مغناطیس‌سنجی سریع و ارزان با حسگرهای میکرو الکترو مکانیکی در ذخیره سرسیف سقز

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسنده

دانشیار، گروه مهندسی معدن، دانشکده مهندسی، دانشگاه کردستان، سنندج

چکیده

یکی از روش‌های ژئوفیزیکی که می‌توان برای اکتشاف ذخایری عمقی استفاده کرد روش مغناطیس‌سنجی است. مرسوم‌ترین ابزار اندازه‌گیری در روش مغناطیس‌سنجی زمینی، مغناطیس‌سنج‌های پروتون است. مغناطیس‌سنج‌های پروتون در مقایسه با حسگرهای میکروالکترومکانیکی گران قیمت و سنگین هستند و اندازه بزرگی دارند. همچنین نرخ نمونه‌برداری این مغناطیس‌سنج‌ها پایین است. این امر باعث می‌شود عملیات صحرایی زمان‌بر و هزینه‌بر باشد. با پیشرفت تکنولوژی، حسگرهای میکروالکترومکانیکی بسیار سبک و ارزان قیمت با نرخ نمونه‌برداری بالا و حساسیتی قابل قبول، معرفی شده‌اند. در این مطالعه یکی از این حسگرها راه‌اندازی شده و سپس برداشت‌هایی بر روی یک ذخیره کوچک آهن که در مجاورت روستای سرسیف در شهرستان سقز استان کردستان واقع است، انجام شده است. نتایج این برداشت‌ها با نتایج برداشت‌های انجام شده با استفاده از مغناطیس‌سنج پروتون مقایسه شده‌اند. این مقایسه نشان می‌دهد در برداشت‌های مغناطیس‌سنجی با استفاده از حسگرهای میکروالکترومکانیکی در محدوده مورد نظر، زمان برداشت حدود 5/8 ساعت و زمان برداشت بر روی همان پروفیل‌ها با استفاده از مغناطیس‌سنج پرتون حدود 30 ساعت است. همچنین هزینه برداشت با استفاده از حسگر به یک پنجم برداشت با مغناطیس‌سنج پروتون کاهش یافته است. به این ترتیب کاهش هزینه و زمان برداشت در یک عملیات مغناطیس‌سنجی که از اهداف این تحقیق است، برآورده شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

The Fast and Low-Cost Magnetometry with Micro Electro Mechanical Systems Sensor

نویسنده [English]

  • H. Shahsavani
Associate Professor, Dept. of Mining, Faculty of Engineering, University of Kurdistan, Sanandaj, Iran
چکیده [English]

With the extraction of surface minerals and the depletion of their reserves, the exploration of deeper deposits has become a pressing consideration. Among the geophysical techniques available for such exploration, magnetometry stands out. Proton magnetometers, the prevailing instruments in terrestrial magnetometry, are characterized by their high cost, high weight, and large size. Moreover, their low sampling rate necessitates prolonged and consequently costly field operations. However, the advancement of Micro Electro Mechanical System (MEMS) sensors, which are both lightweight and cost-effective and possess high sampling rates and satisfactory sensitivity, has garnered significant interest. In this research, one such MEMS sensor was deployed and employed in the examination of a small iron deposit located in Western Iran. Then, the findings from these measurements were compared to those obtained using a proton magnetometer. The comparison reveals a substantial difference in efficiency. Magnetometry with MEMS sensors over the selected deposit took approximately 8.5 hours, whereas the survey with the proton magnetometer on the same profiles spanned around 44 hours. In addition to the time savings, the application of MEMS sensors led to a remarkable reduction in operating costs, by up to fivefold. On the other hand, due to the small size of this magnetometer, by placing it in a handbag or backpack of the operator, it is possible to carry out the magnetometer survey without any problem of dealing with the opponents and to prevent the postponement of the field magnetometer operation.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sensor
  • Magnetometry
  • MEMS
  • Proton

