DE102009020135A1 - Isotroper Magnetfeldsensor mit Spulen mit Ferritkernen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine spezielle Anordnung von Spulen mit Ferritkernen, um einen der idealen Isotropie möglichst nahe kommenden, dreidimensionalen Magnetfeldsensor zu erreichen.

Description

• Erfindungsgemäß werden statt drei Ferritkernen fünf Ferritkerne verwendet. Davon sind nur drei mit den entsprechenden Spulen bewickelt, während die zwei anderen Ferritkerne nicht angeschlossen, wahlweise auch nicht bewickelt und genau gegenüber den aktiven Spulen quasi als Dummys („passiv”) in der X- und Y-Achse verwendet werden. Wenn die Dummy-Ferritspulen „nur” nicht angeschlossen sind, so ist es zweckmäßig die Spulenwicklungen z. B. durch eine Bohrung zu unterbrechen um Resonanzeinflüsse durch parasitäre Kapazitäten in der Spule zu unterbinden. Die vier Ferrite, von denen jeweils ein aktiver und passiver achsenparallel nebeneinander angeordnet ist (wobei dazwischen Platz in der Größenordnung des Durchmessers der Ferritspule in der Z-Achse ist), sind sozusagen auf den Kanten eines Quadrats angeordnet. Der dritte Ferritkern (mit Wicklung) wird in der Z-Achse ausgerichtet und möglichst nahe aber außerhalb der durch die Durchmesser der Ferritspulen definierten, horizontalen in ”X-/Y-Ebenen-Raumscheibe” positioniert. Wenn die Ferritspule der Z-Achse teilweise in die oben beschriebene Raumscheibe hineinragt, verschlechtert dies zwar etwas die Eigenschaften des Sensors, lässt jedoch eine noch kompaktere Bauform zu. Insbesondere für die Ferritspule der Z-Achse ist gegebenenfalls auch eine andere Geometrie denkbar, beispielsweise ein kürzerer, ggf. mit größerem Durchmesser ausgebildeter Kern, um eine noch kompaktere Bauform zu erreichen. Die Anordnung ist prinzipiell für Spulen unterschiedlicher Bauform geeignet, es sind also keine besonderen Ansprüche an den Durchmesser im Verhältnis zur Länge oder Breite des Ferritkerns beziehungsweise der Spule selbst zu stellen. So ist beispielsweise die so genannte „Garnrollen”-Form für die Ferritkerne vorteilhaft.
• Vorteile der Erfindung
• Vorteile der Erfindung sind
• • ein isotroper Punkt (zwischen den Spulen in der X- und Y-Achse) und – je nach Montage – unter oder über der Spule in der Z-Achse
• • die sehr gute Isotropie
• • die hohe Empfindlichkeit im Verhältnis zur Größe.
• Problemstellung
• Es ist bekannt, dass durch die Verwendung von Ferritkernen die Ausbeute von Induktionspulen deutlich erhöht werden kann. Wenn diese jedoch isotrop und nahe beieinander angeordnet werden (nahe heißt hier: die Abstände liegen in der Größenordnung der Durchmesser), beeinflussen sie sich gegenseitig, so dass eine ungestörte Anordnung beziehungsweise die Ausbildung eines isotropen Punktes nahezu unmöglich ist.
• Stand der Technik
• Um die oben geschilderten Probleme zu vermeiden, verwendet man in der professionellen Feldstärkemesstechnik Luftspulen, mit denen sich sowohl eine nahezu perfekte Isotropie wie auch ein isotroper Punkt realisieren lässt, indem diese Spulen ineinander gewickelt werden. Diese Strategie ist mit voneinander notwendigerweise entkoppelten Ferriten im Spulenkern nicht möglich.
• Aufgabenstellung
• Die Aufgabenstellung ist es, einen möglichst kompakten Magnetfeldsensor zu konstruieren, der zugleich im Verhältnis zur Empfindlichkeit möglichst kompakt ist, der ein möglichst isotropes Verhalten (im Sinne einer möglichst ideal orthogonalen Messwertaufnahme der drei Achsen) und der einen isotropen Punkt hat.

Claims (1)

1. Isotroper Magnetfeldsensor aus Spulen mit Ferritkernen dadurch gekennzeichnet, dass in der X-Achse und der Y-Achse jeweils eine Spule auf Ferritkern mit einem Abstand in der Größenordnung der Spulendurchmesser achsenparallel zu einem baugleichen Ferritkern, auf dem sich entweder keine Wicklung befindet oder aber diese nicht angeschlossen ist, über Kreuz positioniert werden und eine fünfte Spule auf Ferritkern senkrecht zu der aus den vorgenannten Spulen gebildeten Ebene montiert wird, wobei diese mit mindestens der halben Achslänge außerhalb der durch die Durchmesser der vorgenannten Spulen definierten Raumscheibe positioniert ist.