DE1160093B

DE1160093B - Device for measuring the tangential component of the magnetic field strength on the surface of magnetic bodies

Info

Publication number: DE1160093B
Application number: DES43825A
Authority: DE
Inventors: Dr Johannes Neumann; Dr Fritz Assmus; Dr Herbert Weiss
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1955-05-06
Filing date: 1955-05-06
Publication date: 1963-12-27

Description

Gerät zum Messen der Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke an der Oberfläche magnetischer Körper Zusatz zum Patent 973 121 Die Erfindung betrifft die Weiterbildung eines bekannten elektrischen Meßgerätes, das Gegenstand des Patentes 973 121 ist und auf der Erfassung der Änderung des elektrischen Widerstandes beruht, die ein Halbleiterkörper in einem Magnetfeld erfährt, oder auf der Erfassung der Hall-Spannung, die an dem stromdurchflossenen Halbleitefkörper unter der Wirkung des Magnetfeldes auftritt, und bei dem als Halbleiterkörper eine der halbleitenden Verbindungen InSb, InAs, GaAs, InP oder GaSb vom Typ A"TB' mit einer Trägerbeweglichkeit von mindestens 6000 cm2/Vsec vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist zur Messung der Tangentialkomponente der magnetischen Gleich- oder Wechselfeldstärke an der Oberfläche magnetischer Körper der Halbleiterkörper (4; 27) unmittelbar auf der Oberfläche des magnetischen Körpers angeordnet, derart. daß die Richtung des Primärstromes durch den Halbleiterkörper und dessen größte Fläche senkrecht zu der zu messenden Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke des magnetischen Körpers liegt, und ferner ist die Ausdehnung des Halbleiterkörpers senkrecht zur Oberfläche des magnetischen Körpers so klein gehalten, daß der Einfluß des Potentialabfalles des Magnetfeldes in dieser Richtung im Halbleiterkörper vernachlässigbar ist.Device for measuring the tangential component of the magnetic field strength on the surface of magnetic bodies Addition to patent 973 121 The invention relates to the development of a known electrical measuring device, the subject of the patent 973 121 and is based on the detection of the change in electrical resistance, which a semiconductor body experiences in a magnetic field, or on the detection of the Hall voltage acting on the current-carrying semiconductor body of the magnetic field occurs, and in the case of the semiconductor body one of the semiconducting Compounds InSb, InAs, GaAs, InP or GaSb of type A 'TB' with carrier mobility of at least 6000 cm2 / Vsec is provided. According to the invention for measuring the Tangential component of the magnetic constant or alternating field strength on the surface magnetic body of the semiconductor body (4; 27) directly on the surface of the magnetic body arranged such. that the direction of the primary current through the semiconductor body and its largest surface perpendicular to that to be measured The tangential component of the magnetic field strength of the magnetic body is, and furthermore the extension of the semiconductor body is perpendicular to the surface of the magnetic body kept so small that the influence of the potential drop of the Magnetic field in this direction in the semiconductor body is negligible.

Zur Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der einige Beispiele für die Anordnung und Anwendung des erfindungsgemäßen Gerätes dargestellt sind. Es zeigen Fig. 1 und 2 eine Ausbildung des Gerätes zur Messung der Tangentialkomponente der Magnetfeldstärke an der Oberfläche eines magnetischen Körpers, Fig. 3 eine Ausbildung des Gerätes zur Messung der Magnetisierungsintensität an der Grenzfläche eines magnetischen Körpers, Fig. 4 ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Gerätes zur Erfassung der Textur eines Magnetbleches. To explain the invention, reference is made to the drawing, in the some examples of the arrangement and application of the device according to the invention are shown. 1 and 2 show an embodiment of the device for measurement the tangential component of the magnetic field strength on the surface of a magnetic Body, Fig. 3 shows an embodiment of the device for measuring the magnetization intensity at the interface of a magnetic body, FIG. 4 shows an application example of the Device according to the invention for detecting the texture of a magnetic sheet.

In Fig. 1 ist mit 1 ein Magnetisierungsdoppeljoch bezeichnet. Zwischen den einstellbaren Polschuhen la ist ein Prüfling 2 eingespannt. Zwei Erregerwicklungen des Magnetisierungsjoches sind bei 3 angedeutet. Der Halbleiterkörper, mit dem die Messung vorgenommen wird, ist mit 4 bezeichnet. Seine Anordnung geht deutlicher aus der perspektivischen Darstellung in Fig. 2 hervor. Der Prüfling, dessen Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke gemessen werden soll, ist wieder mit 2 und der Halbleiterkörper, der als Plättchen ausgeführt ist, mit 4 bezeichnet. Die Primärstromelektroden sind mit 11 und 12, die Hall-Elektroden mit 13 und 14 und der Verlauf des Magnetfeldes ist durch Pfeile angegeben. In Fig. 1, 1 denotes a magnetizing double yoke. Between A test item 2 is clamped to the adjustable pole pieces la. Two excitation windings of the magnetization yoke are indicated at 3. The semiconductor body with which the Measurement is made is denoted by 4. Its arrangement is clearer from the perspective illustration in FIG. 2. The test object, its tangential component the magnetic field strength is to be measured is again with 2 and the semiconductor body, which is designed as a plate, denoted by 4. The primary current electrodes are with 11 and 12, the Hall electrodes with 13 and 14 and the Course of the magnetic field is indicated by arrows.

Das Halbleiterplättchen ist so angeordnet, daß die durch die Richtung der Hall-Elektroden - worunter hier und im folgenden die Richtung einer gedachten Verbindungsgeraden zwischen den Hall-Elektroden verstanden wird - und die Richtung des Primärstromes gegebene Fläche des Halbleiterkörpers senkrecht zu der zu messenden Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke des magnetischen Körpers liegt. Diese Fläche ist in Richtung der Hall-Elektroden der Deutlichkeit halber wesentlich größer gezeichnet als sie beim erfindungsgemäßen Gerät tatsächlich ausgeführt ist. Die Ausdehnung in dieser Richtung ist nämlich so klein gehalten, daß der Einfluß des Potentialabfalles des Magnetfeldes (Feldgradient) in dieser Richtung im Halbleiterkörper vernachlässigbar ist.The semiconductor die is arranged so that the through the direction the Hall electrodes - including here and in the following the direction of an imaginary Connecting straight lines between the Hall electrodes is understood - and the direction of the primary current given area of the semiconductor body perpendicular to that to be measured Tangential component of the magnetic field strength of the magnetic body lies. This area is essential in the direction of the Hall electrodes for the sake of clarity drawn larger than it is actually carried out in the device according to the invention. The expansion in this direction is kept so small that the influence the potential drop of the magnetic field (field gradient) in this direction in the semiconductor body is negligible.

Geräte dieser Art sind bei magnetischen Gleich-und Wechselfeldern brauchbar. An Stelle des Hall-Effektes oder zusätzlich dazu kann, wie allgemein bei dem Gerät nach dem Hauptpatent, auch bei dem Gerät nach der vorliegenden Erfindung in analoger Weise von der magnetischen Widerstandsänderung, die der Halbleiterkörper unter der Wirkung des Magnetfeldes erfährt, Gebrauch gemacht werden. Devices of this type are used with magnetic direct and alternating fields useful. In place of the Hall effect or in addition to it, as in general in the device according to the main patent, also in the device according to the present invention in an analogous manner from the change in magnetic resistance that the semiconductor body under the effect of the magnetic field, use can be made.

Das erfindungsgemäße Gerät weist gegenüber den bisher bekannten Einrichtungen für die Messung der Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke, z. B. der »Förster-Sonde«, erhebliche Vorteile auf. The device according to the invention has compared to the previously known devices for measuring the Tangential component of the magnetic field strength, z. B. the "Förster probe" has considerable advantages.

Diese bestehen insbesondere darin, daß das erfindungsgemäße Gerät wesentlich weniger aufwendig ist. Die »Förster-Sonde« arbeitet unter Verwendung von Hochfrequenz mit Siebketten und Verstärkern.These consist in particular that the device according to the invention is much less expensive. The "Förster-Sonde" works with use of high frequency with sieve chains and amplifiers.