مراجع

  1. Kearey, P., Brooks, M., and Hill, I. (2002). “An introduction to geophysical exploration, 3rd Edition”. Wiley-Blackwell.
  2. Lowrie, W. (2007). “Fundamentals of Geophysics”. Cambridge University Press. https://doi.org/10.1017/CBO9780511807107.
  3. Ripka, P. (2001). “Magnetic sensors and magnetometers”. In Book: IOP Publishing Ltd, Measurement Science and Technology, 13(4): 645. DOI: 10.1088/0957-0233/13/4/707.
  4. GEM Systems, Inc. (2015). “GSM-19 v7.0 Instruction Manual Manual Release 7.4. 949, 0–12”. www.gemsys.ca/pdf/GSM-19T v7.0-1.pdf.
  5. Hardwick, C. D. (1984). “Non‐oriented cesium sensors for airborne magnetometry and gradiometry”. Geophysics, 49(11): 2024-2031. DOI: https://doi.org/10.1190/1.1441613.
  6. Lebedev, V., Hartwig, S., and Middelmann, T. (2020). “Fast and robust optically pumped cesium magnetometer”. Advanced Optical Technologies, 9(5): 275-286. DOI: https://doi.org/10.1515/aot-2020-0024.
  7. Breiner, S. (1965). “The rubidium magnetometer in archeological exploration”. Science, 150(3693): 185-193. DOI: https://doi.org/10.1126/science.150.3693.185.
  8. Ji, Y., Shang, J., Li, G., Zhang, J., and Zhang, J. (2020). “Microfabricated shaped rubidium vapor cell for miniaturized atomic magnetometers”. IEEE Sensors Letters, 4(2): 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/LSENS.2020.2965737.
  9. Dang, H. B., Maloof, A. C., and Romalis, M. V. (2010). “Ultrahigh sensitivity magnetic field and magnetization measurements with an atomic magnetometer”. Applied Physics Letters, 97(15): 151110. DOI: https://doi.org/10.1063/1.3491215.
  10. Khosravi, K., Alizadeh, M. S., and Pourmahdian, H. (2020). “Comparison of a designed scalar proton precession magnetometer with a scalar calibrated 3-axis fluxgate magnetometer”. 28th Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), 1-4. DOI: https://doi.org/10.1109/ICEE50131.2020.9261049.
  11. Kubik, J., Pavel, L., Ripka, P., and Kaspar, P. (2015). “Low-power PCB fluxgate sensor”. Sensors, 2005 IEEE, Irvine, CA, USA, 432-435. DOI: https://doi.org/10.1109/ICSENS.2005.1597728.
  12. Bennett, J. S., Vyhnalek, B. E., Greenall, H., Bridge, E. M., Gotardo, F., Forstner, S., Harris, G. I., Miranda, F. A., and Bowen, W. P. (2021). “Precision magnetometers for aerospace applications: A review”. Sensors, 21(16): 5568. DOI: https://doi.org/10.3390/s21165568.
  13. Liu, H.-F., Luo, Z.-C., Hu, Z.-K., Yang, S.-Q., Tu, L.-C., Zhou, Z.-B., and Kraft, M. (2022). “A review of high-performance MEMS sensors for resource exploration and geophysical applications”. Petroleum Science, 19(6): 2631-2648. DOI: https://doi.org/10.1016/j.petsci.2022.06.005.
  14. Lai, W.-H., Li, B., Fu, S.-H., and Lin, Y.-S. (2023). “Tunable MEMS-based terahertz metamaterial for pressure sensing application”. Micromachines, 14(1): 169. DOI: https://doi.org/10.3390/mi14010169.
  15. Ma, Z., Qian, R., Wang, Y., Zhang, J., Liu, X., and Ling, J. (2022). “UAV source: A new economical and environmentally friendly source for seismic exploration in complex areas”. Journal of Applied Geophysics, 204: 104719. DOI: 10.1016/J.JAPPGEO.2022.104719.
  16. Tanaka, M. (2007). “An industrial and applied review of new MEMS devices features”. Microelectronic Engineering, 84(5-8): 1341-1344. DOI: https://doi.org/10.1016/j.mee.2007.01.232.
  17. Michelena, M. D. (2013). “Commercial off-the-shelf GMR based sensor on board optos picosatellite”. In: Giant Magnetoresistance (GMR) Sensors. Smart Sensors, Measurement and Instrumentation, Vol. 6. Springer, Berlin, Heidelberg, 181-210. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-642-37172-1_8.
  18. Lei, C., Sun, X.-C., and Zhou, Y. (2018). “Noise analysis and improvement of a micro-electro-mechanical-systems fluxgate sensor”. Measurement, 122: 1-5. DOI: https://doi.org/10.1016/j.measurement.2018.03.007.
  19. Min, Y.-J., Kwon, C.-K., Kim, H.-K., Kim, C., and Kim, S.-W. (2012). “A CMOS magnetic hall sensor using a switched biasing amplifier”. IEEE Sensors Journal, 12(5): 1195-1196. DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2011.2169055.
  20. Yang, S., and Zhang, J. (2021). “Current progress of magnetoresistance sensors”. Chemosensors, 9(8): 211. DOI: https://doi.org/10.3390/chemosensors9080211.
  21. Ripka, P. (2008). “Improving the accuracy of magnetic sensors”. In Book: Sensors, Springer Berlin Heidelberg, 45-60. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-540-69033-7_3.
  22. Gunn, P. J., and Dentith, M. C. (1997). “Magnetic responses associated with mineral deposits”. Journal of Australian Geology & Geophysics, 17(2): 145-158.
  23. Google Map. Accessed: Dec. 21, 2023. [Online]. Available: https://www.google.com/maps.
  24. Nabavi, M. H. (1976). “History of Iran geology”. Geological Survey and Mineral Exploration Country, pp. 109.
  25. Aghanabati, A. (2004). “The geology of Iran”. Geological Survey of Iran, Tehran, pp. 586.
  26. Google Earth. Accessed: Aug. 19, 2018. [Online]. Available: http://www.google.com/earth/index.html.

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 18 بهمن 1401
  • تاریخ بازنگری: 25 آبان 1402
  • تاریخ پذیرش: 12 مهر 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار