DE102004040152A1

DE102004040152A1 - Thickness measurement device for use in quality control of manufactured products has a SQUID measurement sensor operating in conjunction with an alternating magnetic field generation arrangement

Info

Publication number: DE102004040152A1
Application number: DE102004040152A
Authority: DE
Inventors: Axel Farr; Hans-Michael Dr. Mück
Original assignee: WSK MESS und DATENTECHNIK GmbH; WSK MESS- und DATENTECHNIK GmbH
Current assignee: WSK MESS und DATENTECHNIK GmbH; WSK MESS- und DATENTECHNIK GmbH
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2004-08-19
Publication date: 2005-04-14

Abstract

Thickness measurement arrangement for measuring the thickness of a material sample (78) has a SQUID (super conducting quantum interference device) measurement sensor (10), i.e. a super conducting quantum interferometer. The invention is based on the discovery that the magnetic field strength of the sensor is dependent on the thickness of the material being measured.

Description

Technisches Gebiettechnical area

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Dichtemessung von Materialien enthaltend einen Messsensor, welcher ein der Dichte des Materials entsprechendes elektrisches Signal erzeugt und dieses Signal an eine computergesteuerte Auswerteeinheit liefert.The The invention relates to a device for density measurement of materials containing a measuring sensor which corresponds to the density of the material generates electrical signal and sends this signal to a computer-controlled Evaluation unit supplies.

Dichtemessungen sind erforderlich, um bei Materialien und Werkstücken festzustellen, mit welcher Präzision sie hergestellt worden sind. Dichteschwankungen, die in einem Werkstück vorkommen, können dazu führen, dass es unter Belastung an ganz bestimmten Stellen beispielsweise leichter bricht. Bei Präzisionsteilen ist eine gleichmäßige Herstellung wünschenswert. Um dieses Ziel zu erreichen, werden dazu Dichtemessungen vorgenommen. Einrichtungen zur Messung von Dichtemessung von Materialien und Werkstücken sind grundsätzlich bekannt. Sie werden dazu eingesetzt, um insbesondere Strukturen und Materialschwächen zu ermitteln. Bekannte Messeinrichtungen beruhen beispielsweise auf Ultraschallmessungen. Nachteil dieser Messeinrichtungen ist besonders die relativ geringe Auflösung der Dichtemessung.density measurements are required to determine with materials and workpieces with which precision they have been produced. Density variations that occur in a workpiece can do so to lead, that under stress in very specific places, for example easier breaks. For precision parts is a uniform production desirable. To achieve this goal, density measurements are made. Equipment for measuring the density of materials and materials workpieces are basically known. They are used to particular structures and material weaknesses to investigate. Known measuring devices are based, for example on ultrasound measurements. Disadvantage of these measuring devices is especially the relatively low resolution of the density measurement.

Es sind sogenannte "SQUID"-Messsensoren bekannt. SQUID ist eine Abkürzung für engl. "Superconducting Quantum Interference Device" und bedeutet supraleitendes Quanteninterferometer. SQUID-Messsensoren sind grundsätzlich bekannt und werden in zahlreichen Veröffentlichungen und Literatur (z.B. in Spektrum deutsche Ausgabe 1994 vom Spektrum akademischer Verlag GmbH, Seiten 1376 bis 1379 – ISBN 3-86025-122-8) beschrieben.It So-called "SQUID" measuring sensors are known. SQUID is a shortcut for engl. "Superconducting Quantum Interference Device "and means superconducting quantum interferometer. SQUID measuring sensors are basically are known and published in numerous publications and literature (for example in Spektrum German Edition 1994 of the spectrum of academic Verlag GmbH, pages 1376 to 1379 - ISBN 3-86025-122-8).

Ein SQUID besteht aus einem supraleitenden Ring, in den ein oder zwei schwache Koppelstellen, sogenannte Josephson-Kontakte, eingebaut sind. Sie arbeiten auf der Grundlage von zwei Effekten, der Flußquantisierung, welche immer auftritt, und dem Josephson-Effekt. Beide treten im supraleitenden Zustand auf, was das Arbeiten üblicherweise bei tiefen Temperaturen voraussetzt. Der klassische Josephson-Kontakt besteht aus einer dünnen Isolierschicht zwischen zwei supraleitenden Schichten, durch den die Cooper-Paare tunneln können. Dadurch entsteht ein Stromfluss.One SQUID consists of a superconducting ring, in which one or two weak coupling points, so-called Josephson contacts, are installed. They work on the basis of two effects, flux quantization, whichever occurs, and the Josephson effect. Both occur in the superconducting state on what works normally at low temperatures presupposes. The classic Josephson contact consists of a thin Insulating layer between two superconducting layers, through which the Cooper pairs can tunnel. This creates a current flow.

SQUIDs sind höchstempfindliche Sensoren für magnetischen Fluss. Es konnten SQUIDs hergestellt werden, die – wenn man sie nur auf genügend tiefe Temperaturen bringt – fast die durch die Heisenbergsche Unschärferelation vorgegebene Grenze für die maximale Empfindlichkeit erreichen. Obwohl SQUIDs primär magnetischen Fluss messen, können auch andere physikalische Größen gemessen werden, wie z.B. magnetische Felder oder kleinste elektrische Spannungen und Ströme, da diese Größen in magnetischen Fluss umgesetzt werden können. Im Fall von elektrischem Strom geschieht dies z.B. durch eine Spule.SQUIDs are highly sensitive Sensors for magnetic flux. It could be made SQUIDs, which - if you they only on enough depth Temperatures brings - almost the limit given by the Heisenberg uncertainty principle for the achieve maximum sensitivity. Although SQUIDs are primarily magnetic Measure river, too measured other physical quantities be such. magnetic fields or smallest electrical voltages and streams, because these sizes are in magnetic River can be implemented. In the case of electrical current this happens e.g. through a coil.

Es gibt zwei Arten von SQUIDs, die sich in ihrem Aufbau unterscheiden und auch in der Art und Weise, wie sie ausgelesen werden, wie ihnen also die Information über magnetischen Fluss entnommen wird, und von der sie ihren Namen haben, das "rf SQUID" und das "dc SQUID".It There are two types of SQUIDs that differ in their structure and also in the way they are read out, like them So the information about magnetic flux is taken, and from which they have their name, the "rf SQUID" and the "dc SQUID".

