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Magnetometer mit einer Elektronenstrahlröhre, deren Strahl von dem
zu messenden magnetischen Feld abgelenkt wird Die Erfindung bezieht sich auf ein
Magnetometer mit einer Elektronenstrahlröhre, deren Strahl von dem zu messenden
magnetischen Feld abgelenkt und diese Ablenkung durch ein einstellbares elektrisches
Feld rückgängig gemacht wird, mit Mitteln zur Kontrolle der durch das elektrische
und magnetische Feld hervorgerufenen Gesamt ablenkung des Elektronenstrahles und
mit einer Entnahme der Anodenspannung für die Beschleunigung der Elektronen und
der zur Erzeugung des elektrischen Abienkfeldes benötigte Ablenkspannung aus einer
gemeinsamen Spannungsquelle.
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Bei einem bekannten Magnetometer dieser Art wird eine besonders ausgebildete
Kathodenstrahlröhre verwendet. Diese Kathodenstrahlröhre besteht aus einer Elektronen
aussendenden Kathode, Anordnungen zur Beschleunigung und Bündelung der Elektronen,
einem Paar Ablenkplatten und einer Anode, die in zwei Hälften unterteilt ist. Diese
Röhre wird zur Messung der Feldstärke in bestimmter Weise zum Feld ausgerichtet,
so daß das magnetische Feld eine Ablenkung des Strahlenbündels senkrecht zur Trennlinie
zwischen den beiden Anodenteilen verursacht.
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Die Ablenkplatten vermögen ebenfalls in dieser Richtung eine Ablenkung
des Strahlenbündels zu erzeugen Die besondere Ausbildung der Anode gestattet es
festzustellen, wenn der Strahl abgelenkt wird. Diese Ablenkung läßt sich durch Anlegen
einer entsprechenden Spannung an die Ablenkplatten rückgängig machen.
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Ist an die durch das Magnetfeld erzeugte Ablenkung, die proportional
H/v ist, wenn H die magnetische Feldstärke und v die Geschwindigkeit der Elektronen
ist, und aE die durch die an den Ablenkplatten liegende Spannung U' verursachte,
U'lv2 proportionale Ablenkung, so ist die Gesamtablenkung Null, wenn a = aE ist.
Daraus folgt, daß die Spannung U' proportional der Feldstärke H ist. Die Spannung
b" für die Ablenkplatten wird im allgemeinen durch einen Spannungsteiler mit Potentiometer
aus der Anodenspannung erzeugt. Die Stellung des Potentiometers dient als Maß für
die magnetische Feldstärke.
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Eine solche Ausbildung hat jedoch den Nachteil, daß Schwankungen
der Anodenspannung sich in einer ungewollten Ablenkung des Kathodenstrahles bemerkbar
machen, da sich die Spannung an den Ablenkplatten proportional zurAnodenspannung
ändert. so daß also die Stellung des Potentiometers, das immer so eingestellt wird,
daß die Gesamtablenkung des Strahles Null ist, die magnetische Feldstärke nicht
mehr richtig wiedergibt.
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Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, diesen Nachteil zu beseitigen.
Es wird daher erfindungsgemäß ein Magnetometer der eingangs bezeichneten Art vorgeschlagen,
daß sich dadurch kennzeichnet. daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die zwischen
der Anodenspannung und der Ablenkspannung einen möglichst quadratischen Zusammenhang
herstellt, im Sinne der Ausschaltung des Einflusses von Schwankungen der von der
Spannungsquelle erzeugten Spannung auf die Gesamtablenkung des Elektronenstrahles.
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Im folgenden soll U die Anodenspannung und UO die von der Spannungsquelle
erzeugte Spannung, von der ein Bruchteil für die Ablenkplatten abgegriffen wird,
bezeichnen. Der funktionelle Zusammenhang von UO und U soll möglichst U~U>2 sein.
Es gilt nämlich, wenn e und m Ladung und Masse des Elektrons, n den Bruchteil der
von UO abgegriffenen und den Ablenkplatten zugeführten Spannung, d den Abstand der
Ablenkplatten und at, a, a Konstanten bezeichnen, mit
ua
ist, unct
woraus sich für aH = aE, d. h. das Potentiometer ist derart eingestellt, daß die
Gesamtablenkung Null
ist, H=a3 a1 n/a2 d ergibt. H ist also nur
von konstanten Gliedern und der Stellung des Potentiometers, aber nicht mehr von
der Spannung abhängig.
