En el siglo XVII, cuando los exploradores y comerciantes llegaban a perderse en la inmensidad del océano, los primeros magnetómetros, por así llamar a las brújulas, sirvieron para orientar a los navegantes convirtiéndose en un instrumento esencial para el transporte marítimo. Estos equipos, que respondían al norte magnético terrestre sin importar si era de noche o en condiciones de neblina, les permitió a las embarcaciones de la época ubicarse, tomar rumbo y dirección hacia sus destinos.
Los magnetómetros son una herramienta que ha existido básicamente desde que existen las brújulas, por lo que han podido evolucionar a través de las diferentes generaciones tecnológicas, esto ha permitido que además de qué estos sean utilizados para navegación, sea posible utilizarlos para exploración geofísica.
En AV3 AEROVISUAL contamos con la última tecnología en magnetómetros móviles, estos equipos son una gran herramienta para la exploración e identificación de recursos naturales.
Actualmente y después de haber hecho trabajos de investigación con el modelo Lemi026, contamos con la segunda generación de magnetómetros aéreos, los cuales están renovados y mejorados a partir de la experiencia y resultados que hemos podido obtener en los últimos años.
Estos magnetómetros producidos por la National Academy of Sciences and State Space Agency of Ukraine, diseñados para hecer adquisición de datos con drones, cuentan con una gran precisión y ensamblaje el cual nos permite realizar levantamientos con alta densidad de muestreo a gran velocidad.
A continuación mencionamos los magnetómetros más comunes utilizados para exploración geofísica, sus características y principios bajo los que funcionan. Entre ellos se encuentra la explicación de los magnetómetros tipo Fluxgate, que son el tipo de tecnología que utilizamos en AV3 AEROVISUAL, la cual nos puede dar mayor detalle de las componentes magnéticas. Ejemplo de ello es el proyecto de investigación en campo geotérmico, el sistema aeromagnético con drones para exploración geofísica y nuestro servicio dedicado a la aeromagnetometría aérea con drones.
MAGNETÓMETROS PARA EXPLORACIÓN GEOFÍSICA
En general, los magnetómetros más comunes para el uso en exploración geofísica son: el magnetómetro de protones, basado en la oscilación de moléculas de H2O; el de cesio, basado en el efecto Zeeman; y el tipo fluxgate basado en la inducción magnética directa en un material altamente permeable.
TIPOS DE MAGNETÓMETROS
Tipos de magnetómetros más comunes basados en diferentes principios físicos. (Macintyre, 1999)
| TIPO | RESOLUCIÓN (nT) | USOS Y CARACTERÍSTICAS |
| Zeeman óptico | 104 | -Utilizados para campos solares fuertes |
| Variómetro clásico | 10-1 | -Utilizados en muchos observatorios -Generalmente menos sensibles -Respuesta pobre a pulsaciones -Por su diseño simple es muy confiable |
| Fluxgate | 10-1 | -Presentes en casi todos los observatorios modernos -Uso en satélites para campos débiles -Sensibles al estrés y temperatura -Existen versiones de bajo ruido para pulsaciones |
| Protones | 10-1 | -Ideal para mediciones de campo total -Mala respuesta a pulsaciones -Utilizados a manera de referencia en observatorios -Uso extenso en el campo de la Geofísica |
| de Bombeo Óptico | 10-2 | -Mediciones de campo total -Son utilizados en satélites -Diseño electrónico complejo -Alta frecuencia de medición -Amplio Rango de frecuencias |
| Loop de inducción | 10-4 | -Mide la tasa de cambio del campo -Frecuencia de medición baja -Utilizados en algunos satélites -Ideales para medir pulsaciones |
| Sonda corriente tierra | 10-5 | -Buenos para levantamientos geológicos -Buenos para mediciones de pulsaciones -Diseño muy simple -Presenta dificultades para su calibración |
| SQUID | 10-5 | -Uso extensivo para el muestreo de rocas -Electrónica muy compleja -Problema de evaporación de Helio líquido |
Magnetómetro de Protones
Los magnetómetros de protones se desarrollaron casi al mismo tiempo que los magnetómetros fluxgate, pero se basan en un principio físico diferente en su medición. Su construcción y uso son relativamente sencillos, por lo que los hace un instrumento muy utilizado en los trabajos de prospección Geofísica (Lowrie, 1997). La parte principal de este instrumento consta de un recipiente en el cual se encuentra una gran cantidad de átomos de hidrógeno, los cuales son excitados por un campo magnético artificial producido por una bobina. Una vez que se interrumpe la corriente excitadora, en la bobina ocurre una interacción entre los átomos de hidrógeno y el campo geomagnético local, produciéndose un giro en los espines atómicos llamado “precesión”. Al medir la frecuencia de oscilación de los espines, la cual es proporcional a la intensidad del campo en el sitio, es posible conocer la magnitud F del campo magnético total.