Das sog. Gleichstrom oder dc SQUID (vom englischen: Gleichstrom: direct current [dc]) besteht aus einem Ring aus supraleitendem Material, der ca. einige mm groß ist, und in den die Josephson-Kontakte integriert sind. Schickt man einen Gleichstrom, den sog. Biasstrom I_B, bestimmter Größe durch das SQUID, entsteht ein Spannungsabfall über dem SQUID (V(Φ)), dessen Größe abhängig ist vom magnetischen Fluss Φ durch das SQUID. Ein dc SQUID wandelt also einen magnetischen Fluss Φ in eine Gleichspannung V(Φ) um, die z.B. mit einem Spannungsmesser nachgewiesen werden kann.The so-called direct current or dc SQUID consists of a ring of superconducting material about a few mm in size, in which the Josephson junctions are integrated. If one sends a direct current, the so-called bias current I _{B of a} certain magnitude through the SQUID, a voltage drop occurs across the SQUID (V (Φ)) whose magnitude depends on the magnetic flux Φ through the SQUID. A dc SQUID thus converts a magnetic flux Φ into a DC voltage V (Φ), which can be detected, for example, with a voltmeter.

Die nicht eindeutige periodische Abhängigkeit zwischen dem zu messenden Fluss bzw. Feld und der gemessenen Spannung über dem SQUTD ist für praktische Anwendungen nachteilig, da ein magnetischer Fluss Φ von z.B. 0,5 × 10^–15 Vs (1/4 Φ₀), wobei Φ₀ das so genannte Flussquant mit Φ₀ 2 × 10^–15 Vs beschreibt, nach 1,5 × 10^–15 Vs (= 3/4 Φ₀) zu der gleichen Spannung über dem SQUID führen. Bei einem typischen SQUID mit einer wirksamen Fläche von 0,1 mm² erzeugt ein äußeres Magnetfeld von B = 20 nT einen magnetischen Fluss von 1 Φ₀ durch das SQUID.The ambiguous periodic dependence between the field to be measured and the measured voltage across the SQUTD is disadvantageous for practical applications, as a magnetic flux Φ of, for example, 0.5 × 10 ^-15 Vs (1/4 Φ ₀ ) Φ _{0 describes} the so-called flux quantum with Φ ₀ 2 × 10 ^-15 Vs, leading to 1.5 × 10 ^-15 Vs (= 3/4 Φ ₀ ) to the same voltage across the SQUID. For a typical SQUID having an effective area of 0.1 mm ² , an external magnetic field of B = 20 nT produces a magnetic flux of 1 Φ ₀ through the SQUID.

Damit nun eine lineare Abhängigkeit der Ausgangsspannung des SQUID vom zu messenden Fluss bzw. Feld erhalten werden kann, wird eine sog. Flussregelschleife (engl.: flux-locked loop oder FLL) verwendet. Mittels dieser Flussregelschleife kann der magnetische Fluss durch das SQUID (bzw. das Magnetfeld am SQUID) auf einem konstanten Wert (z.B. gleich Null) gehalten werden. Das geschieht dadurch, dass eine Elektronik einen Strom durch eine nahe beim SQUID angebrachte Spule – auch Rückkoppelspule oder feedback coil genannt – fließen lässt, so dass das äußere Feld kompensiert wird, und das SQUID immer das Feld Null sieht. Ändert sich nun das äußere Feld, merkt das SQUID dies und die Flussregelelektronik ändert den Stromfluss durch die Spule solange, bis die äußere Feldänderung wieder kompensiert ist. Da das Kompensationsfeld betragsmäßig gleich dem zu messenden äußeren Feld ist, genügt zur Messung äußerer Magnetfelder die Bestimmung des Kompensationsfeldes. Dieses kann man leicht errechnen, wenn man den Strom durch die Kompensationsspule kennt, z.B. durch Messen des Spannungsabfalls über einem Widerstand, der von diesem Strom durchflossen wird. Da das Kompensationsfeld linear abhängig ist von diesem Strom, ist auch der Spannungsabfall über R_r linear abhängig vom Kompensationsfeld und das wiederum vom äußeren Feld. Auf diese An und Weise gelingt es, einen linearen Zusammenhang von zu messendem Fluss bzw. Feld und Ausgangsspannung der SQUID-Elektronik zu erhalten.So that a linear dependence of the output voltage of the SQUID can be obtained from the flow or field to be measured, a so-called flux-locked loop (FLL) is used. By means of this flux control loop, the magnetic flux through the SQUID (or the magnetic field at the SQUID) can be kept at a constant value (eg equal to zero). This is done by allowing a current to flow through a coil near the SQUID, also known as a feedback coil, so that the external field is compensated and the SQUID always sees the field zero. If the outer field changes, the SQUID notices this and the flow control electronics changes the current flow through the coil until the outer field change is compensated again. Since the compensation field is the same as the external field to be measured, the Be mood of the compensation field. This can be easily calculated if one knows the current through the compensation coil, for example by measuring the voltage drop across a resistor through which this current flows. Since the compensation field is linearly dependent on this current, the voltage drop across R _{r is also} linearly dependent on the compensation field, and this in turn on the external field. In this manner, it is possible to obtain a linear relationship between the flux or field to be measured and the output voltage of the SQUID electronics.

Ein möglichst rauscharmer Vorverstärker verstärkt den Spannungsabfall über dem SQUID von meistens einige zehn μV auf einige Volt mit dem Spannungsverstärkung G₀, um Drift und Rauschen durch nachfolgende Komponenten klein zu halten. Ein nachfolgender Komparator vergleicht den verstärkten Spannungsabfall über dem SQUID mit einer einstellbaren Spannung V_c. Dabei entspricht V_c meistens dem Wert G₀xV₀, wobei V₀ die "Mitte" der Fluss-Spannungs-Übertragungsfunktion des SQUIDs ist. Im Fall V_c = G₀xV₀ liegt am Ausgang des Komparators keine Spannung an. Ist G₀xV₀ kleiner V_c entsteht eine große positive Spannung am Ausgang des Komparators (z.B. +12 V, unabhängig von der Differenz der Eingangsspannungen). Ist G₀ × V₀ kleiner als V_c ensteht eine große negative Spannung, beispielsweise -12 V.A low-noise preamplifier amplifies the voltage drop across the SQUID of usually a few tens of μV to a few volts with the voltage gain G ₀ in order to minimize drift and noise by subsequent components. A subsequent comparator compares the amplified voltage drop across the SQUID with an adjustable voltage V _c . In this case, V _c usually corresponds to the value G ₀ xV ₀ , where V _{0 is} the "center" of the flux-voltage transfer function of the SQUID. In the case of V _c = G ₀ xV ₀ no voltage is present at the output of the comparator. If G ₀ xV ₀ less V _c , a large positive voltage is produced at the output of the comparator (eg +12 V, independent of the difference of the input voltages). If G ₀ × V _{0 is} smaller than V _c, a large negative voltage is produced, for example -12 V.

Unter der Annahme, dass nach Einschalten der Flussregelschleife der magnetische Fluss durch das SQUID 1,5 × 10^–15 Vs (= 3/4 Φ₀) sei, dann ist der Spannungsabfall über dem SQUID gleich V₀. Ändert sich nun das Magnetfeld am SQUID, ändert sich auch der Spannungsabfall V am SQUID. Verringert sich der magnetische Fluss, so wird V zunächst kleiner. Damit ist die Spannung am Eingang des Komparators G₀xV kleiner als V_c. Am Ausgang des Komparators entsteht somit eine große positive Spannung. Der Integrator wird deshalb einen positiven Strom durch die Kompensationsspule fließen lassen. Dadurch wird das Feld, das die Kompensationsspule erzeugt, vergrößert. Der Strom durch die Kompensationsspule wird solange vergrößert werden, wie der Komparator eine von Null verschiedene Spannung abgibt, d.h. solange V × G₀ ≠⁣ V_c, ist. Das ist solange der Fall, wie der Betrag des Feldes der Kompensationsspule ungleich dem äußeren Feld ist. Nur wenn V gleich V_c ist, ändert der Integrator den Strom durch die Rückkoppelspule nicht. Auf diese Art und Weise wird also immer ein konstanter magnetischer Fluss durch das SQUID erhalten.Assuming that after turning on the flux loop, the magnetic flux through the SQUID is 1.5 x 10 ^-15 Vs (= 3/4 Φ ₀ ), then the voltage drop across the SQUID is V ₀ . If the magnetic field changes at the SQUID, the voltage drop V at the SQUID also changes. If the magnetic flux decreases, V initially becomes smaller. Thus, the voltage at the input of the comparator G ₀ xV is less than V _c . At the output of the comparator thus creates a large positive voltage. The integrator will therefore allow a positive current to flow through the compensation coil. This increases the field that creates the compensation coil. The current through the compensation coil will be increased as long as the comparator outputs a voltage different from zero, ie as long as V × G ₀ ≠ ⁣ V _c . This is the case as long as the amount of the field of the compensation coil is not equal to the external field. Only if V is equal to V _c, the integrator does not change the current through the feedback coil. In this way, therefore, a constant magnetic flux is always obtained by the SQUID.

Die oben beschriebene Flussregelschleife hat einige Nachteile. Offsetspannungen des Vorverstärkers, oder Thermospannungen des Probenhalters, können zu einer Drift der Ausgangsspannung des Vorverstärkers führen. Die Ausgangsspannung des Vorverstärkers ändert sich dann, obwohl sich die Spannung am SQUID nicht ändert. Die Flussregelschleife kann nicht unterscheiden, ob eine Spannungsänderung durch das SQUID verursacht wurde oder durch Offset- oder Thermospannungen. Demzufolge wird sich das Feld, das die Kompensationsspule erzeugt, auch ändern, was zu einem Messfehler führt. Im ungünstigsten Fall könnten die Offset- oder Thermospannungen größer werden als die maximal am SQUID abfallende Spannung V_max (oder kleiner als V_min), und die Flussregelschleife funktioniert überhaupt nicht mehr.The flow control loop described above has some disadvantages. Offset voltages of the preamplifier, or thermal stresses of the sample holder, can lead to a drift of the output voltage of the preamplifier. The output voltage of the preamplifier then changes, although the voltage at the SQUID does not change. The flux loop can not distinguish whether a voltage change was caused by the SQUID or by offset or thermal voltages. As a result, the field that generates the compensation coil will also change, resulting in a measurement error. In the worst case, the offset or thermoelectric voltages could be greater than the maximum voltage V _max (or less than V _min ) dropped on the SQUID, and the flux loop will not work at all.

Um die Effekte solcher Offset- oder Thermospannungen zu verringern; wird das SQUID zusätzlich noch einem kleinen Wechselfeld mit der Frequenz f_mod ausgesetzt. Das Wechselfeld weist einige hundert kHz bis einige MHz auf. Die Amplitude dieses Wechselfeldes wird dabei zu 1/2 Φ₀ – von Spitze zu Spitze – gewählt. Dann ist die Ausgangsspannung des SQUIDs nicht mehr eine Gleichspannung, sondern eine Wechselspannung mit der Frequenz f_mod, sowie deren Oberwellen. Um eine Änderung im äußeren Magnetfeld nachzuweisen; kann jetzt aber kein Komparator mehr verwendet werden. Daher wird stattdessen ein phasenempfindlicher Gleichrichter verwendet. Am grundsätzlichen Funktionsprinzip des SQUIDs ändert sich dadurch aber nichts.To reduce the effects of such offset or thermoelectric voltages; In addition, the SQUID is exposed to a small alternating field with the frequency f _mod . The alternating field has a few hundred kHz to a few MHz. The amplitude of this alternating field is chosen to 1/2 Φ ₀ - from peak to peak. Then the output voltage of the SQUID is no longer a DC voltage, but an AC voltage with the frequency f _mod , as well as their harmonics. To detect a change in the external magnetic field; but now no comparator can be used anymore. Therefore, a phase sensitive rectifier is used instead. However, this does not change the basic operating principle of the SQUID.

Es dauert kurze Zeit, bis die Flussregelschleife Änderungen des zu messenden Feldes kompensiert hat. Ändert sich das zu messende Feld schneller als diese Elektronik reagieren kann, dann kommt es zu Messfehlern bzw. zu einer völligen Fehlfunktion des SQUIDs. Ein Maß dafür, wie schnell sich das zu messende Feld ändern darf, ohne dass Messfehler entstehen, ist die sog. Nachführgeschwindigkeit (engt. Slewrate), die meist in Flußquanten pro Sekunde angegeben wird. Ein Überschreiten dieses Wertes sollte unter allen Umständen vermieden werden.It takes a short time for the flux loop to make changes to the measured Field compensated. change The field to be measured reacts faster than this electronics can, then it leads to measurement errors or to a complete malfunction of the SQUID. A measure of how fast the field to be measured changes may, without measuring errors, is the so-called tracking speed (narrow slew rate), which are usually given in flux quanta per second becomes. A crossing this value should be avoided at all costs.