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Da häufig eine Anordnung zur Herstellung des genannten funktionellen
Zusammenhangs unvollkommen ist, so daß dieser Zusammenhang nur annähernd erreichbar
ist, wird in Weiterbildung des Magnetometers nach der Erfindung vorgeschlagen, Mittel
vorzusehen, die in gewissen Grenzen eine Änderung des Zusammenhanges von U und UO
zulassen.
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Der Erfindungsgedanke sei an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert:
In der Zeichnung ist mit 1 eine Kathodenstrahlröhre bezeichnet, die eine K2-thode
2, Beschleunigungs- und Fokussierglieder, von denen lediglich ein Beschleunigungsgitter
3 angedeutet ist, Ablenkplatten 4 und eine Anode 5 aufweist.
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Die Anode 5 besteht aus zwei Platten, die nebeneinander angeordnet
sind und zwischen denen sich ein schmaler, gerader Spalt befindet. Der Kathodenstrahl
trifft, wenn er weder durch ein Magnetfeld noch durch eine Spannung an den Ablenkplatten
4 abgelenkt wird, genau auf den Spalt, so daß die elektrischen Ströme, die durch
die Leitungen 6, 7 fließen, gleich groß sind. Wird der Kathodenstrahl jedoch durch
ein elektrisches Feld zwischen den Ablenkplatten oder durch ein äußeres. Magnetfeld
abgelenkt, so sind diese Ströme verschieden groß. Beide Anodenteile müssen zum Nachweis
der Differenz zwischen den beiden Strömen natürlich in verschiedenen Kreisen angeordnet
sein.
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In der Zeichnung sind der Einfachheit halber beide Anoden miteinander
verbunden gezeichnet. Auch sind die Mittel zur Anzeige der Differenz zwischen den
beiden Strömen nicht dargestellt.
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Ist durch ein Magnetfeld eine gewisse Ablenkung des Strahlenbündels
hervorgerufen worden, so läßt sich diese Ablenkung durch die Verstellung des Potentiometers
8 rückgängig machen. Hierzu wird das Potentiometer so lange verstellt, bis die Gleichheit
der Ströme in den die verschiedenen Anodenteile enthaltenden Stromkreisen wiederhergestellt
ist. Die Bedeutung des Potentiometers 9 wird weiter unten erläutert. Die übrigen
Festwiderstände dienen der Spannungsteilung.
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Zwischen den Punkten 10 liegt eine Gleichspannung UO und zwischen
den Punkten 11 eine Gleichspannung U. Damit sich nun bei Spannungsschwankungen keine
Ablenkung des Kathodenstrahles ergibt, soll gemäß der Erfindung die Spannung U proportional
dem Quadrat der Spannung UO sein. Hierzu dient eine an sich bekannte, mit 12 bezeichnete
Einrichtung, die aus einer geeigneten Transistorschaltung bestehen kann. Der Arbeitspunkt
des Transistors wird so festgelegt, daß die den Punkten 11 zugeführte Spannung die
gewünschte Abhängigkeit von der an den Punkten 10 liegenden Spannung aufweist.
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Zur Einstellung des gewünschten Zusammenhangs zwischen UO und U kann
man z. B. in der obenerwähnten Transistorschaltung den Arbeitspunkt des Transistors
verschieben. Dem gleichen Zweck dient auch das Potentiometer 9. Die an den Ablenkplatten
liegende Spannung setzt sich nämlich aus einem der Spannung UO proportionalen, am
Potentiometer 8 ab-
gegriffenen und aus einem der Spannung U proportionalen, am Potentiometer
9 abgegriffenen Anteil zusammen. Durch Veränderung des Verhältnisses dieser Anteile
läßt sich die Abhängigkeit von U und UO verändern. Um das Einstellen des Zusammenhangs
von U und U0 zu erleichtern, sind Mittel vorzusehen, die eine willkürliche Änderung
der Spannung U0 gestatten.
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Der Erfindungsgedanke ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt.
Die Transistorschaltung kann selbstverständlich durch eine entsprechende Röhrenschaltung
ersetzt werden. Auch sind noch andere Anordnungen denkbar, die die gewünschte Abhängigkeit
der Spannung U von der Spannung U0 herstellen. Ferner können die Mittel zur Änderung
der Abhängigkeit in vom Ausführungsbeispiel abweichender Weise ausgebildet sein.
Schließlich sei noch darauf hingewiesen, daß die Anordnung nach der Erfindung nicht
an die beschriebene Ausbildung der Kathodenstrahlröhre gebunden ist. Die Ges am
ablenkung des Elektronenstrahles kann in bekannter Weise auch aus der Lage des sichtbaren
Auftreffpunktes der Elektronen auf einen Schirm ermittelt werden.