Qu’est-ce qu’un fluxmètre ?
Un fluxmètre est un instrument qui mesure la quantité de flux magnétique traversant ou changeant à l’intérieur d’une bobine. Une bobine appelée bobine de recherche est enroulée à l’intérieur du fluxmètre. L’ampleur du flux magnétique est calculée en fonction de l’ampleur de la force électromotrice générée par le flux magnétique traversant la bobine.
Les fluxmètres peuvent mesurer des forces magnétiques encore plus infimes à mesure que le nombre de bobines augmente. Il existe également un dispositif encore plus sensible appelé magnétomètre SQUID, qui est un magnétomètre utilisant un supraconducteur : un magnétomètre SQUID est un élément contenant une jonction Josephson dans un anneau supraconducteur. Lorsqu’il est refroidi à des températures cryogéniques, il peut être utilisé pour mesurer la quantité de flux magnétique qui traverse la jonction Josephson en réponse à des changements dans le flux magnétique à travers l’anneau supraconducteur.
Principe du fluxmètre
Un fluxmètre, également appelé débitmètre, mesure la quantité de flux magnétique traversant une bobine et son évolution. Il est parfois utilisé conjointement avec un appareil de mesure de la densité du flux magnétique appelé gaussmètre. Le flux magnétique traverse une bobine et, lorsque le flux varie dans le temps, une force électromotrice est générée dans la bobine. L’ampleur du flux magnétique est calculée sur la base de la valeur intégrale de la force électromotrice sur une certaine période de temps.
Il existe également un appareil portant un nom similaire, appelé magnétomètre. Cependant, il s’agit d’un terme générique désignant un appareil qui mesure l’aimantation d’un matériau ainsi que l’intensité et la direction du champ magnétique. Il est donc différent d’un fluxmètre.
Un exemple de magnétomètre est le magnétomètre à échantillon vibrant, qui fait vibrer un échantillon à une certaine fréquence dans un champ magnétique continu. Une bobine est attachée à l’aimant auquel le champ magnétique est appliqué. Lorsque l’échantillon est mis en vibration, la force magnétique traversant la bobine change et la force électromotrice change également. Cela permet de déterminer le moment magnétique de l’échantillon à partir de la valeur de la force électromotrice.
Magnétomètres et bobines de recherche
Une bobine de recherche est une bobine utilisée pour détecter le champ magnétique dans un fluxmètre magnétique. Dans un fluxmètre magnétique, la valeur mesurée est indiquée par le produit du nombre de bobines enroulées et de la quantité de flux magnétique mesurée. Il est possible de mesurer des forces magnétiques infimes ou de petits échantillons en augmentant le nombre d’enroulements de la bobine. La bobine de recherche est un composant important dans son rôle de capteur, et il est important que la bobine soit enroulée avec précision.
Principe des fluxmètres SQUID
Un type de magnétomètre est appelé magnétomètre SQUID : SQUID signifie “Superconducting Quantum Interference Device” (dispositif d’interférence quantique supraconducteur). C’est un détecteur extrêmement sensible capable de détecter de faibles variations du flux magnétique.
Un supraconducteur est un matériau dont la résistance électrique est nulle lorsqu’il est refroidi à des températures cryogéniques par de l’hélium liquide, etc. Un SQUID est un dispositif qui contient une ou deux jonctions Josephson dans un supraconducteur en forme d’anneau. Lorsque le flux magnétique dans l’anneau supraconducteur change, le courant de tunnel à travers la jonction Josephson change. L’importance de ce changement est un multiple entier du quantum de flux magnétique, ce qui explique pourquoi les magnétomètres SQUID sont utilisés comme fluxmètres à haute sensibilité.
Utilisations médicales
Les magnétomètres SQUID sont utilisés comme magnétomètres à haute sensibilité à de nombreuses fins en R&D, telles que la mesure des propriétés magnétiques de nouveaux matériaux, la recherche sur les supraconducteurs et les propriétés magnétiques d’impuretés à l’état de traces. Ils sont également utilisés pour mesurer les champs magnétiques biologiques et sont appliqués au diagnostic médical. Par exemple, une méthode a été introduite pour détecter et analyser les faibles champs magnétiques générés par l’activité neuronale dans le cerveau à l’aide de magnétomètres SQUID.
Une autre application consiste à utiliser des fluxmètres SQUID pour détecter les variations du flux magnétique causées par l’activité électrique du cœur. Les variations du flux magnétique correspondant aux mouvements cardiaques contiennent diverses informations. Des données standard provenant d’adultes en bonne santé ainsi que des données d’évaluation de la charge ventriculaire ont été rapportées. D’autre part, les changements magnétiques provenant du cœur sont très faibles et le magnétisme externe devient un bruit lors de l’utilisation de magnétomètres SQUID. Aussi, des mesures telles qu’une salle à blindage magnétique sont nécessaires pour les mesures.