Eine weitere wichtige Größe für den Anwender ist das Eigenrauschen des SQUIDs, welches ein Maß für die Empfindlichkeit bzw. für das kleinste messbare Feld ist. Diese Empfindlichkeit hängt ab von der Bandbreite, in der gemessen wird, und wird umso besser, je kleiner die Bandbreite ist, bzw. je länger gemittelt wird. Die Empfindlichkeit ist zudem abhängig von der Geometrie des SQUIDs, wie groß also das Innenloch des Ringes und der Ring selber sind. Für SQUIDs aus Niob, die bei T = 4,2 K betrieben werden, sind Empfindlichkeiten von einigen 10^–15 T/√Hz erreichbar. Die Empfindlichkeit des SQUID ist aber auch abhängig von äußeren Störfeldern, z.B. von Rundfunksendern, und manchmal auch von der An und Weise, wie es abgekühlt wurde.Another important size for the user is the inherent noise of the SQUID, which is a measure of the sensitivity or the smallest measurable field. This sensitivity depends on the bandwidth in which it is measured, and the better it is, the smaller the bandwidth is or the longer it is averaged. The sensitivity is also dependent on the geometry of the SQUID, so how big are the inner hole of the ring and the ring itself. For niobium SQUIDs operating at T = 4.2 K, sensitivities of a few 10 ^-15 T / √Hz can be achieved. The sensitivity of the SQUID, however, is also dependent on external interference fields, for example of radio transmitters, and sometimes also on the way and how it was cooled.

In der deutschen Patentschrift DE 197 46 000 C2 wird offenbart, wie mit Hilfe solcher SQUID-Messsensoren Defekte in Werkstücken ermittelt werden. In dieser Druckschrift wird ein Verfahren zur Ermittlung von ferromagnetischen Defekten in Werkstücken aus unmagnetischem Material offenbart. Dabei wird das Werkstück gleichmäßig einem Magnetfeld ausgesetzt. Anschließend wird das Werkstück einem Magnetfeldmessgerät, einem SQUID, zugeführt und das magnetische Signal des jeweiligen Defekts, welches als Störung auftaucht, erfasst.In the German patent DE 197 46 000 C2 is revealed, as with the help of such SQUID measuring sensors Defects in workpieces can be determined. This document discloses a method of detecting ferromagnetic defects in non-magnetic material workpieces. The workpiece is evenly exposed to a magnetic field. Subsequently, the workpiece is fed to a magnetic field measuring device, a SQUID, and the magnetic signal of the respective defect, which appears as a fault, is detected.

Die bekannten Messgeräte zur Messung der Dichte von Materialien bzw. Werkstücken haben den Nachteil, dass sie oft nicht ausreichend auflösen können. Geringe Unterschiede verschwinden nämlich im Rauschen des Messsignals.The known measuring devices to measure the density of materials or workpieces the disadvantage that they often can not dissolve sufficiently. low Differences disappear in the noise of the measurement signal.

Offenbarung der Erfindungepiphany the invention

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, die Auflösung bei der Dichtemessung gegenüber den bekannten Messeinrichtungen erheblich zu steigern.task The invention is therefore to provide a device that it allows the resolution at the density measurement opposite considerably increase the known measuring devices.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einer Einrichtung zur Dichtemessung von Materialien der eingangs genannten Art der Messsensor als supraleitendes Quanteninterferometer (SQUID) ausgebildet ist. Überraschenderweise hat sich nämlich gezeigt, dass die magnetischen Feldstärken der Dichte eines Werkstückes entsprechen. Mit der vorgeschlagenen Einrichtung lässt sich somit die Dichte mit einer sehr hohen Auflösung ermitteln.According to the invention Task solved by that in a device for density measurement of materials of the initially mentioned type of measuring sensor as a superconducting quantum interferometer (SQUID) is formed. Surprisingly Namely shown that the magnetic field strengths correspond to the density of a workpiece. With the proposed device thus allows the density with a very high resolution determine.

Durch diese Maßnahme wird die Auflösung der Dichtemessung gegenüber dem bekannten Stand der Technik erheblich erhöht. Mit der besseren Auflösung lassen sich nun erheblich präzisere Aussagen dazu treffen, wie z.B. die Struktur eines Werkstücks aufgebaut ist und ob vielleicht an bestimmten Stellen Materialschwächen auftreten können.By This measure will the resolution of Density measurement opposite considerably increased in the known art. With the better resolution let now much more precise Make statements, such as built the structure of a workpiece is and whether material weaknesses may occur in certain places can.

Ferromagnetische Stoffe sind von sich aus magnetisch. Sie müssen nicht extra magnetisiert werden. Anders sieht es bei Materialien aus, die nicht über magnetische Eigenschaften verfügen. Die Dichte lässt sich daher nicht ohne weiteres mit einem SQUID-Messsensor ermitteln. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind daher Mittel zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes für nicht magnetische Materialien vorgesehen.ferromagnetic Substances are magnetic by themselves. They do not need to be magnetized extra. Things are different with materials that do not have magnetic properties feature. The density leaves Therefore, not easily determine with a SQUID measuring sensor. In an advantageous embodiment of the invention are therefore means for generating an alternating magnetic field for non-magnetic materials intended.

Eine weitere vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass Abtastmittel vorgesehen sind, welche den SQUID-Messsensor wenigstens in einer Abtastebene zur Materialprobe bewegen. Entsprechend kann natürlich eine Probe in einer Abtastebene an einem feststehenden SQUID Messsensor vorbeigeführt werden. Durch diese Maßnahme kann ein Material zur Ermittlung der Dichte in einem Raster mit dem SQUID-Messsensor abgefahren werden.A further advantageous embodiment of the invention results from that scanning means are provided, which at least the SQUID measuring sensor move in a scanning plane to the material sample. Accordingly Naturally a sample in a scanning plane on a fixed SQUID measuring sensor past become. By this measure can use a material to determine the density in a grid with the SQUID measuring sensor.

In einer geeigneten Ausbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Dichtemessung ist ein Probenhalter zum Fixieren des zu untersuchenden Materials vorgesehen. Damit kann das Werkstück bzw. das zu untersuchende Material in einer definierten Position gehalten werden, um insbesondere mit dem SQUID-Messsensor über die Probe zu rastern.In a suitable embodiment of the device according to the invention for density measurement is a sample holder for fixing the material to be examined intended. Thus, the workpiece or to be examined Material kept in a defined position, in particular with the SQUID measuring sensor via to rasterize the sample.

Da besonders geringe Feldstärken mit dem SQUID-Messsensor gemessen werden, wirkt sich jedes andere Magnetfeld als Störung aus. So weit es sich um ein gleichmäßiges Magnetfeld handelt, lässt sich ein solches leicht rechnerisch als Offset eliminieren. Anders sieht es vor allem bei ungleichmäßigen Wechselfeldern aus. Solche Magnetfelder lassen sich nämlich nicht ohne weiteres herausrechnen. Eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich daher, wenn Mittel zum Erzeugen von elektrischen und/oder magnetischen Kompensationsfeldern zum Kompensieren von Störfeldern vorgesehen sind. Diese Kompensationsfelder können so ausgelegt und gesteuert werden, dass die Störfelder kompensiert werden und sich in der Messapparatur nicht mehr bemerkbar machen.There especially low field strengths measured with the SQUID measuring sensor, affects each other Magnetic field as a disturbance out. As far as a uniform magnetic field is concerned, it is possible to easily eliminate such an arithmetic as an offset. Anders sees especially with uneven alternating fields out. Such magnetic fields can not be easily calculated. A Particularly advantageous embodiment of the invention is therefore, if means for generating electrical and / or magnetic Compensation fields are provided for compensating interference fields. These Compensation fields can do so be designed and controlled that the interference fields are compensated and no longer noticeable in the measuring apparatus.