La frecuencia de precesión ronda los 2,000 Hz para un campo terrestre de aproximadamente 50,000 nT, la cual se puede medir con un contador digital en valor absoluto de la intensidad de campo total con una precisión de hasta 0.1 nT. El magnetómetro de protones sólo mide la magnitud del vector del campo magnético, cuya dirección es prácticamente paralela a la del vector sin perturbación, es decir, mide el campo magnético total más la componente de la perturbación en la dirección del campo total (Breiner,1973).
Una de las características principales de este tipo de magnetómetros es que los datos medidos son independientes a la orientación del sensor, lo cual permite que el magnetómetro se opere sin cuidado de su orientación, lo cual facilita su operación de manera móvil. Adicionalmente, los magnetómetros de protones tienen una buena resolución y permiten visualizar de forma digital las mediciones en tiempo real. Sin embargo, debido a que solo miden la magnitud del campo magnético total, es imposible analizar las componentes individuales en caso de que sea esto necesario, aunado a que la señal disminuye bruscamente en presencia de un gradiente de campo magnético muy intenso, es decir mayor a 600 nT por metro. La amplitud de la señal del sensor es del orden de los microvoltios por lo que debe ser medida con una precisión de 0.4 Hz, lo cual resulta difícil de medir en la cercanía de corrientes eléctricas alternas y por ende en zonas urbanas es difícil obtener buenos datos.
Magnetómetro de bombeo óptico
En este tipo de magnetómetro la luz, con una longitud de onda adecuada, es absorbida por una célula de vapor alcalino (Campbell, 2003). Con dicha absorción, los niveles altos de energía se cargan y remiten energía a los niveles más bajos. Parte de esta remisión sigue una ruta “prohibida” a un nivel que es conocido por ser sensitivamente cambiado por la fuerza electromagnética local. Cuando la absorción se detiene debido a la carga completa de ese estado energético particular, las ondas de radiofrecuencia dentro de un rango determinado por ese nivel “prohibido” pueden bajar de nivel para que se pueda volver absorbente una vez más. La célula de rubidio cambia entre transparente y opaco, respondiendo a una fuente de luz oscilando en la frecuencia Larmor precedida (Liang, Z.P. and Lauterbur P.C. et al., 2000), que corresponde al nivel seleccionado de energía que es capaz de cambiar de posición con la fuerza electromagnética local. En la actualidad se han desarrollado magnetómetros más precisos de rubidio que aíslan un solo subnivel energético.
El Magnetómetro de rubidio común tiene una sensibilidad limitada a aproximadamente 0.2 nT. El magnetómetro mide el campo total y las variaciones a lo largo de todas las direcciones del campo. La ventaja de este instrumento es que opera bien en campos magnéticos débiles y tiene un tiempo rápido de respuesta, lo que le da un mejor uso en satélites. El principal problema del instrumento es la corta duración de sus células de absorción y lo complicado de los circuitos del instrumento.El helio también es utilizado en magnetómetros de bombeo óptico. El campo eléctrico de baja radiofrecuencia de estos átomos puede ser excitado a un estado metaestable que tiene relativamente una vida larga y se divide en subniveles por el efecto del campo magnético en el ambiente. A partir de este estado base, el bombeo y la detección del campo geomagnético, de este estado, es similar a lo descrito anteriormente para las células de rubidio. Los magnetómetros de helio comerciales mencionan poseen una sensibilidad de alrededor de 0.01 nT (Macintyre, 1999).
