Tipos de magnetómetros
Magnetómetros escalares vs. vectoriales
Antes de comparar tipos específicos, es importante entender las dos categorías fundamentales:
Magnetómetros escalares
Miden solo la intensidad total (magnitud) del campo — un único número. No les importa en qué dirección apunta el campo, solo qué tan fuerte es. Ejemplos: precesión de protones, Overhauser, bombeo óptico.
Magnetómetros vectoriales
Miden el campo a lo largo de ejes específicos (X, Y, Z), proporcionando tanto intensidad como dirección. El campo total se puede calcular a partir de los componentes. Ejemplos: efecto Hall, fluxgate, SQUID, magnetorresistivo.
El magnetómetro de tu smartphone es de tipo vectorial — te da tres lecturas separadas (X, Y, Z) a partir de las cuales se calculan el campo total y el rumbo de la brújula.
Sensores de efecto Hall
El sensor de efecto Hall es con diferencia el magnetómetro más común del mundo. Se fabrican miles de millones al año para su uso en smartphones, sistemas automotrices, equipos industriales y electrónica de consumo.
- Tipo: Vectorial
- Sensibilidad: ~1 µT (microtesla)
- Tamaño: Diminuto (chip de 1-3 mm)
- Costo: Muy bajo ($0,10 - $5)
- Consumo: Muy bajo (milivatios)
- Ideal para: Brújulas, detección de proximidad, dispositivos de consumo, detección básica de metales
Aprende cómo funcionan los sensores de efecto Hall en el Capítulo 2.
Sensores magnetorresistivos (AMR/GMR/TMR)
Estos sensores detectan campos magnéticos midiendo cambios en la resistencia eléctrica. Existen tres subtipos, cada uno con diferentes niveles de rendimiento:
| Subtipo | Sensibilidad | Aplicación principal |
|---|---|---|
| AMR (Anisotrópico) | ~10 nT | Detección de vehículos, brújulas de precisión |
| GMR (Gigante) | ~1 nT | Cabezales de lectura de discos duros, biosensores |
| TMR (Túnel) | ~0,1 nT | Brújulas de nueva generación, dispositivos médicos |
Los sensores TMR están reemplazando cada vez más a los sensores de efecto Hall en smartphones de gama alta porque ofrecen una sensibilidad mucho mejor y menor ruido manteniendo un tamaño pequeño y bajo consumo de energía.
Magnetómetros fluxgate
El fluxgate es el instrumento de referencia para estudios geofísicos profesionales, sistemas de navegación y misiones espaciales. Ofrece un excelente equilibrio entre sensibilidad, tamaño y costo.
- Tipo: Vectorial
- Sensibilidad: ~0,1 nT (nanotesla)
- Tamaño: Pequeño a mediano (sensor del tamaño de un dedo + electrónica)
- Costo: Moderado ($100 - $5.000)
- Consumo: Moderado (100 mW - 1 W)
- Ideal para: Estudios geofísicos, naves espaciales, navegación, arqueología, detección de municiones sin detonar
Los magnetómetros fluxgate se usan comúnmente en configuraciones de "gradiómetro" — dos sensores separados por una distancia fija. Al medir la diferencia entre ambos, se pueden detectar pequeñas anomalías locales (como objetos enterrados) mientras se cancela el campo terrestre uniforme de fondo.
Magnetómetros de precesión de protones
Un magnetómetro de precesión de protones mide la frecuencia de precesión de los protones de hidrógeno en un fluido, que es directamente proporcional a la intensidad total del campo magnético.
- Tipo: Escalar
- Sensibilidad: ~0,1-1 nT
- Tamaño: Mediano (sensor portátil + consola)
- Costo: Moderado ($1.000 - $10.000)
- Consumo: Moderado
- Ideal para: Estudios geológicos, establecer mediciones absolutas de campo, monitorización de estaciones base
Ventaja clave: la medición se basa en constantes físicas fundamentales, por lo que nunca se desvía y no necesita calibración. Esto lo hace ideal como estándar de referencia absoluta.