Eine weitere bevorzugte Ausbildung der Erfindung wird dadurch erzielt, dass Verstärkermittel zum Verstärken des Signals des SQUID-Messsensors vorgesehen sind. Da das Signal des SQUID-Messsensors sehr schwach ausgebildet ist, ist es besonders vorteilhaft, wenn geeignete Verstärkermittel vorgesehen sind, die diese Verstärkung der Signale vornimmt.A Further preferred embodiment of the invention is achieved by that amplifier means for strengthen the signal of the SQUID measuring sensor are provided. Because the signal the SQUID measuring sensor is very weak, it is special advantageous if suitable amplifier means are provided, the this reinforcement makes the signals.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind Filtermittel zum Herausfiltern von Störsignalen vorgesehen. Diese Filter können zum einen beispielsweise digital, d. h. als Filter-Algorithmus in einer Rechnereinheit vorgesehen sein, und zum anderen elektronisch bzw. mechanisch, d. h. als fester Körper, ausgebildet sein.In A further advantageous embodiment of the invention are filter means for filtering out interfering signals intended. These filters can for example, digital, d. H. as a filter algorithm in be provided a computer unit, and on the other electronic or mechanically, d. H. as a solid body, be formed.

Weitere Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche und den beigefügten Beschreibungsunterlagen sowie den Zeichnungen.Further Advantages result from the subject matter of the subclaims and the attached descriptive documents as well as the drawings.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description the drawing

1 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze den Aufbau eines SQUID-Messsensors. 1 shows in a schematic schematic diagram the structure of a SQUID measuring sensor.

2 zeigt in einem Diagramm den Spannungsverlauf gegenüber dem magnetischen Fluss in einem SQUID. 2 shows in a diagram the chip tion over the magnetic flux in a SQUID.

3a zeigt schematisch eine erste erfindungsgemäße Einrichtung zur Feldmessung bzw. Dichtemessung. 3a schematically shows a first device according to the invention for field measurement or density measurement.

3b zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemäße Einrichtung zur Feldmessung bzw. Dichtemessung. 3b schematically shows a further device according to the invention for field measurement or density measurement.

4 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Einrichtung zur Feldmessung bzw. Dichtemessung mit einem Gradiometer. 4 schematically shows a third embodiment of a device according to the invention for field measurement or density measurement with a gradiometer.

5a zeigt in einer Prinzipskizze den Schaltungsaufbau eines SQUID-Messsensors mit supraleitendem Ring. 5a shows a schematic diagram of the circuit structure of a SQUID measuring sensor with superconducting ring.

5b zeigt in einer Prinzipskizze den Schaltungsaufbau eines SQUID-Messsensors mit supraleitendem Ring mit rechteckiger Form. 5b shows a schematic diagram of the circuit structure of a SQUID measuring sensor with superconducting ring with a rectangular shape.

6 zeigt in einer Explosionszeichnung das Design eines SQUIDs. 6 shows in an exploded view the design of a SQUID.

7 zeigt die Dichteschwankungen eines Werkstücks, welches mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung abgetastet wurde. 7 shows the density variations of a workpiece, which has been scanned with a device according to the invention.

8 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Dichtemessung mit zusätzlicher Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes. 8th schematically shows a device for density measurement with additional generation of an alternating magnetic field.

9a zeigt ein dreidimensionales Messergebnis einer Materialdichtemessung. 9a shows a three-dimensional measurement result of a material density measurement.

9b zeigt ein zweidimensionales Messergebnis als Schnitt von 9a. 9b shows a two-dimensional measurement result as a section of 9a ,

Bevorzugte Ausführungsbeispielepreferred embodiments

1 zeigt in einer schematischen Prinzipskizze den Aufbau eines SQUID-Messsensors 10. Der SQUID-Messsensor 10 besteht aus einem supraleitenden Ring 12, der durch zwei Josephson-Kontakte 14, 16 unterbrochen wird. Um überhaupt supraleitende Eigenschaften bei Materialien zu erhalten, müssen diese auf die entsprechende Temperatur heruntergekühlt werden. Die einzustellende Temperatur ist abhängig von dem supraleitenden Material. Der SQUID muss für den Messaufbau demnach entsprechend gekühlt werden. 1 shows in a schematic schematic diagram the structure of a SQUID measuring sensor 10 , The SQUID measuring sensor 10 consists of a superconducting ring 12 by two Josephson contacts 14 . 16 is interrupted. In order to obtain any superconducting properties of materials, they must be cooled down to the appropriate temperature. The temperature to be set depends on the superconducting material. The SQUID must therefore be cooled accordingly for the test setup.

An dem supraleitenden Ring 12 sind Leitungen 18, 20 vorgesehen, durch die ein Strom I_gesamt fließt. Die supraleitenden Leitungen 18, 20 sind derart angeordnet, dass die beiden Josephson-Kontakte 14, 16 in dem supraleitenden Ring 12 dazwischenliegen. Ein Magnetfeld 22, welches durch Pfeile symbolisiert wird, durchsetzt die Fläche 24, welche durch den supraleitenden Ring 12 gebildet wird. Über die Leitungen 18, 20 kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Die elektrische Spannung verhält sich entsprechend dem magnetischen Fluss, die den SQUID-Messsensor 10 durchsetzt. Durch eine Änderung des Magnetfeldes 22 wird in dem supraleitenden Ring 12 ein Strom erzeugt. Die Josephson-Kontakte 14, 16 sind so dünn ausgebildet, dass Elektronen quantenmechanisch durch die Isolationsschicht hindurch tunneln können.At the superconducting ring 12 are lines 18 . 20 provided, through which a current I flows _total . The superconducting lines 18 . 20 are arranged such that the two Josephson contacts 14 . 16 in the superconducting ring 12 between. A magnetic field 22 , which is symbolized by arrows, passes through the surface 24 passing through the superconducting ring 12 is formed. Over the lines 18 . 20 An electrical voltage can be tapped. The electrical voltage behaves according to the magnetic flux which is the SQUID measuring sensor 10 interspersed. By changing the magnetic field 22 becomes in the superconducting ring 12 generates a current. The Josephson contacts 14 . 16 are so thin that electrons can quantum mechanically tunnel through the insulation layer.

