磁性測(cè)量基礎(chǔ)知識(shí)

1、磁感應(yīng)強(qiáng)度

磁感應(yīng)強(qiáng)度是用來(lái)描述磁場(chǎng)性質(zhì)的物理量，用B表示，磁場(chǎng)中某點(diǎn)的B的方向是該點(diǎn)的磁場(chǎng)方向，B的大小表示該點(diǎn)磁場(chǎng)的強(qiáng)弱。

在SI單位制（國(guó)際單位制）中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是[伏特·秒/米2]，而[伏特]·[秒]稱(chēng)為韋伯，所以磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位稱(chēng)為[韋伯/米2]或[特斯拉]，簡(jiǎn)稱(chēng)[特]，在CGSM單位制中，磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是[高斯]。單位用符號(hào)表示：V為[伏特]，s為[秒]，m為[米]，Wb為[韋伯]，T為[特]，Gs為[高斯]，mT為[毫特]。

1T＝1Wb/m2=104Gs=103mT                                  

2、磁力線(xiàn)、磁通與磁通連續(xù)定理

       我們用磁力線(xiàn)來(lái)形象地描繪磁場(chǎng)，電流產(chǎn)生的各種不同磁場(chǎng)的磁力線(xiàn)如圖1所示，磁力線(xiàn)是環(huán)繞電流的無(wú)頭無(wú)尾的閉合線(xiàn)，電流方向與磁力線(xiàn)回車(chē)方向符合右手定則。

我們規(guī)定，磁力線(xiàn)任何一點(diǎn)的切線(xiàn)方向是該點(diǎn)磁場(chǎng)（也就是B）的方向，通過(guò)垂直于B矢量的單位面積的磁力線(xiàn)數(shù)等于該點(diǎn)B矢量的大小。也就是說(shuō)，磁場(chǎng)強(qiáng)的地方，磁力線(xiàn)較密，磁場(chǎng)弱的地方，磁力線(xiàn)較疏。

通過(guò)某一曲面的總磁力線(xiàn)數(shù)，稱(chēng)為通過(guò)該曲面的磁通，用Φ表示。磁通的計(jì)算如圖2所示，在曲面上取面積元，其法線(xiàn)方向與該點(diǎn)的B的方向之間成θ角，通過(guò)該面積的元的磁通為：dφ=B×cosθ×ds   ，  所以通過(guò)曲面的S的總磁通為φ＝∮B×cosθ×ds   。                         

當(dāng)B均勻，S是平面并與B垂直時(shí)，通過(guò)S平面的磁通為：φ＝B×S 這是磁測(cè)量中經(jīng)常用到的關(guān)系。

磁通連續(xù)定理：當(dāng)S面是一個(gè)閉合面，由于磁力線(xiàn)是閉合線(xiàn)，那么穿進(jìn)閉合面的磁力線(xiàn)必從閉合面的其它部分穿出，所以通過(guò)任一閉合面的總磁通量必等于零。即：

φ＝∮Bcosθds＝0                             

磁通的單位在SI單位制中是[韋伯]，在CGSM單位制中是[麥克斯韋]，簡(jiǎn)稱(chēng)[麥]符號(hào)用Mx表示。1Wb=108Mx                         

3、磁場(chǎng)強(qiáng)度、磁導(dǎo)率和安培環(huán)路定律

        磁場(chǎng)強(qiáng)度是為了便于分析磁場(chǎng)和電流之間的關(guān)系而引入的一個(gè)物理量，它也是一個(gè)矢量，用H表示，它與磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系是： H＝B/μ   ， 其中：μ是磁介質(zhì)的磁導(dǎo)率，由磁介質(zhì)的性質(zhì)決定。在SI單位制中，真空的磁導(dǎo)率為：μ0＝4π×10-7亨利/米     ，H的單位是[安培/米]，在CGSM單位制中，真空的磁導(dǎo)率為1，H的單位是[奧斯特]，簡(jiǎn)稱(chēng)[奧]。單位用符號(hào)表示：A為[安培]，Oe為[奧]，H為[亨利]。

1A/m＝4π×10-3 Oe    

 安培環(huán)路定律：在磁場(chǎng)中，H矢量沿任意閉合曲線(xiàn)的線(xiàn)積分等于包圍在這閉合曲線(xiàn)內(nèi)各電流的代數(shù)和。即：∮H×cosα×dl=∑I    ，式中：α為曲線(xiàn)的切線(xiàn)方向與該點(diǎn)磁場(chǎng)方向的夾角。利用安培環(huán)路定律，我們可以較方便地計(jì)算出具有某種空間對(duì)稱(chēng)性的電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)。例如計(jì)算一個(gè)均勻密繞的環(huán)形螺線(xiàn)管內(nèi)部P點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，如圖4所示。取過(guò)P點(diǎn)，半徑為r的同心圓，作為閉合的積分曲線(xiàn)。由于對(duì)稱(chēng)關(guān)系，在同心圓周上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相等，磁場(chǎng)強(qiáng)度的方向沿著同心圓的切線(xiàn)方向，即α＝0，這樣：∮H×cosα×dl＝H*2πr＝NI      

于是P點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度：H＝NI/（2πr），式中：N為繞線(xiàn)匝數(shù)。從這個(gè)關(guān)系可以看到：磁場(chǎng)強(qiáng)度僅決定于產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流的分布，而與磁介質(zhì)的性質(zhì)無(wú)關(guān)。

4、電磁感應(yīng)定律

      電磁感應(yīng)定律說(shuō)明了感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁通變化之間的關(guān)系。定律指出：不論任何原因使通過(guò)某一回路的磁通Φ發(fā)生變化時(shí)，回路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為：                         e = -dΦ /dt      ；如果回路由N匝線(xiàn)圈組成，那么在磁通變化時(shí)，每匝都將產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，總的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于各匝的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)之和。當(dāng)每匝通過(guò)的磁通相同時(shí)，則有：

  e = N×dΦ/dt                             

    電磁感應(yīng)定律是磁測(cè)量中應(yīng)用*普遍的定律之一。當(dāng)式 e = N×dΦ/dt 中的磁通按正弦規(guī)律作周期性變化時(shí)，可以推導(dǎo)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的有效值與磁通的最大值的關(guān)系為：

 U = 4.44×f×N×Φm