مقياس المغناطيسية

المجالات المغناطيسية كميات متجهة تتميز بقوتها واتجاهها. تُقاس قوة المجال المغناطيسي، B ، بوحدة التسلا في النظام الدولي للوحدات (SI) ، وبوحدة الغاوس في نظام الوحدات السنتيمترية-الغرامية-الثانية (cgs). 10000 غاوس يساوي تسلا واحدة. ^{[ 5 ]} غالبًا ما تُقاس شدة المجال المغناطيسي للأرض بوحدة النانوتسلا (nT)، والتي تُسمى أيضًا غاما. ^{[ 6 ]} يمكن أن يتراوح المجال المغناطيسي للأرض من تتراوح تقلبات المجال المغناطيسي للأرض بين 20000 و 80000 نانوتسلا ، وذلك حسب الموقع، وهي من رتبةتصل شدة المجال المغناطيسي إلى 100  نانوتسلا ، وقد تصل تغيرات المجال المغناطيسي الناتجة عن الشذوذات المغناطيسية إلى نطاق البيكوتسلا (pT). ^{[ 7 ]} أجهزة قياس المجال المغناطيسي، مثل الغاوسمتر والتيسلامتر ، تقيس بوحدة الغاوس أو التسلا على التوالي. في بعض السياقات، يُستخدم مصطلح "مقياس المغناطيسية" للإشارة إلى جهاز يقيس مجالات مغناطيسية أقل من 1 ملي تسلا (mT)، بينما يُستخدم مصطلح "غاوسمتر" للإشارة إلى الأجهزة التي تقيس مجالات مغناطيسية أكبر من 1 ملي تسلا. ^{[ 5 ]}

يوجد نوعان أساسيان من قياسات المغناطيسية. تقيس مقاييس المغناطيسية المتجهة مركبات المجال المغناطيسي المتجهة، بينما تقيس مقاييس المغناطيسية الكلية أو مقاييس المغناطيسية القياسية مقدار المجال المغناطيسي المتجه. ^{[ 8 ]} قد تُعبّر مقاييس المغناطيسية المستخدمة لدراسة المجال المغناطيسي للأرض عن مركبات المجال المتجهة بدلالة الانحراف المغناطيسي (الزاوية بين المركبة الأفقية لمتجه المجال والشمال الحقيقي أو الجغرافي) والميل المغناطيسي (الزاوية بين متجه المجال والسطح الأفقي). ^{[ 9 ]}

تقيس مقاييس المغناطيسية المطلقة المقدار المطلق أو متجه المجال المغناطيسي، باستخدام معايرة داخلية أو ثوابت فيزيائية معروفة للمستشعر المغناطيسي. ^{[ 10 ]} أما مقاييس المغناطيسية النسبية فتقيس مقدار أو متجه المجال المغناطيسي نسبةً إلى خط أساس ثابت غير مُعاير. وتُعرف أيضًا باسم مقاييس التغير المغناطيسي ، وتُستخدم مقاييس المغناطيسية النسبية لقياس التغيرات في المجال المغناطيسي.

يمكن تصنيف أجهزة قياس المغناطيسية أيضًا حسب موقعها أو استخدامها المقصود. تُثبّت أجهزة قياس المغناطيسية الثابتة في مكان محدد، وتُجرى القياسات أثناء ثباتها. ^{[ 8 ]} أما أجهزة قياس المغناطيسية المحمولة أو المتنقلة، فهي مصممة للاستخدام أثناء الحركة، ويمكن حملها يدويًا أو نقلها في مركبة متحركة. تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية المخبرية لقياس المجال المغناطيسي للمواد الموضوعة بداخلها، وهي عادةً ما تكون ثابتة. تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية المستخدمة في المسح لقياس المجالات المغناطيسية في المسوحات الجيومغناطيسية ؛ وقد تكون محطات أساسية ثابتة، كما هو الحال في شبكة إنترماغنيت ، أو أجهزة قياس مغناطيسية متنقلة تُستخدم لمسح منطقة جغرافية. وقد ساهم اعتماد شركة إنكو المبكر (في خمسينيات القرن الماضي) لقياس المغناطيسية المحمولة جوًا في اكتشاف رواسب خام النيكل، مما أدى إلى تأسيس مدينة تومسون في مقاطعة مانيتوبا . ^{[ 11 ]}

يتم وصف أداء وقدرات أجهزة قياس المغناطيسية من خلال مواصفاتها الفنية. وتشمل المواصفات الرئيسية ما يلي: ^{[ 5 ] [ 7 ]}