Magnetómetros Overhauser
Una versión mejorada del magnetómetro de precesión de protones que utiliza el efecto Overhauser (polarización nuclear dinámica) para amplificar drásticamente la señal de los protones.
- Tipo: Escalar
- Sensibilidad: ~0,01 nT
- Tamaño: Mediano
- Costo: Moderado a alto
- Ideal para: Observatorios geomagnéticos, estudios de alta precisión, aplicaciones militares
Los magnetómetros Overhauser producen una señal mucho más fuerte que los tipos estándar de precesión de protones, permitiendo mediciones más rápidas y sensibles con menor consumo de energía. Se usan en observatorios magnéticos de todo el mundo para la monitorización continua del campo.
Magnetómetros de bombeo óptico
Estos sensores de alta gama utilizan luz láser y vapor de metal alcalino (cesio o rubidio) para lograr una sensibilidad extraordinaria. Se encuentran entre los magnetómetros más sensibles que operan a temperatura ambiente.
- Tipo: Escalar (existen algunas variantes vectoriales)
- Sensibilidad: ~1 pT (picotesla) — 0,001 nT
- Tamaño: Mediano a grande
- Costo: Alto ($10.000 - $100.000+)
- Ideal para: Misiones espaciales, militar (detección de submarinos/minas), estudios aerotransportados, imagen médica
La misión MAVEN de la NASA a Marte lleva dos magnetómetros de bombeo óptico (rubidio) que mapearon el campo magnético remanente de Marte desde la órbita, revelando que Marte tuvo una vez un campo magnético global similar al de la Tierra pero lo perdió hace miles de millones de años.
Magnetómetros SQUID
Los Dispositivos Superconductores de Interferencia Cuántica son los campeones absolutos de sensibilidad. Nada más puede detectar campos tan débiles como un SQUID.
- Tipo: Vectorial
- Sensibilidad: ~1 fT (femtotesla) — 0,000001 nT
- Tamaño: Grande (requiere enfriamiento criogénico)
- Costo: Muy alto ($50.000 - $1.000.000+)
- Consumo: Alto (sistema de enfriamiento criogénico)
- Ideal para: Magnetoencefalografía (imagen cerebral), física de partículas, investigación geofísica, ciencia de materiales
La extrema sensibilidad tiene un precio: los SQUID deben enfriarse cerca del cero absoluto con helio líquido, requiriendo equipos criogénicos voluminosos y costosos.
Magnetómetros de bobina de búsqueda (inducción)
Uno de los tipos más simples: una bobina de alambre que genera voltaje cuando el campo magnético que la atraviesa cambia (ley de inducción de Faraday).
- Tipo: Vectorial (mide cambios de campo, no campos estáticos)
- Sensibilidad: Varía ampliamente (depende del diseño de la bobina)
- Tamaño: Pequeño a grande
- Costo: Muy bajo a moderado
- Ideal para: Medición de campos magnéticos de CA, interferencia electromagnética, investigación geofísica (pulsaciones)
A diferencia de otros tipos, las bobinas de búsqueda solo pueden detectar campos magnéticos cambiantes — producen cero salida en un campo constante. Esto las hace ideales para medir campos alternos y ondas magnéticas.
Tabla de comparación completa
Aquí tienes una comparación exhaustiva lado a lado de todos los tipos principales de magnetómetros:
| Tipo | Categoría | Sensibilidad | ¿Portátil? | Costo relativo |
|---|---|---|---|---|
| Efecto Hall | Vectorial | ~1 µT | Sí (chip) | $ |
| AMR | Vectorial | ~10 nT | Sí (chip) | $ |
| GMR/TMR | Vectorial | ~0,1-1 nT | Sí (chip) | $$ |
| Fluxgate | Vectorial | ~0,1 nT | Sí | $$ |
| Precesión de protones | Escalar | ~0,1-1 nT | Sí | $$ |
| Overhauser | Escalar | ~0,01 nT | Sí | $$$ |
| Bombeo óptico | Escalar | ~1 pT | Semi | $$$$ |
| SQUID | Vectorial | ~1 fT | No | $$$$$ |
| Bobina de búsqueda | Vectorial | Varía | Sí | $ |