radar registra la desviación del transductor respecto a la altitud nominal sobre el suelo. También puede haber una cámara que tome fotografías del terreno. La ubicación de la medición se determina mediante el registro de datos GPS.

Muchos teléfonos inteligentes contienen magnetómetros de sistemas microelectromecánicos (MEMS) miniaturizados, que se utilizan para detectar la intensidad del campo magnético y funcionan como brújulas . El iPhone 3GS tiene un magnetómetro, un sensor magnetoresistivo de permalloy, el AN-203 fabricado por Honeywell. ^{[ 61 ]} En 2009, el precio de los magnetómetros de tres ejes cayó por debajo de US$1 por dispositivo y disminuyó rápidamente. El uso de un dispositivo de tres ejes implica que no es sensible a la orientación o elevación con la que se sostiene. Los dispositivos de efecto Hall también son populares. ^{[ 62 ]}

Investigadores de Deutsche Telekom han utilizado magnetómetros integrados en dispositivos móviles para permitir la interacción 3D sin contacto . Su marco de interacción, llamado MagiTact, rastrea los cambios en el campo magnético alrededor de un teléfono celular para identificar diferentes gestos realizados por una mano que sostiene o lleva puesto un imán. ^{[ 63 ]}

Los métodos sísmicos se prefieren a los magnetómetros como método principal de prospección para la exploración de petróleo, aunque los métodos magnéticos pueden brindar información adicional sobre la geología subyacente y, en algunos entornos, evidencia de fugas de trampas. ^{[ 64 ]} Los magnetómetros también se utilizan en la exploración de petróleo para mostrar ubicaciones de características geológicas que hacen que la perforación sea impracticable, y otras características que brindan a los geofísicos una imagen más completa de la estratigrafía .

Un magnetómetro de puerta de flujo de tres ejes formó parte de las misiones Mariner 2 y Mariner 10. ^{[ 65 ]} Un magnetómetro de técnica dual forma parte de la misión Cassini-Huygens para explorar Saturno. ^{[ 66 ]} Este sistema está compuesto por un magnetómetro vectorial de helio y un magnetómetro de puerta de flujo. ^{[ 67 ]} Los magnetómetros también fueron un instrumento componente de la misión Mercury MESSENGER . Un magnetómetro también puede ser utilizado por satélites como GOES para medir tanto la magnitud como la dirección del campo magnético de un planeta o luna.

Los estudios sistemáticos pueden utilizarse para buscar depósitos minerales o localizar objetos perdidos. Dichos estudios se dividen en:

• Estudio aeromagnético
• Pozo perforado
• Suelo
• Marina

Los conjuntos de datos Aeromag para Australia se pueden descargar desde la base de datos GADDS .

Los datos se pueden dividir en datos de localización de puntos y datos de imagen, estos últimos en formato ERMapper.

El algoritmo de navegación por magnetómetro (MAGNAV) se probó inicialmente como experimento de vuelo en 2004. ^{[ 68 ]} Posteriormente, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos (AFRL) desarrolló magnetómetros de diamante como un método de navegación mejor que no puede ser interferido por el enemigo. ^{[ 69 ]}

Los magnetómetros se utilizan en la magnetoencefalografía (MEG), una técnica que registra los débiles campos neuromagnéticos generados por las corrientes en el cerebro. Los sistemas MEG existentes utilizan magnetómetros SQUID enfriados criogénicamente , mientras que los sensores OPM más recientes funcionan a temperatura ambiente o cerca de ella y pueden colocarse a milímetros del cuero cabelludo del sujeto, lo que permite sistemas portátiles con mayor intensidad de señal y mayor tolerancia al movimiento. La OPM-MEG se ha utilizado para medir la actividad cerebral en pacientes con esquizofrenia , Alzheimer , Parkinson , distonía , autismo , TDAH y epilepsia . ^{[ 70 ]}