• معدل أخذ العينات هو عدد القراءات المُعطاة في الثانية الواحدة. ومقلوبه هو زمن الدورة بالثواني لكل قراءة. يُعدّ معدل أخذ العينات مهمًا في أجهزة قياس المغناطيسية المتنقلة؛ إذ يُحدّد معدل أخذ العينات وسرعة المركبة المسافة بين القياسات.
• يُحدد عرض النطاق الترددي مدى دقة جهاز قياس المغناطيسية في رصد التغيرات السريعة في المجال المغناطيسي. بالنسبة لأجهزة قياس المغناطيسية التي لا تحتوي على معالجة إشارة مدمجة ، يُحدد عرض النطاق الترددي بواسطة حد نايكويست الذي يفرضه معدل أخذ العينات. قد تُجري أجهزة قياس المغناطيسية الحديثة عمليات تنعيم أو حساب متوسط ​​للعينات المتتابعة، مما يُحقق ضوضاء أقل مقابل عرض نطاق ترددي أقل.
• الدقة هي أصغر تغيير في المجال المغناطيسي يمكن لجهاز قياس المغناطيسية رصده. ويشمل ذلك خطأ التكميم الناتج عن تقريب البيانات واقتطاعها في التعبيرات الرقمية.
• الخطأ المطلق هو الفرق بين قراءات المجال المغناطيسي الحقيقي لجهاز قياس المغناطيسية.
• الانحراف هو التغير في الخطأ المطلق بمرور الوقت.
• الاستقرار الحراري هو مدى اعتماد القياس على درجة الحرارة. ويُعطى كمعامل حراري بوحدة نانو تسلا لكل درجة مئوية.
• الضوضاء هي التقلبات العشوائية الناتجة عن مستشعر مقياس المغناطيسية أو الأجهزة الإلكترونية. تُقاس الضوضاء بوحدة نانوتسلا/ جذرهرتز، حيث يشير مكون التردد إلى عرض النطاق الترددي.
• الحساسية هي الأكبر بين الضوضاء والدقة.
• خطأ الاتجاه هو التغير في القياس الناتج عن تغير في اتجاه الجهاز في مجال مغناطيسي ثابت.
• المنطقة الميتة هي المنطقة الزاوية في اتجاه مقياس المغناطيسية التي ينتج فيها الجهاز قياسات ضعيفة أو معدومة. وتعاني جميع مقاييس المغناطيسية التي تعمل بالضخ الضوئي، ومقاييس المغناطيسية الخالية من البروتونات، ومقاييس المغناطيسية من نوع أوفرهاوزر من بعض تأثيرات المنطقة الميتة.
• تُعرف قدرة مقياس المغناطيسية على تحمل التدرج المغناطيسي بقدرته على الحصول على قياس موثوق في وجود تدرج في المجال المغناطيسي . وفي عمليات مسح الذخائر غير المنفجرة أو مكبات النفايات، قد تكون التدرجات كبيرة.

البوصلة ، التي تتكون من إبرة ممغنطة يتغير اتجاهها تبعًا للمجال المغناطيسي المحيط، هي نوع بسيط من أجهزة قياس المغناطيسية، تقيس اتجاه المجال. يتناسب تردد تذبذب الإبرة الممغنطة طرديًا مع الجذر التربيعي لشدة المجال المغناطيسي المحيط؛ فعلى سبيل المثال، يتناسب تردد تذبذب إبرة البوصلة الموضوعة أفقيًا طرديًا مع الجذر التربيعي لشدة المجال المحيط الأفقي.

في عام 1823، انخرط ويليام سكورزبي (1789-1857)، المستكشف والعالم ورجل الدين الإنجليزي، بشكلٍ كبير في علم المغناطيسية، ولا سيما في تطوير بوصلات السفن. وفي العام نفسه، نشر بحثًا في مجلة الجمعية الملكية في إدنبرة بعنوان "وصف جهاز قياس المغناطيسية، وهو أداة جديدة لقياس التجاذبات المغناطيسية وتحديد ميل الإبرة؛ مع سرد للتجارب التي أُجريت عليه".

في عام 1833، نشر كارل فريدريش غاوس ، رئيس مرصد غوتينغن المغناطيسي الأرضي، بحثًا حول قياس المجال المغناطيسي للأرض. ^{[ 12 ]} وصف البحث جهازًا جديدًا يتكون من مغناطيس دائم معلق أفقيًا بخيط ذهبي . وقد مكّنه الفرق في التذبذبات عند مغنطة المغناطيس وعند إزالة مغنطته من حساب قيمة مطلقة لقوة المجال المغناطيسي للأرض. ^{[ 13 ]}

تم تسمية وحدة الغاوس ، وهي وحدة قياس كثافة التدفق المغناطيسي في نظام الوحدات السنتيمترية-الجرامية-الثانية ، تكريماً له، وهي تُعرَّف بأنها ماكسويل واحد لكل سنتيمتر مربع، وهو ما يعادل 10⁻⁴ ^تسلا ( وحدة النظام الدولي للوحدات ). ^{[ 14 ]}

اخترع فرانسيس رونالدز وتشارلز بروك بشكل مستقل أجهزة قياس المغناطيسية عام 1846، والتي سجلت حركات المغناطيس باستمرار باستخدام التصوير الفوتوغرافي ، مما خفف العبء على المراقبين. ^{[ 15 ]} وسرعان ما استخدمها إدوارد سابين وآخرون في مسح مغناطيسي عالمي، وظلت الأجهزة المحدثة قيد الاستخدام حتى القرن العشرين. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

تُعدّ مقاييس المغناطيسية فائقة التوصيل الكمومي (SQUID) نوعًا من الأدوات المستخدمة في المسح والقياسات المخبرية. ^{[ 18 ]} وهي تعتمد على مفهوم تكميم التدفق في حلقة فائقة التوصيل . ^{[ 19 ]} تُعتبر قياسات المغناطيسية بتقنية SQUID تقنية قياس مغناطيسية مطلقة فائقة الحساسية، حيث تُحقق دقة تصل إلى فيمتوتسلا بشكل متكرر في بيئات مخبرية مُحسّنة. ^{[ 20 ]} مع ذلك، فإنّ مقاييس SQUID حساسة للضوضاء، مما يجعلها غير عملية كمقاييس مغناطيسية مخبرية في المجالات المغناطيسية المستمرة العالية، وفي المغناطيسات النبضية. كما أنّ ضرورة تبريد جزء على الأقل من الجهاز (العناصر فائقة التوصيل) إلى درجات حرارة منخفضة جدًا تُحدّ من تطبيقاته، إذ لا يُمكن تقريب المستشعر من مصدر المجال المغناطيسي بشكل عشوائي. ^{[ 21 ]} تتوفر مقاييس مغناطيسية SQUID تجارية لدرجات حرارة عينات تتراوح بين 300  ملي كلفن و400  كلفن، ومجالات مغناطيسية تصل إلى 7  تسلا. ^{[ 22 ] [ 23 ]}