Magnetómetro Fluxgate
Los magnetómetros Fluxgate son llamados así por la manera en que periódicamente se intercala la medición de los sensores magnéticos cambiando su flujo magnético. En instrumentos de este tipo la heterogeneidad de las propiedades de magnetización de alta permeabilidad, encontrada en partículas ferromagnéticas, puede ser utilizada como un indicador de la fuerza del campo local (Primdahl, 1979).
El instrumento se compone de dos núcleos cilíndricos paralelos de un material de alta permeabilidad magnética con devanados en serie, pero en sentido inverso, de tal manera que al pasar por ellos una corriente eléctrica los campos producidos son iguales y de sentidos contrarios. Si se aplica una corriente alterna sinusoidal de intensidad I a los devanados de dichos núcleos, el campo magnético B en su interior seguirá un ciclo de histéresis producido por el campo inductor H. Suponiendo una simetría perfecta del dispositivo, los campos producidos en ambos núcleos B1 y B2 son iguales y de signo contrario por lo que se anulan entre sí, si se colocara una bobina envolviendo a ambos núcleos no se induciría en ella ninguna corriente. Sin embargo, si existiese un campo magnético externo Ho, menor que H y paralelo a los ejes de los núcleos, tal que al superponerse al campo producido por la corriente I el valor máximo del campo inductor cumplan que Ho ± Hm > Hs (Hs es el valor del campo inductor necesario para alcanzar la saturación y Hm el valor máximo del campo producido por la corriente I), el estado de saturación de los núcleos se alcanzará en un semiciclo pero no en el otro. Por lo tanto, al aproximarse al punto de saturación el flujo de B1 variará de forma más lenta que el campo, lo mismo ocurriría con el flujo de B2, pero existiendo un desfase con respecto al primero, surge como consecuencia de ello un máximo con frecuencia doble de la del campo inductor (Primdahl, 1979; Kearey et al., 2011).
Debido a que el campo magnético total puede ser expresado en términos de sus componentes individuales, y que el magnetómetro Fluxgate permite medir la intensidad de cada componente del campo, entonces es posible obtener la magnitud del campo total a partir de las magnitudes individuales medidas en forma simultánea a partir de:
|B| = (Bx2+By2+Bz2)1/2
Su uso es principalmente en mediciones de manera estática, es decir fija, debido a que el utilizar este tipo de magnetómetros de manera móvil presenta una serie de detalles que deben ser tomados en cuenta para poder tener una interpretación de datos adecuada. Pero gracias a los avances en electrónica se han reducido sustancialmente de tamaño, haciéndolos muy compactos y ligeros, además de contar con inclinómetros los cuales registran la desviación de los sensores del equipo si es que este se desplaza de la vertical. Además de poder medir las tres componentes del campo magnético, este tipo de magnetómetro tiene la posibilidad de obtener medidas en intervalos de tiempo muy cortos (Barreto, 1996).
Si quieres conocer un poco más sobre la historia de los magnetómetros te sugerimos leer el artículo; ¿Qué y para qué sirve la magnetometría? una lectura obligada para comprender mejor el origen y propósito de esta tecnología.
En AV3 AEROVISUAL ofrecemos consultoría y servicios de magnetometría aérea con drones para exploración y búsqueda de recursos. Escríbenos a contacto@av3aerovisual.com o llámanos al 442 129 7892 y deja que nuestros expertos te asesoren y juntos encontrar la mejor solución a tu presupuesto y necesidades.