Beim Gerät gemäß der Erfindung kann das Signal unmittelbar und bei eventueller Verstärkung ohne Oberflächenaussiebung zur Messung benutzt werden.In the device according to the invention, the signal can be immediate and at possible amplification without surface sieving can be used for the measurement.

Es ist somit robuster und betriebssicherer. Das erfindungsgemäße Gerät ermöglicht eine verhältnismäßig einfache Messung der tangentialen magnetischen Feldstärke an dünnen Platten, die senkrecht zu ihrer größten Fläche magnetisiert sind und z. B. aus Werkstoffen mit extrem hoher Koerzitivkraft bestehen, wie Oxydmagneten oder Magneten aus Mangan-Wismut, Platin-Kobalt, Platin-Eisen usw. Diese schwierige Aufgabe der magnetischen Meßtechnik konnte mit bisher bekannten Einrichtungen nicht so gut gelöst werden. Hinsichtlich der Materialarten, an denen Messungen vorgenommen werden können, bestehen keinerlei Einschränkungen für die Brauchbarkeit des Gerätes; es eignet sich z. B. auch für Oberflächenmessungen an Dynamoblechen, Weicheisenstäben, Dauermagnetkörpern u. dgl.It is therefore more robust and more reliable. The device according to the invention enables a relatively simple measurement of the tangential magnetic field strength on thin plates that are magnetized perpendicular to their largest surface and z. B. consist of materials with extremely high coercive force, such as oxide magnets or Magnets made of manganese-bismuth, platinum-cobalt, platinum-iron, etc. This difficult task magnetic measurement technology could not do so well with previously known devices be solved. Regarding the types of materials on which measurements are made there are no restrictions on the usability of the device; it is suitable e.g. B. also for surface measurements on dynamo sheets, soft iron bars, Permanent magnet bodies and the like.

Mit dem Meßgerät nach der Erfindung ist eine Empfindlichkeit zu erreichen, die es erlaubt, lokale Materialunterschiede und Feldinhomogenitäten in extremer Feinheit zu erfassen und gegebenenfalls über die ganze Oberfläche eines magnetischen Werkstückes fortlaufend, z. B. graphisch, zu registrieren. With the measuring device according to the invention, a sensitivity can be achieved which allows local material differences and field inhomogeneities in extreme Detect fineness and, if necessary, over the entire surface of a magnetic Workpiece continuously, e.g. B. graphically to register.

Dies ist z. B. für die Fabrikationsüberwachung oder für die magnetische Fehleranalyse von besonderer technischer Bedeutung. Mit gleicher Empfindlichkeit sind Feldinhomogenitäten, die auf ungleichmäßiger Magnetisierung eines an sich gleichmäßigen Materials beruhen, sowie die langsam verlaufenden magnetischen Nachwirkungs- und Alterungsvorgänge verhältnismäßig einfach zu erfassen und zu registrieren.This is e.g. B. for factory monitoring or for magnetic Error analysis of particular technical importance. With the same sensitivity are field inhomogeneities which are due to the non-uniform magnetization of an inherently uniform Materials are based, as well as the slow-moving magnetic aftermath and It is relatively easy to record and register aging processes.