تقيس ملفات الالتقاط الحثية (المعروفة أيضًا باسم المستشعرات الحثية) عزم ثنائي القطب المغناطيسي لمادة ما عن طريق رصد التيار المستحث في ملف نتيجة لتغير العزم المغناطيسي للعينة. ويمكن تغيير مغنطة العينة بتطبيق مجال مغناطيسي متناوب صغير (أو مجال مستمر سريع التغير)، كما هو الحال في المغناطيسات النبضية التي تعمل بالمكثفات. تتطلب هذه القياسات التمييز بين المجال المغناطيسي الناتج عن العينة والمجال الخارجي المطبق. غالبًا ما يُستخدم ترتيب خاص لملفات الإلغاء. على سبيل المثال، يُلف نصف ملف الالتقاط في اتجاه، والنصف الآخر في الاتجاه المعاكس، وتُوضع العينة في نصف واحد فقط. يرصد نصفي الملف المجال المغناطيسي الخارجي المنتظم، وبما أنهما ملفوفان في اتجاهين متعاكسين، فإن المجال المغناطيسي الخارجي لا يُنتج أي إشارة صافية.

تكشف مقاييس المغناطيسية ذات العينة المهتزة (VSMs) عن عزم ثنائي القطب لعينة ما عن طريق اهتزازها ميكانيكيًا داخل ملف التقاط حثي أو داخل ملف SQUID. ^{[ 24 ]} ويتم قياس التيار المستحث أو التدفق المتغير في الملف. عادةً ما يتم توليد الاهتزاز بواسطة محرك أو مشغل كهرضغطية. عادةً ما تكون تقنية VSM أقل حساسية بحوالي عشرة أضعاف من قياس المغناطيسية بتقنية SQUID. يمكن دمج مقاييس VSM مع أجهزة SQUID لإنشاء نظام أكثر حساسية من أي منهما على حدة. قد تحد الحرارة الناتجة عن اهتزاز العينة من درجة حرارة قاعدة مقياس VSM، والتي عادةً ما تكون 2  كلفن. كما أن استخدام VSM غير عملي لقياس عينة هشة حساسة للتسارع السريع.

يُعد قياس المغناطيسية بالمجال النبضي طريقة أخرى تستخدم ملفات التقاط لقياس المغنطة. على عكس مقياس المغناطيسية الاهتزازي (VSM) حيث تهتز العينة فعليًا، في قياس المغناطيسية بالمجال النبضي، تُثبّت العينة ويُغيّر المجال المغناطيسي الخارجي بسرعة، كما في المغناطيس المُشغّل بمكثف. بعد ذلك، يجب استخدام إحدى التقنيات المتعددة لإلغاء المجال الخارجي من المجال الناتج عن العينة. تشمل هذه التقنيات استخدام ملفات معاكسة اللف لإلغاء المجال الخارجي المنتظم، وقياسات الخلفية مع إزالة العينة من الملف.

قد تكون قياسات عزم الدوران المغناطيسي أكثر حساسية من قياسات عزم الدوران باستخدام جهاز SQUID. مع ذلك، لا تقيس قياسات عزم الدوران المغناطيسي المغناطيسي المغناطيسية مباشرةً كما تفعل الطرق المذكورة سابقًا. بل تقيس عزم الدوران τ المؤثر على العزم المغناطيسي μ للعينة نتيجةً لحقل مغناطيسي منتظم B ، حيث τ = μ × B. وبالتالي، يُعد عزم الدوران مقياسًا لتباين الخواص المغناطيسية أو الشكلية للعينة. في بعض الحالات، يمكن استخلاص مغنطة العينة من عزم الدوران المقاس. وفي حالات أخرى، يُستخدم قياس عزم الدوران المغناطيسي للكشف عن التحولات الطورية المغناطيسية أو التذبذبات الكمومية . الطريقة الأكثر شيوعًا لقياس عزم الدوران المغناطيسي هي تثبيت العينة على ناتئ وقياس الإزاحة عن طريق قياس السعة بين الناتئ وجسم ثابت قريب، أو عن طريق قياس الكهروإجهادية للناتئ، أو عن طريق التداخل الضوئي من سطح الناتئ.

تعتمد تقنية قياس المغناطيسية بقوة فاراداي على حقيقة أن تدرج المجال المغناطيسي المكاني يُنتج قوة تؤثر على جسم ممغنط، F = ( M ⋅∇) B . في هذه التقنية، يمكن قياس القوة المؤثرة على العينة باستخدام ميزان (عن طريق تعليق العينة بميزان دقيق)، أو عن طريق رصد الإزاحة مقابل نابض. يُستخدم عادةً خلية تحميل سعوية أو ناتئ نظرًا لحساسيتها وحجمها الصغير وخلوها من الأجزاء الميكانيكية. تُعد حساسية تقنية قياس المغناطيسية بقوة فاراداي أقل بعشر مرات تقريبًا من حساسية جهاز SQUID. يتمثل العيب الأكبر لهذه التقنية في أنها تتطلب وسيلةً ليس فقط لتوليد مجال مغناطيسي، بل أيضًا لتوليد تدرج في هذا المجال. مع أنه يمكن تحقيق ذلك باستخدام مجموعة من الأقطاب المغناطيسية الخاصة، إلا أنه يُمكن الحصول على نتائج أفضل بكثير باستخدام مجموعة من ملفات التدرج. من أهم مزايا تقنية قياس المغناطيسية بقوة فاراداي صغر حجمها ومقاومتها الجيدة للضوضاء، مما يسمح بتطبيقها في بيئات متنوعة، بما في ذلك ثلاجة التخفيف . قد تتعقد عملية قياس المغناطيسية باستخدام قوة فاراداي بوجود عزم الدوران (انظر التقنية السابقة). ويمكن التغلب على ذلك بتغيير مجال التدرج بشكل مستقل عن مجال التيار المستمر المطبق، بحيث يمكن فصل تأثير عزم الدوران عن تأثير قوة فاراداي، أو بتصميم مقياس مغناطيسية لقوة فاراداي يمنع دوران العينة.