2 zeigt eine Kurve 25 in einem Diagramm 26 mit dem Spannungsverlauf gegenüber dem magnetischen Fluss in einem SQUID-Messsensor 10. Auf Abszisse 28 wird der magnetische Fluss, der den SQUID-Messsensor 10 durchsetzt und auf Ordinate 30 die Spannung, die an den supraleitenden Leitungen 18, 20 abgegriffen wird, dargestellt. Die gestrichelten Linien 38 und 40 zeigen den Abstand 42 bei einer Flußänderung. Die horizontalen, gestrichelten Linien 32 und 34 zeigen den Abstand 36 bei einer Spannungsänderung basierend auf der entsprechenden Flußänderung. Mit 41 wird ein Arbeitspunkt bezeichnet, bei dem das SQUID seinen geeignetesten Arbeitsbereich hat. Abstand 44 zwischen zwei Wellenbergen 46 und 48 entspricht genau einem magnetischen Flußquant. 2 shows a curve 25 in a diagram 26 with the voltage versus magnetic flux in a SQUID measurement sensor 10 , On abscissa 28 becomes the magnetic flux that is the SQUID measurement sensor 10 interspersed and on ordinate 30 the voltage applied to the superconducting wires 18 . 20 is tapped. The dashed lines 38 and 40 show the distance 42 at a flux change. The horizontal, dashed lines 32 and 34 show the distance 36 at a voltage change based on the corresponding flux change. With 41 is an operating point where the SQUID has its most suitable workspace. distance 44 between two wave mountains 46 and 48 corresponds exactly to a magnetic flux quantum.

3a zeigt schematisch ein erstes geeignetes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Einrichtung 50 zur Dichtemessung von Werkstücken. Der SQUID-Messsensor 10 dient zum Messen von Magnetfeldern 22, wie in 1 bereits dargestellt wurde. Unterhalb des SQUID-Messsensors 10 ist eine Spule 52 vorgesehen, die in eine Leiterschleife 54 mündet. Mittels dieser Leiterschleife 54, welche eine Flussregelschleife bildet, kann der magnetische Fluss durch den SQUID-Messsensor 10 auf einem konstanten Wert gehalten werden. Das geschieht dadurch, dass eine hier nicht dargestellte Elektronik einen Strom durch die nahe beim SQUID-Messsensor 10 angebrachte Spule 52 fließen lässt, so dass ein äußeres Magnetfeld 56 kompensiert wird, und der SQUID-Messsensor 10 immer das Feld Null sieht. Ändert sich nun das äußere Magnetfeld 56, merkt der SQUID-Messsensor 10 dies und die Flussregelelektronik ändert entsprechend den Stromfluss durch die Spule 52 solange, bis die äußere Feldänderung wieder kompensiert ist. Da das "Kompensationsfeld" betragsmäßig dem zu messenden äußeren Feld entspricht, genügt zur Messung äußerer Magnetfelder die Bestimmung des Kompensationsfeldes. Dieses kann leicht errechnet werden, da der Strom, der durch die Spule 52 fließt, bekannt ist. Die Spule 52 wird daher auch als "Kompensationsspule" bezeichnet. Da das Kompensationsfeld linear abhängig ist von diesem Strom, ist auch der Spannungsabfall linear abhängig vom Kompensationsfeld und das wiederum vom äußeren Feld. Auf diese An und Weise gelingt es, einen linearen Zusammenhang von zu messendem Fluss bzw. Feld und Ausgangsspannung der SQUID-Elektronik zu erhalten. Das magnetische Feld 56, welches nun von einer Probe herrührt, durchsetzt die Leiterschleife 54, wobei sie nun als Flusstransformator dient. Ein sich änderndes Magnetfeld 56 verursacht in der Leiterschleife 54 einen elektrischen Strom. Dieser elektrische Strom wird genutzt, um in der Spule 52 ein magnetisches Feld 22 zu erzeugen, welches vom SQUID-MESSSENSOR 10 detektiert wird. 3a schematically shows a first suitable embodiment of a device according to the invention 50 for density measurement of workpieces. The SQUID measuring sensor 10 is used for measuring magnetic fields 22 , as in 1 has already been shown. Below the SQUID measuring sensor 10 is a coil 52 provided in a conductor loop 54 empties. By means of this conductor loop 54 , which forms a flux control loop, the magnetic flux through the SQUID measuring sensor 10 be kept at a constant value. This happens because an electronics, not shown here, a current through the near the SQUID measuring sensor 10 attached coil 52 lets flow, leaving an external magnetic field 56 is compensated, and the SQUID measuring sensor 10 always sees the field zero. Now changes the external magnetic field 56 , notes the SQUID measuring sensor 10 this and the flow control electronics change the current flow through the coil accordingly 52 until the outer field change is compensated again. Since the "compensation field" corresponds in terms of magnitude to the external field to be measured, the determination of the compensation field suffices for the measurement of external magnetic fields. This can be easily calculated as the current flowing through the coil 52 flows, is known. The sink 52 is therefore also called a "compensation coil". Since the compensation field is linearly dependent on this current, the voltage drop is also linearly dependent on the compensation field and again from the outside field. In this manner, it is possible to obtain a linear relationship between the flux or field to be measured and the output voltage of the SQUID electronics. The magnetic field 56 , which now comes from a sample, passes through the conductor loop 54 , where it now serves as a flux transformer. A changing magnetic field 56 caused in the conductor loop 54 an electric current. This electric current is used to in the coil 52 a magnetic field 22 which is generated by the SQUID MEASURING SENSOR 10 is detected.

3b zeigt schematisch eine weitere erfindungsgemäße Einrichtung 50 zur Dichtemessung. Gleiche Bestandteile zu den vorherigen Ausführungsbeispielen werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Zum Ausführungsbeispiel von 3a wird ein magnetisches Kompensationsfeld erzeugt. Das Kompensationsfeld wird durch eine Spannungsquelle 57 erzeugt, wobei ein Widerstand 55 und eine Spule 58 der Schaltung beaufschlagt sind. Das Kompensationsfeld kompensiert die magnetischen Felder 56, als auch ggf. angelegte Wechselfelder. Messaufbauten, wie sie in 3a und 3b dargestellt werden, können bequem miteinander gekoppelt werden, wobei dann jedoch nur ein SQUID-MESSSENSOR 10 erforderlich ist. 3b schematically shows a further device according to the invention 50 for density measurement. Like components to the previous embodiments are denoted by the same reference numerals. For the embodiment of 3a a magnetic compensation field is generated. The compensation field is powered by a voltage source 57 generated, being a resistor 55 and a coil 58 the circuit are acted upon. The compensation field compensates the magnetic fields 56 , as well as possibly applied alternating fields. Measurement setups, as in 3a and 3b can be conveniently coupled together, but then only one SQUID MEASURING SENSOR 10 is required.