In Fig. 3 ist mit 21 ein Magnetdoppeljoch mit verstellbaren Polstücken 21 a dargestellt. Zwei Erregerwicklungen sind mit 22 angedeutet. Ein mit 23 bezeichneter magnetischer Körper ist so angebracht, daß ein mit 24 bezeichneter Luftspalt zwischen dem Körper und dem gegenüberliegenden Polschuh so klein als möglich, z. B. in der Größenordnung von 0,1 mm, und über die ganze Ausdehnung der Fläche des magnetischen Körpers gegenüber dem Polschuh konstant ist. In diesem Luftspalt ist ein mit 25 bezeichneter Halbleiterkörper angeordnet und zwar so, daß die durch die Richtung der Hall-Elektroden und durch die Richtung des Primärstromes gegebene Fläche des Halbleiterkörpers unmittelbar an der Grenzfläche 26 des Körpers 23 anliegt. Die den Halbleiterkörper durchsetzenden Induktionslinien sind durch Pfeile angedeutet. In Fig. 3, 21 is a magnetic double yoke with adjustable pole pieces 21 a shown. Two excitation windings are indicated at 22. One labeled 23 magnetic body is attached so that an air gap, designated 24, between the body and the opposite pole piece as small as possible, e.g. B. in the Of the order of 0.1 mm, and covering the entire extent of the surface of the magnetic Body is constant with respect to the pole piece. In this air gap there is a 25 designated semiconductor body arranged in such a way that by the direction of the Hall electrodes and the area of the given by the direction of the primary current Semiconductor body rests directly on the interface 26 of the body 23. the The induction lines penetrating the semiconductor body are indicated by arrows.

Der Übersicht halber ist auf die Darstellung der Zuleitungen für die Primärstrom- und Hall-Elektroden verzichtet. Es wird darauf hingewiesen, daß Gestalt und Lage der mit 26 angegebenen Grenzfläche des Magnetkörpers nicht an das dargestellte Beispiel gebunden sind; es sind auch andere Begrenzungsflächen des Magnetkörpers zulässig, vorausgesetzt, daß der gegenüberliegende Polschuh so ausgeführt ist, daß die oben angegebenen Bedingungen hinsichtlich des Luftspaltes erfüllt sind. Die Größe des Halbleiterkörpers ist zweckmäßigerweise so zu wählen, daß er die Grenzfläche des Magnetkörpers, an der die Messung vorgenommen werden soll, an keiner Stelle überragt. For the sake of clarity, refer to the illustration of the supply lines for the primary current and Hall electrodes are omitted. It should be noted that The shape and position of the boundary surface of the magnetic body indicated by 26 does not correspond to the example shown are bound; there are also other boundary surfaces of the Magnetic body permissible, provided that the opposite pole piece is designed in this way is that the conditions given above with regard to the air gap are met. The size of the semiconductor body should expediently be chosen so that that he is the interface of the magnet body on which the measurement is to be made, at no point towers.

Der Luftspalt 24 kann auch zwischen zwei gleichartige und vorzugsweise gleichgroße Magnetkörper gelegt werden, oder es kann zu beiden Seiten eines Magnetkörpers je ein Luftspalt mit je einem Halbleiterkörper angeordnet werden; in diesem Falle ist es zweckmäßig, die beiden Halbleiterkörper hallspannungsseitig in Serie zu schalten. The air gap 24 can also be between two similar and preferably magnetic bodies of the same size can be placed, or it can be placed on both sides of a magnetic body an air gap each having a semiconductor body are arranged; in this case it is advisable to connect the two semiconductor bodies in series on the reverberation voltage side.

Mit der Anordnung nach Fig. 3 wird die Magnetisierungsintensität J bequem gemessen, wenn ein weiterer Halbleiterkörper 27, der - gemäß der Anordnung nach Fig. 1-zur Messung der magnetischen Feldstärke H Lt0 , 0 dient, mit dem Halbleiterkörper 25, der die Induktion B mißt, hallspannungsmäßig gegengeschaltet wird; die resultierende Hall-Spannung stellt dann die Magnetisierungsintensität J = B - H0 dar; es können also auch Sättigungsmessungen durchgeführt werden. With the arrangement of Fig. 3, the magnetization intensity J conveniently measured when a further semiconductor body 27, which - according to the arrangement According to Fig. 1-is used to measure the magnetic field strength H Lt0, 0, with the semiconductor body 25, which measures the induction B, is connected in opposition in terms of reverberation voltage; the resulting Hall voltage then represents the magnetization intensity J = B - H0; it can so saturation measurements can also be carried out.

Im übrigen gelten entsprechend die Ausführungen über die allgemeine Brauchbarkeit der Anordnung nach Fig. 1 und 2 und deren Vorteile auch bei der speziellen Ausführungsform des Gerätes nach der Erfindung gemäß Fig. 3. The remarks on the general also apply accordingly Usability of the arrangement according to FIGS. 1 and 2 and its advantages also in the special Embodiment of the device according to the invention according to FIG. 3.