تستخدم قياسات المغناطيسية الضوئية تقنيات بصرية متنوعة لقياس المغنطة. إحدى هذه التقنيات، قياسات كير المغناطيسية، تعتمد على تأثير كير المغناطيسي البصري (MOKE). في هذه التقنية، يُوجَّه الضوء الساقط نحو سطح العينة. يتفاعل الضوء مع السطح الممغنط بشكل غير خطي، مما ينتج عنه استقطاب بيضاوي للضوء المنعكس، والذي يُقاس بواسطة كاشف. طريقة أخرى لقياس المغناطيسية الضوئية هي قياسات دوران فاراداي المغناطيسية . تستخدم هذه الطريقة الدوران المغناطيسي البصري غير الخطي لقياس مغنطة العينة. في هذه الطريقة، يُطبَّق غشاء رقيق مُعدِّل لفاراداي على العينة المراد قياسها، وتُلتقط سلسلة من الصور بكاميرا تستشعر استقطاب الضوء المنعكس. ولتقليل التشويش، تُجمع الصور المتعددة في متوسط. من مزايا هذه الطريقة أنها تسمح برسم خرائط للخصائص المغناطيسية على سطح العينة. وهذا مفيد بشكل خاص عند دراسة ظواهر مثل تأثير مايسنر على الموصلات الفائقة. يمكن استخدام مقاييس المغناطيسية الدقيقة المصنعة بتقنية الضخ الضوئي (μOPMs) للكشف عن منشأ نوبات الصرع الدماغية بدقة أكبر وتوليد حرارة أقل من أجهزة SQUID المتوفرة حاليًا . ^{[ 25 ]} يعمل الجهاز باستخدام الضوء المستقطب للتحكم في دوران ذرات الروبيديوم، والذي يمكن استخدامه لقياس المجال المغناطيسي ومراقبته. ^{[ 26 ]}

Susceptometry, while not technicallly magnetometry, is a closely related technique to those above. It measures the magnetic suscpetibilityχ= dM/dH instead of the magnetizationM.^[27] This is particularly relevant when (instead of a static) a dynamic magnetic field H(t) is applied to the sample in order to investigate its dynamic magnetic properties.^[27] In the mathematically simplest case, a sinusoidal excitation field h(t) = h₀sin(2πt) is overlaid onto a constant (possibly zero) magnetic field H: H(t) = H₀ + h(t). The resulting time-dependent magnetization M(t) can be decomposed into a series of harmonics. The constant term and first harmonics (omitting higher harmonics) of M(t) read as M(t) = M₀ + h (χ'₁ sin(2πt)+χ''₁ cos(2πt)). χ'₁ and χ''₁ are commonly referred to as the a.c. magnetic suscpetibilities, where χ'₁ is the reactive/in-phase component and χ''₁ is the absorptive/out-of-phase component.

This technique can for example be used to gain an insight on the magnetic phase transitions^[28] or the freezing behavior of spin glasses.^[29] At a close to an ordering point, the spin dynamics will exhibit a critical slowing down, which means the absorptive component χ''₁ peaks (see the Debye relaxor model in dielectrics).^[30]

يمكن أيضًا استخدام قياس الحساسية المغناطيسية بالتيار المتردد كأداة أكثر ملاءمة لتحديد الحساسية المغناطيسية الساكنة. ^{[ 30 ]} ولتحقيق ذلك، يُختار التردد f أصغر من ديناميكيات الدوران. وبما أنه يمكن اختيار سعة الإثارة h لتكون أصغر بكثير من حجم الخطوة النموذجي في أي مسح للمجال ( قياس M ( H ))، فإن الحساسية كمشتق χ = dM/dH تُقارب بدقة أكبر بكثير باستخدام فرق مجال صغير h ~ 100 ^أورستد (انظر حاصل قسمة الفرق ) بدلاً من القيم النموذجية لقياس المغناطيسية بالتيار المستمر ΔH ~ 102 ^أورستد .

يتعرض ثنائي القطب في مجال مغناطيسي متدرج لقوة محصلة. يمكن قياس شدة هذه القوة، وهي تتناسب طرديًا مع العزم المغناطيسي لثنائي القطب. من خلال تغيير تدرج المجال واستخدام مضخم متزامن ، يمكن تحقيق مستوى ضوضاء منخفض. ^{[ 31 ]}

تقيس مقاييس المغناطيسية المتجهة مكونًا واحدًا أو أكثر من مكونات المجال المغناطيسي إلكترونيًا. وباستخدام ثلاثة مقاييس مغناطيسية متعامدة، يمكن قياس كل من السمت والميل. وبأخذ الجذر التربيعي لمجموع مربعات المكونات، يمكن حساب شدة المجال المغناطيسي الكلية (وتسمى أيضًا شدة المجال المغناطيسي الكلية، TMI) باستخدام نظرية فيثاغورس .

تتأثر أجهزة قياس المغناطيسية المتجهة بتغيرات درجة الحرارة وعدم استقرار أبعاد النوى الفريتية. كما أنها تتطلب تسوية للحصول على معلومات المكونات، على عكس أجهزة قياس المجال الكلي (القياسي). لهذه الأسباب، لم تعد تُستخدم في التنقيب عن المعادن.