Ein zu überprüfendes Werkstück wird in einem Probenhalter eines nicht dargestellten Messtisches fixiert. Der Probenhalter ist über Schrittmotoren beweglich auf dem Messtisch angeordnet. Bei geeigneter Steuerung der Schrittmotoren wird das Werkstück an dem SQUID-Messsensor in Rasterschritten 10 vorbeigeführt. Der SQUID-Messsensor 10 kann auf diese Weise ein Werkstück vollständig abtasten.A workpiece to be checked is fixed in a sample holder of a measuring table, not shown. The sample holder is movably mounted on the measuring table via stepper motors. With suitable control of the stepper motors, the workpiece on the SQUID measuring sensor is in raster increments 10 past. The SQUID measuring sensor 10 can fully scan a workpiece in this way.

Bei ferromagnetischen Werkstücken ist die Überprüfung der Dichte aufgrund ihrer eigenen magnetischen Eigenschaften mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Dichtemessung relativ unproblematisch. Werkstücke, welche keine solchen ferromagnetischen Eigenschaften besitzen, werden einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt.at ferromagnetic workpieces is the review of Density due to their own magnetic properties with the inventive device for density measurement relatively unproblematic. Workpieces, which do not have such ferromagnetic properties become one exposed to alternating magnetic field.

4 zeigt schematisch ein drittes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Einrichtung 50 zur Dichtemessung mit einem SQUID-Messsensor 10. In dieser Einrichtung ist ein Gradiometer 60 vorgesehen. Ein in etwa homogenes Magnetfeld 61, beispielsweise das Erdmagnetfeld, durchsetzt in geeigneter Weise die Leiterschleifen 62 und 64 des Gradiometers 60. Das homogene Magnetfeld 61 wird vorliegend als gestrichelte Linie dargestellt. Die Leiterschleifen 62 und 64 sind mit einer Spule 66 mit entgegengesetzter Wicklung verbunden. Durch die Spule 66 fließt bei einem Magnetfeld 56 ein Strom, wobei die untere Leiterschleife 64 einem schwächeren Magnetfeld 61 ausgesetzt ist als die obere Leiterschleife 62. 4 schematically shows a third embodiment of a device according to the invention 50 for density measurement with a SQUID measuring sensor 10 , In this device is a gradiometer 60 intended. An approximately homogeneous magnetic field 61 For example, the earth's magnetic field passes through the conductor loops in a suitable manner 62 and 64 of the gradiometer 60 , The homogeneous magnetic field 61 is shown here as a dashed line. The conductor loops 62 and 64 are with a coil 66 connected with opposite winding. Through the coil 66 flows in a magnetic field 56 a current, wherein the lower conductor loop 64 a weaker magnetic field 61 exposed as the upper conductor loop 62 ,

Bei einem homogenen Magnetfeld 61 tritt üblicherweise nur ein verschwindend geringer Strom auf. Auf diese Weise können homogene Störfelder, wie das Magnetfeld 61, kompensiert werden. Der fließende Strom erzeugt nämlich wiederum ein Magnetfeld in der Spule, welche so ausgerichtet ist, dass Störfelder kompensiert werden. Auch dieser SQUID-Messsensor 10 sowie der Gradiator 60 sind heruntergekühlt, um die Supraleitung zu gewährleisten. Ferner ist der SQUID-Messsensor 10 auf einem nicht dargestellten Messtisch mit einer Probenhalterung für Werkstücke vorgesehen. Auf dem Messtisch kann das Werkstück für Dichtemessungen abgerastert werden. Die kleinen analogen Spannungen können über Verstärker verstärkt und über Analog-Digital-Wandler in digitale Signale umgewandelt werden. Die digitalen Signale können beispielsweise in einer Rechnereinheit mit einem Bildverarbeitungsprogramm auf übliche Weise graphisch dargestellt werden, wie es beispielsweise in 7 gezeigt wird.In a homogeneous magnetic field 61 usually only a negligible current occurs. In this way, homogeneous interference fields, such as the magnetic field 61 , be compensated. The flowing current in turn generates a magnetic field in the coil, which is aligned so that interference fields are compensated. Also this SQUID measuring sensor 10 as well as the gradiator 60 are cooled down to ensure superconductivity. Furthermore, the SQUID measuring sensor 10 provided on a measuring table, not shown, with a sample holder for workpieces. On the measuring table, the workpiece can be scanned for density measurements. The small analog voltages can be amplified through amplifiers and converted via analog-to-digital converters into digital signals. The digital signals can, for example, be graphically displayed in a computer unit with an image processing program in the usual way, as is described, for example, in US Pat 7 will be shown.

5a zeigt in einer Prinzipskizze den Schaltungsaufbau eines SQUID-Messsensors 10. In dem supraleitenden Ring 12 sind die Josephson-Kontakte 14 und 16 integriert. Die Josephson- Kontakte 14, 16 sind symbolisch als Kreuze dargestellt. Den Josephson-Kontakten 14, 16 ist jeweils ein Widerstand 68, 70 parallel geschaltet. Zwischen den beiden Josephson-Kontakten 14, 16 sind die supraleitenden Leitungen angeordnet. Der supraleitende Ring 12 lässt sich auch rechteckig ausbilden. Eine rechteckige Form wird in der Abbildung 5b als Schaltbild gezeigt. Gleiche Bestandteile haben jeweils entsprechende Bezugszeichen wie vorherige Figuren. 5a shows in a schematic diagram of the circuit structure of a SQUID measuring sensor 10 , In the superconducting ring 12 are the Josephson contacts 14 and 16 integrated. The Josephson contacts 14 . 16 are represented symbolically as crosses. The Josephson contacts 14 . 16 is always a resistance 68 . 70 connected in parallel. Between the two Josephson contacts 14 . 16 the superconducting lines are arranged. The superconducting ring 12 can also be formed rectangular. A rectangular shape is shown in the picture 5b shown as a circuit diagram. The same components each have corresponding reference numerals as previous figures.