In Fig. 4 ist eine Methode angedeutet, wie das erfindungsgemäße Gerät zum Erfassen der Anisotropie, z. B. die Textur eines Magnetwerkstoffes, angewendet werden kann. Mit 31 ist ein Magnetblech bezeichnet, die magnetische Vorzugsrichtung ist durch die Linien 32 angegeben. Die magnetische Erregung des Bleches kann in an sich bekannter Weise z. B. durch einen oder mehrere zentrale Leiter erfolgen, deren Durchstoß durch die Zeichenebene mit 33 angegeben ist. 34, 35 und 36 stellen Halbleiterkörper in verschiedener radialer Lage dar; ihre Fläche, die durch die Richtung der Hall-Elektroden und durch die Richtung des Primärstromes gegeben ist, steht senkrecht auf dem Blech, weist jeweils zum Mittelpunkt und hat von diesem jeweils den gleichen Abstand. Zur Ermittlung der Textur werden nun diejenigen Stellen aufgesucht, bei denen die Hall-Spannung und/oder die magnetische Widerstandsänderung ein Minimum bzw. ein Maximum aufweist. In Fig. 4 a method is indicated, such as the device according to the invention for detecting the anisotropy, e.g. B. the texture of a magnetic material applied can be. With a magnetic sheet 31 is designated, the preferred magnetic direction is indicated by lines 32. The magnetic excitation of the sheet can be in in a known manner z. B. be carried out by one or more central managers, whose penetration through the plane of the drawing is indicated by 33. 34, 35 and 36 places Semiconductor bodies in different radial positions; their area covered by the The direction of the Hall electrodes and the direction of the primary current, stands vertically on the sheet, points to the center and has from this the same distance in each case. To determine the texture, those places visited where the Hall voltage and / or the change in magnetic resistance has a minimum or a maximum.

Damit ist die magnetische Vorzugsrichtung und damit die Textur des Bleches ermittelt. Bei kontinuierlicher Drehung des ringförmigen Meßkörpers können die Feldwerte für alle Winkel zur Vorzugsrichtung ermittelt und gegebenenfalls fortlaufend registriert werden.This is the preferred magnetic direction and thus the texture of the Sheet determined. With continuous rotation of the annular measuring body can the field values for all angles to the preferred direction are determined and, if necessary, continuously be registered.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Electrical measuring device based on detection the change in electrical resistance is based on a semiconductor body in a Experienced magnetic field, or on the detection of the Hall voltage applied to the current flowing through it Semiconductor body occurs under the action of the magnetic field, and in which as a semiconductor body one of the semiconducting compounds InSb, InAs, GaAs, InP or GaSb of type A "TBr with a carrier mobility of at least 6000 cm2 / Vsec, according to Patent 973 121, characterized in that for measuring the tangential component the magnetic constant or alternating field strength on the surface of magnetic bodies the semiconductor body (4; 27) directly on the surface of the magnetic body is arranged such that the direction of the primary current through the semiconductor body and its largest surface perpendicular to that to be measured The tangential component of the magnetic field strength of the magnetic body is, and that further the extension of the semiconductor body perpendicular to the surface of the magnetic body is kept so small that the influence of the potential drop of the magnetic field in this direction in the semiconductor body is negligible.

2. Measuring device according to claim 1 on the detection of the Hall voltage is based, characterized in that in addition to that directly on the surface of the magnetic body arranged semiconductor body (27) a second semiconductor body (25) is provided, which is determined by the direction of the Hall electrodes and the primary current the given area is in direct contact with the interface of the magnetic body, at which the induction lines pass, and that both semiconductor bodies Hall voltage side are connected in such a way that the resulting Hall voltage represents a measure of the magnetization intensity.

Publications considered: "Siemens-Zeitschrift", 28 (1954), Pp. 376 to 384; "Metallkunde" magazine, 45 (1954), pp. 245 to 249.