مقياس المغناطيسية ذو البوابة التدفقية

يتكون مقياس المغناطيسية ذو البوابة التدفقية من قلب صغير قابل للتأثر المغناطيسي ملفوف بملفين سلكيين. يمر تيار كهربائي متناوب عبر أحد الملفين، مما يدفع القلب عبر دورة متناوبة من التشبع المغناطيسي ؛ أي ممغنط، غير ممغنط، ممغنط عكسيًا، غير ممغنط، ممغنط، وهكذا. يُحفز هذا المجال المتغير باستمرار جهدًا في الملف الثاني، والذي يقيسه كاشف. في بيئة متعادلة مغناطيسيًا، تتطابق إشارات الدخل والخرج. مع ذلك، عندما يتعرض القلب لمجال مغناطيسي، فإنه يتشبع بسهولة أكبر في اتجاه ذلك المجال، ويصعب تشبعه في اتجاهه المعاكس. وبالتالي، يكون المجال المغناطيسي المتناوب وجهد الخرج المُستحث غير متزامنين مع تيار الدخل. يعتمد مدى هذا التزامن على قوة المجال المغناطيسي المحيط. غالبًا ما تُكامل الإشارة في ملف الخرج، مما ينتج عنه جهد خرج تناظري يتناسب مع المجال المغناطيسي.

اخترع هـ. أشينبرينر وج. غوباو مقياس المغناطيسية ذو البوابة التدفقية عام 1936. ^{[ 34 ] [ 40 ] : 4} قام فريق في مختبرات أبحاث الخليج بقيادة فيكتور فاكير بتطوير مقاييس مغناطيسية محمولة جواً ذات بوابة تدفقية للكشف عن الغواصات خلال الحرب العالمية الثانية ، وبعد الحرب أكدوا نظرية الصفائح التكتونية باستخدامها لقياس التحولات في الأنماط المغناطيسية على قاع البحر. ^{[ 41 ]}

تتوفر حاليًا مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار المستخدمة لقياس المجالات المغناطيسية. تقيس بوصلات التدفق المغناطيسي ومقاييس التدرج المغناطيسي اتجاه وشدة المجالات المغناطيسية. تتميز بوصلات التدفق المغناطيسي بأسعارها المعقولة ومتانتها وصغر حجمها، وقد تطورت تقنيات تصغيرها مؤخرًا لتصل إلى مرحلة توفير حلول استشعار متكاملة على شكل رقائق دوائر متكاملة، بما في ذلك أمثلة من الأوساط الأكاديمية ^{[ 42 ]} والصناعية ^{[ 43 ]} . هذا، بالإضافة إلى استهلاكها المنخفض للطاقة عادةً، يجعلها مثالية لمجموعة متنوعة من تطبيقات الاستشعار. تُستخدم مقاييس التدرج المغناطيسي بشكل شائع في التنقيب الأثري، والكشف عن الذخائر غير المنفجرة ، مثل جهاز فورستر الشهير لدى الجيش الألماني ^{[ 44 ]} . كما يستخدم متخصصو تحديد مواقع المرافق مقاييس التدرج المغناطيسي لتحديد مواقع المرافق تحت الأرض، مثل صمامات خطوط الأنابيب وخزانات الصرف الصحي وأغطية غرف التفتيش ^{[ 45 ] .}

يتكون مقياس المغناطيسية ذو البوابة التدفقية النموذجي من ملف "استشعار" (ثانوي) يحيط بملف "تشغيل" (أولي) داخلي ملفوف بإحكام حول مادة أساسية ذات نفاذية عالية، مثل معدن مو أو سبيكة بيرمالوي . يُطبَّق تيار متردد على ملف التشغيل، مما يُشغِّل المادة الأساسية في دورة متكررة من التشبع وعدم التشبع. عند تطبيق مجال خارجي، تكون المادة الأساسية بالتناوب ذات نفاذية ضعيفة وعالية. غالبًا ما تكون المادة الأساسية حلقة ملفوفة حلقية أو زوجًا من العناصر الخطية، حيث يكون كل ملف تشغيل ملتفًا في اتجاه معاكس للآخر. تُقلِّل مسارات التدفق المغلقة هذه من الاقتران بين ملفي التشغيل والاستشعار. في وجود مجال مغناطيسي خارجي، ومع كون المادة الأساسية في حالة نفاذية عالية، ينجذب هذا المجال موضعيًا أو يُتحكم فيه (ومن هنا جاءت تسمية "بوابة التدفق") عبر ملف الاستشعار. عندما تكون المادة الأساسية ذات نفاذية ضعيفة، يكون انجذاب المجال الخارجي أقل. يؤدي هذا التحكم المستمر في المجال الخارجي داخل وخارج ملف الاستشعار إلى توليد إشارة في ملف الاستشعار، والتي يكون ترددها الرئيسي ضعف تردد القيادة، وتختلف قوتها واتجاه طورها بشكل مباشر مع مقدار المجال الخارجي وقطبيته.

توجد عوامل إضافية تؤثر على حجم الإشارة الناتجة. وتشمل هذه العوامل عدد لفات ملف الاستشعار، والنفاذية المغناطيسية للقلب، وهندسة المستشعر، ومعدل تغير التدفق المُتحكم به مع مرور الوقت.

تُستخدم تقنية الكشف المتزامن مع الطور لاستخلاص الإشارات التوافقية من ملف الاستشعار وتحويلها إلى جهد تيار مستمر يتناسب مع المجال المغناطيسي الخارجي. كما يمكن استخدام التغذية الراجعة النشطة للتيار، بحيث يتم تشغيل ملف الاستشعار لموازنة المجال الخارجي. في هذه الحالة، يتغير تيار التغذية الراجعة خطيًا مع المجال المغناطيسي الخارجي ويُستخدم كأساس للقياس. يساعد هذا في التغلب على اللاخطية الكامنة بين شدة المجال الخارجي المُطبق والتدفق المغناطيسي المُمرر عبر ملف الاستشعار.

تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية لقياس أو رصد الإجهاد الميكانيكي في المواد المغناطيسية الحديدية. يُحسّن الإجهاد الميكانيكي من اصطفاف المجالات المغناطيسية على المستوى المجهري، مما يزيد من شدة المجال المغناطيسي المقاس بالقرب من المادة بواسطة هذه الأجهزة. توجد فرضيات مختلفة حول العلاقة بين الإجهاد والمغنطة. ومع ذلك، يُزعم في العديد من المنشورات العلمية أن تأثير الإجهاد الميكانيكي على المجال المغناطيسي المقاس بالقرب من العينة قد تم إثباته. وقد بُذلت جهود لحل المشكلة العكسية المتمثلة في تحديد العلاقة بين المغنطة والإجهاد، وذلك بهدف تحديد كمية الإجهاد بناءً على المجال المغناطيسي المقاس. ^{[ 55 ] [ 56 ]}

تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية على نطاق واسع في فيزياء الجسيمات التجريبية لقياس المجال المغناطيسي للمكونات المحورية مثل مغانط تركيز أو تركيز الحزمة.

تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية أيضًا للكشف عن المواقع الأثرية ، وحطام السفن ، وغيرها من الأجسام المدفونة أو المغمورة. وتُعدّ أجهزة قياس التدرج المغناطيسي من نوع "فلكسجيت " شائعة الاستخدام نظرًا لصغر حجمها وتكلفتها المنخفضة نسبيًا. تُحسّن هذه الأجهزة من دقة تحديد المعالم الضحلة وتُغني عن الحاجة إلى محطة أساسية. كما تُعدّ أجهزة قياس المغناطيسية من نوعي "السيزيوم" و"أوفرهاوزر" فعّالة للغاية عند استخدامها كأجهزة قياس تدرج مغناطيسي أو كأنظمة أحادية المستشعر مع محطات أساسية.

ساهم برنامج "تايم تيم" التلفزيوني في نشر مفهوم "الجيوفيزياء"، بما في ذلك التقنيات المغناطيسية المستخدمة في الأعمال الأثرية للكشف عن مواقد النار، وجدران الطوب المحروق، والأحجار المغناطيسية مثل البازلت والجرانيت. ويمكن أحيانًا رسم خرائط لمسارات المشي والطرقات باستخدام بيانات التباين في كثافة التربة المغناطيسية أو الاضطرابات في الطين، كما هو الحال في السهل المجري الكبير . وتُعدّ الحقول المحروثة مصادر للضوضاء المغناطيسية في مثل هذه المسوحات.

يمكن لأجهزة قياس المغناطيسية أن تعطي مؤشراً على نشاط الشفق القطبي قبل أن يصبح ضوء الشفق مرئياً. وتقوم شبكة من أجهزة قياس المغناطيسية حول العالم بقياس تأثير الرياح ^{الشمسية} على المجال المغناطيسي للأرض باستمرار، والذي يُنشر بعد ذلك في مؤشر K. ^{[ 57} ]

على الرغم من إمكانية استخدام أجهزة قياس المغناطيسية للمساعدة في رسم خرائط شكل الأحواض على نطاق إقليمي، إلا أنها تُستخدم بشكل أكثر شيوعًا لرسم خرائط المخاطر التي تواجه تعدين الفحم، مثل التداخلات البازلتية ( السدود ، والطبقات المتداخلة ، والسدود البركانية ) التي تُدمر الموارد وتُشكل خطرًا على معدات التعدين بالجدران الطويلة. كما يمكن لأجهزة قياس المغناطيسية تحديد المناطق التي اشتعلت بفعل البرق ورسم خرائط السديريت (شوائب في الفحم).

تُحقق أفضل نتائج المسح الميداني من خلال المسوحات عالية الدقة (  بمسافة بين الخطوط تبلغ حوالي 10 أمتار ومسافة بين المحطات تبلغ 0.5 متر). كما يمكن استخدام مقاييس المغناطيسية في الآبار باستخدام جهاز Ferret للمساعدة في تحديد طبقات الفحم العميقة، وذلك من خلال استخدام عتبات متعددة أو البحث أسفل تدفقات البازلت السطحية.

تستخدم المسوحات الحديثة عمومًا أجهزة قياس المغناطيسية المزودة بتقنية تحديد المواقع العالمية (GPS) لتسجيل المجال المغناطيسي وموقعه تلقائيًا. ثم تُصحَّح مجموعة البيانات ببيانات من جهاز قياس مغناطيسية ثانٍ (المحطة الأساسية) يبقى ثابتًا ويسجل التغير في المجال المغناطيسي للأرض أثناء المسح. ^{[ 58 ]}

تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية في الحفر الموجه للنفط أو الغاز لتحديد سمت أدوات الحفر بالقرب من المثقاب. ^{[ 59 ]} وغالبًا ما تُقترن هذه الأجهزة بمقاييس التسارع في أدوات الحفر لتحديد كل من ميل المثقاب وسمته. ^{[ 59 ]}

لأغراض دفاعية، تستخدم القوات البحرية مصفوفات من أجهزة قياس المغناطيسية موزعة على قيعان البحار في مواقع استراتيجية (مثل حول الموانئ) لمراقبة نشاط الغواصات. وقد صُممت وبُنيت غواصات ألفا الروسية المصنوعة من التيتانيوم بتكلفة باهظة لإحباط هذه الأنظمة (لأن التيتانيوم النقي غير مغناطيسي). ^{[ 60 ]}

تُزال مغناطيسية الغواصات العسكرية -عن طريق مرورها عبر حلقات كبيرة تحت الماء على فترات منتظمة- لتجنب رصدها بواسطة أنظمة مراقبة قاع البحر، وأجهزة الكشف عن الشذوذ المغناطيسي ، والألغام التي تعمل بالمغناطيس. مع ذلك، لا تُزال مغناطيسية الغواصات تمامًا. من الممكن تحديد العمق الذي وصلت إليه الغواصة بقياس مجالها المغناطيسي، الذي يتشوه بفعل الضغط الذي يُشوه هيكلها وبالتالي المجال. كما أن التسخين يُمكن أن يُغير مغنطة الفولاذ.