In 6 wird in einer Explosionszeichnung das Design eines SQUID-Messsensors 10 dargestellt. Der SQUID-Messsensor 10 weist den supraleitenden Ring 12 auf. Der Ring 12 wird von den Josephson-Kontakten 14, 16 an zwei Stellen 72, 74 unterbrochen. Parallel zu den Josephson-Kontakten 14, 16 sind die Widerstände 68, 70 geschaltet. An dem Ring 12 sind wiederum die supraleitenden Leitungen 18, 20 vorgesehen. Zwischen der Spule 52 und dem Ring 12 befindet sich eine Isolationsschicht 76.In 6 is an exploded view of the design of a SQUID measuring sensor 10 shown. The SQUID measuring sensor 10 has the superconducting ring 12 on. The ring 12 is from the Josephson contacts 14 . 16 at two places 72 . 74 interrupted. Parallel to the Josephson contacts 14 . 16 are the resistances 68 . 70 connected. At the ring 12 are in turn the superconducting lines 18 . 20 intended. Between the coil 52 and the ring 12 there is an insulation layer 76 ,

In 7 wird das Messbild einer Probe dargestellt, welches mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung 50 zur Dichtemessung mit einem SQUID-Messsensor 10 vermessen wurde.In 7 the measurement image of a sample is shown, which with a device according to the invention 50 for density measurement with a SQUID measuring sensor 10 was measured.

8 zeigt schematisch die Einrichtung 50 zur Dichtemessung mit zusätzlicher Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes. Ein Werkstück 78 liegt unterhalb des SQUID-Messsensors 10. Zwischen dem SQUID-Messsensor 10 und dem Werkstück 78 befindet sich eine Spule 80 zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes. Oberhalb des SQUID-Messsensors 10 ist eine Kompensationsspule 82 vorgesehen, um den SQUID 10 im Arbeitspunkt 41 zu halten. Die Spannung einer Wechselstromquelle 84 wird in einem Leistungsverstärker 86 verstärkt und der Spule 80 zur Erzeugung eines magnetischen Wechselfeldes beaufschlagt. Die Kompensationsspule 82 wird ebenfalls über die Wechselstromquelle 84 gespeist. Der Wechselstrom wird dazu über einen einstellbaren Widerstand 88 zum Einstellen der Amplitude geführt. Ein einstellbarer Kondensator 90 dient zur Einstellung der Phase. Je kleiner die Frequenz des magnetischen Wechselfeldes ist, desto tiefer kann in eine Probe mit dem SQUID-Messsensor geschaut werden. Bei hohen Frequenzen des magnetischen Wechselfeldes kann nur in höheren Schichten die Dichte beobachtet werden. Durch Messen des Kompensationsstroms, welcher erforderlich ist, um den SQUID-Messsensor 10 in seinem Arbeitspunkt 41 zu halten, wird das zu erfassende Messsignal, welches der Dichte der Werkstücks entspricht, erzeugt. 8th schematically shows the device 50 for density measurement with additional generation of an alternating magnetic field. A workpiece 78 lies below the SQUID measuring sensor 10 , Between the SQUID measuring sensor 10 and the workpiece 78 there is a coil 80 to generate a ma magnetic alternating field. Above the SQUID measuring sensor 10 is a compensation coil 82 provided to the SQUID 10 at the working point 41 to keep. The voltage of an AC source 84 is in a power amplifier 86 strengthened and the coil 80 acted upon to generate an alternating magnetic field. The compensation coil 82 is also via the AC power source 84 fed. The alternating current is via an adjustable resistor 88 led to adjust the amplitude. An adjustable capacitor 90 is used to set the phase. The smaller the frequency of the alternating magnetic field, the deeper it can be seen in a sample with the SQUID measuring sensor. At high frequencies of the alternating magnetic field, the density can only be observed in higher layers. By measuring the compensation current, which is required to the SQUID measuring sensor 10 in his working point 41 To hold, the measurement signal to be detected, which corresponds to the density of the workpiece generated.

Der SQUID-Messsensor 10 wird nun in einem geeigneten vertikalen Abstand in Rasterschritten über die Oberfläche 92 des Werkstückes geführt. Je weiter die Rasterschritte auseinander sind, desto geringer ist die Auflösung, die man letztendlich von der Dichte erhält. Bei einem geringen Abstand der Rasterschritte kann jedoch eine sehr hohe Auflösung erzielt werden. Bei einer hohen Auflösung der Dichte -und damit mit entsprechend kürzeren Rasterschritten- wird eine erheblich längere Zeit benötigt, als bei einer geringeren Auflösung. Für die Einstellung der Auflösung kommt es somit auf den einzelnen Bedarfsfall an. Kürzere Abtast- und Messzeiten implizieren gleichzeitig eine geringere Auflösung.The SQUID measuring sensor 10 will now be at a suitable vertical distance in raster increments across the surface 92 guided the workpiece. The farther the raster steps are apart, the lower the resolution ultimately obtained from the density. With a small spacing of the raster steps, however, a very high resolution can be achieved. With a high resolution of the density, and thus with correspondingly shorter raster steps, a considerably longer time is required than at a lower resolution. For setting the resolution, it depends on the individual case of need. Shorter sampling and measurement times simultaneously imply a lower resolution.

Die Messsignale, die beim Abtasten des Werkstücks mittels SQUID-Messsensor erhalten werden, werden digitalisiert und einer nicht dargestellten Auswerteeinheit, z.B. einem Rechner, zugeleitet. In dem Rechner können Programme den Messwerten (Feldstärke und Koordinaten) geeignete Farben zuordnen, so dass schließlich hieraus ein aussagekräftiges Bild, wie es beispielsweise in 7 dargestellt ist, entsteht.The measurement signals which are obtained when scanning the workpiece by means of a SQUID measuring sensor are digitized and forwarded to an evaluation unit, not shown, for example a computer. In the computer, programs can assign appropriate colors to the measured values (field strength and coordinates), so that finally a meaningful image can be obtained from it, as can be seen in FIG 7 is shown, arises.

Claims

Facility ( 50 ) for the density measurement of materials comprising a measuring sensor which generates an electrical signal corresponding to the density of the material and supplies this signal to a computer-controlled evaluation unit, characterized in that the measuring sensor ( 10 ) is designed as a superconducting quantum interferometer (SQUID).

Facility ( 50 ) for density measurement of materials according to claim 1, characterized in that means are provided for generating an alternating magnetic field for non-ferromagnetic materials.

Facility ( 50 ) for density measurement of materials according to one of claims 1 or 2, characterized in that scanning means are provided which move the SQUID measuring sensor at least in a scanning plane to the material sample.

Facility ( 50 ) for density measurement of materials according to one of claims 1 to 3, characterized by a sample holder for fixing the material to be examined.

Facility ( 50 ) for the density measurement of materials according to any one of claims 1 to 4, characterized in that means are provided for generating electrical and / or magnetic compensation fields for compensating interference fields.

Facility ( 50 ) for density measurement of materials according to any one of claims 1 to 5, characterized by amplifier means for amplifying the signal of the SQUID measuring sensor.

Facility ( 50 ) for the density measurement of materials according to one of claims 1 to 6, characterized in that filter means are provided for filtering out interference signals.