تسحب الغواصات منظومات سونار طويلة لرصد السفن، بل ويمكنها تمييز أصوات المراوح المختلفة. يجب وضع منظومات السونار بدقة متناهية لتحديد اتجاه الأهداف (كالسفن مثلاً). ولأن هذه المنظومات لا تُسحب في خط مستقيم، تُستخدم مقاييس المغناطيسية لتحديد اتجاه كل عقدة سونار في المنظوم.

يمكن أيضًا استخدام بوابات التدفق في أنظمة الملاحة للأسلحة، ولكن تم استبدالها إلى حد كبير بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) وجيروسكوبات الليزر الحلقية .

تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية، مثل جهاز فورستر الألماني، لتحديد مواقع الذخائر الحديدية. أما أجهزة قياس المغناطيسية المصنوعة من السيزيوم وأوفرهاوزر فتُستخدم لتحديد مواقع مواقع القصف والاختبار القديمة والمساعدة في تنظيفها.

تشمل حمولات الطائرات بدون طيار أيضًا أجهزة قياس مغناطيسية لمجموعة من المهام الدفاعية والهجومية.

يمكن أن تكون المسوحات المغناطيسية مفيدة في تحديد الشذوذات المغناطيسية التي تمثل خامات (الكشف المباشر)، أو في بعض الحالات المعادن المصاحبة لرواسب الخامات (الكشف غير المباشر أو الاستدلالي). ويشمل ذلك خام الحديد ، والماغنيتيت ، والهيماتيت ، وغالبًا البيروتيت .

تستثمر الدول المتقدمة، مثل أستراليا وكندا والولايات المتحدة الأمريكية، بكثافة في المسوحات المغناطيسية الجوية المنهجية لقاراتها ومحيطاتها المحيطة، للمساعدة في رسم خرائط جيولوجية واكتشاف رواسب معدنية. تُجرى هذه المسوحات عادةً بتباعد  خطوط يبلغ 400 متر على  ارتفاع 100 متر، مع قراءات كل 10 أمتار أو أكثر. وللتغلب على عدم تناسق كثافة البيانات، تُستكمل البيانات بين الخطوط (عادةً 5 مرات)، ثم يُحسب متوسط ​​البيانات على طول الخط. تُقسّم هذه البيانات إلى شبكة بحجم بكسل 80  × 80  مترًا، وتُعالج الصورة باستخدام برنامج مثل ERMapper. على نطاق منطقة استكشافية، قد يتبع المسح مسحٌ أكثر تفصيلًا باستخدام طائرة هليكوبتر مغناطيسية أو طائرة رش مبيدات زراعية ثابتة الجناحين  بتباعد خطوط 50 مترًا وارتفاع 50  مترًا (إذا سمحت طبيعة الأرض بذلك). تُقسّم هذه الصورة إلى شبكة بحجم بكسل 10  × 10  أمتار، مما يوفر دقة أعلى بـ 64 مرة.

عندما تكون الأهداف ضحلة (<  200  متر)، يمكن متابعة الشذوذات المغناطيسية الجوية بمسوحات مغناطيسية أرضية على مسافات خطية من 10  أمتار إلى 50  مترًا مع  مسافة محطة 1 متر لتوفير أفضل التفاصيل (  شبكة بكسل من 2 إلى 10 أمتار) (أو 25 ضعف الدقة قبل الحفر).

تتلاشى المجالات المغناطيسية الصادرة من الكتل المغناطيسية للخامات مع مكعب المسافة العكسية ( هدف ثنائي القطب )، أو في أفضل الأحوال مع مربع المسافة العكسية ( هدف أحادي القطب المغناطيسي ). ويمكن تشبيه هذه الظاهرة بسيارة تسير ليلاً وأضواؤها مضاءة. فعلى مسافة 400  متر، يُرى هالة متوهجة واحدة، ولكن مع اقترابها، يظهر مصباحان أماميان، ثم إشارة الانعطاف اليسرى.

تُشكل عملية تفسير البيانات المغناطيسية في التنقيب عن المعادن تحدياتٍ جمة. إذ تتداخل الأهداف المتعددة كما تتداخل مصادر الحرارة المتعددة، وعلى عكس الضوء، لا يوجد تلسكوب مغناطيسي لتركيز المجالات. ويتم قياس مزيج المصادر المتعددة على السطح. كما أن هندسة الأهداف وعمقها واتجاه مغنطتها (المغناطيسية المتبقية) غير معروفة عمومًا، ولذا يمكن لنماذج متعددة تفسير البيانات.

برنامج Potent من تطوير شركة Geophysical Software Solutionsهي حزمة تفسير مغناطيسية (وجاذبية) رائدة تستخدم على نطاق واسع في صناعة التنقيب الأسترالية.

تساعد أجهزة قياس المغناطيسية مستكشفي المعادن بشكل مباشر (مثل تمعدن الذهب المرتبط بالماغنيتيت ، والماس في أنابيب الكيمبرلايت ) وبشكل أكثر شيوعًا، بشكل غير مباشر، مثل رسم خرائط الهياكل الجيولوجية المؤدية إلى التمعدن (مثل مناطق القص وهالات التغير حول الجرانيت).

ترصد أجهزة قياس المغناطيسية المحمولة جواً التغيرات في المجال المغناطيسي للأرض باستخدام أجهزة استشعار مثبتة على الطائرة على شكل "مسبار"، أو عن طريق سحب جهاز قياس المغناطيسية في نهاية كابل. ويُطلق على جهاز قياس المغناطيسية المثبت على الكابل اسم "القنبلة" نظراً لشكلها، بينما يسميه آخرون "الطائر".

نظراً لتأثير التضاريس، من تلال ووديان، على قراءات المجال المغناطيسي، يقوم مقياس الارتفاع الراداري برصد انحراف المحول عن الارتفاع الاسمي فوق سطح الأرض. وقد توجد أيضاً كاميرا لالتقاط صور للأرض. ويتم تحديد موقع القياس من خلال تسجيل إشارة نظام تحديد المواقع العالمي (GPS).

تحتوي العديد من الهواتف الذكية على مقاييس مغناطيسية مصغرة تعمل بتقنية الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة (MEMS)، تُستخدم للكشف عن شدة المجال المغناطيسي وتُستخدم كبوصلات . يحتوي هاتف iPhone 3GS على مقياس مغناطيسي، وهو مستشعر مغناطيسي مقاوم مصنوع من سبيكة بيرمالوي، من طراز AN-203 من إنتاج شركة هانيويل. ^{[ 61 ]} في عام 2009، انخفض سعر المقاييس المغناطيسية ثلاثية المحاور إلى أقل من دولار أمريكي واحد للجهاز، ثم انخفض بسرعة. استخدام جهاز ثلاثي المحاور يعني أنه غير حساس لطريقة تثبيته من حيث الاتجاه أو الارتفاع. كما تحظى أجهزة تأثير هول بشعبية واسعة. ^{[ 62 ]}

استخدم باحثون في شركة دويتشه تيليكوم أجهزة قياس مغناطيسية مدمجة في الأجهزة المحمولة لتمكين التفاعل ثلاثي الأبعاد دون لمس . ويتتبع إطار عمل التفاعل الخاص بهم، المسمى MagiTact، التغيرات في المجال المغناطيسي المحيط بالهاتف المحمول لتحديد الإيماءات المختلفة التي تقوم بها اليد التي تحمل أو ترتدي مغناطيسًا. ^{[ 63 ]}

تُفضَّل الطرق الزلزالية على أجهزة قياس المغناطيسية كطريقة المسح الأساسية لاستكشاف النفط، على الرغم من أن الطرق المغناطيسية قد تُقدِّم معلومات إضافية حول الجيولوجيا الأساسية، وفي بعض البيئات، أدلة على التسرب من المصائد. ^{[ 64 ]} كما تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية في استكشاف النفط لتحديد مواقع السمات الجيولوجية التي تجعل الحفر غير عملي، وغيرها من السمات التي تُعطي الجيوفيزيائيين صورة أكثر اكتمالاً عن الطبقات الجيولوجية .

كان مقياس المغناطيسية ثلاثي المحاور جزءًا من مهمتي مارينر 2 ومارينر 10. ^{[ 65 ]} كما يُعد مقياس المغناطيسية ثنائي التقنية جزءًا من مهمة كاسيني-هويجنز لاستكشاف زحل. ^{[ 66 ]} ويتكون هذا النظام من مقياس مغناطيسية هيليوم متجه ومقياس مغناطيسية ذي بوابة تدفق. ^{[ 67 ]} وكانت مقاييس المغناطيسية أيضًا من الأدوات الأساسية في مهمة ميركوري ميسنجر . ويمكن للأقمار الصناعية، مثل GOES، استخدام مقياس المغناطيسية لقياس كلٍ من شدة واتجاه المجال المغناطيسي لكوكب أو قمر.

يمكن استخدام المسوحات المنهجية في البحث عن رواسب المعادن أو تحديد مواقع الأشياء المفقودة. وتنقسم هذه المسوحات إلى:

• المسح المغناطيسي الجوي
• بئر
• أرضي
• البحرية

يمكن تنزيل مجموعات بيانات Aeromag لأستراليا من قاعدة بيانات GADDS .

يمكن تقسيم البيانات إلى بيانات نقطية وبيانات صور، وهذه الأخيرة بتنسيق ERMapper.

بدأ تشغيل خوارزمية الملاحة المغناطيسية (MAGNAV) كتجربة طيران في عام 2004. ^{[ 68 ]} وفي وقت لاحق، طوّر مختبر أبحاث القوات الجوية الأمريكية (AFRL) مقاييس مغناطيسية ماسية كطريقة ملاحة أفضل لا يمكن للعدو التشويش عليها. ^{[ 69 ]}

تُستخدم أجهزة قياس المغناطيسية في تخطيط الدماغ المغناطيسي (MEG)، وهي تقنية تسجل المجالات المغناطيسية العصبية الضعيفة الناتجة عن التيارات في الدماغ. تستخدم أنظمة MEG الحالية أجهزة قياس مغناطيسية فائقة التوصيل (SQUID) مبردة بالتبريد الفائق ، بينما تعمل مستشعرات OPM الأحدث عند درجة حرارة الغرفة أو بالقرب منها، ويمكن وضعها على بُعد ملليمترات من فروة رأس المريض، مما يُتيح أنظمة قابلة للارتداء ذات قوة إشارة مُحسّنة وقدرة أكبر على تحمل الحركة. وقد استُخدمت تقنية OPM-MEG لقياس نشاط الدماغ لدى مرضى الفصام ، ومرض الزهايمر ، ومرض باركنسون ، وخلل التوتر العضلي ، والتوحد ، واضطراب نقص الانتباه مع فرط النشاط ، والصرع . ^{[ 70 ]}