DE1591871B2 - Anordnung zur messung von magnetfeldern - Google Patents

Description

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liefert die verstärkte Differenzspannung den Gegen- T13 sind auf diese Weise leitend, und der von der kopplungsstrom, welcher einen aus der Sekundär- positiven Spannungsquelle ausgehende Strom fließt Wicklung des Erregungsübertragers und der einzigen auf dem folgenden Pfad: Transistor TlO, Primärwicklung der Sonde bestehenden Kreis durchläuft wicklung des Übertragers 57, Kondensator 58, Tran- und welcher darin einen Kompensations-Magnetfluß 5 sistor T13 und Ladewiderstand 53. Bei der darauferzeugt, der das auf die Sonde einwirkende äußere folgenden Halbwelle sind die Transistoren TlO und Magnetfeld ausgleicht. Der Erregungs-Stromkreis für T13 gesperrt, während die Transistoren TIl und die Sonde ist über einen Kondensator geschlossen, T12 leitend sind. Der Strom fließt dieses Mal daher der an den Klemmen dieser beiden Wicklungen liegt. auf dem Pfad: Transistor TIl, Kondensator 58, Pri-

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung io märwicklung des Übertragers 57, Transistor T12 und

ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ladewiderstand 53. Alle Vorgänge laufen so ab, als

Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. ob die Transistoren TIl, T12 sowie TlO, T13 ge-

Darin zeigt koppelte Unterbrecher wären, die im Rhythmus der

Fig. 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausfüh- Signalei synchron betätigt werden,
rungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung; und 15 Somit wird die Sondenwicklung 60 von einem Er-

Fig. 2 und 3 zeigen Diagramme zur Erläuterung regungs-Wechselstrom durchflossen, der von der

der Wirkungsweise der Schaltung von Fig. 1. ■ Sekundärwicklung des Übertragers 57 weitergeleitet

In der Fig. 1 bezeichnet 50 einen Multivibrator, und dessen Größe so geregelt wird, daß die Sättigung dessen Frequenz beispielsweise 4OkHz beträgt Er des ferromagnetischen Sondenkerns mit hoher Persteuert einen bistabilen Multivibrator 51, welcher 20 meabilität weitgehend erreicht wird. Im Augenblick komplementäre Signale 5 und S liefert. Eine Briik- der Sättigung wird die Impedanz der Sonde sehr kenschaltung 52 bildet eine symmetrische Anpas- niedrig, und zwar praktisch gleich dem ohmschen sungsschaltung, welche vier Transistoren TlO bis Widerstand ihrer Wicklung. In der Primärwicklung T13 aufweist. Dabei sind die Transistoren Γ10 und des Übertragers 57 steigt der Strom daher an, bis er TIl von gleichem Typ, beispielsweise npn-Transi- 25 nach Aufladung des Kondensators 58 auf Null abstoren, während T12 und T13 Transistoren von fällt

komplementärem Typ sind, im Beispiel also pnp- Ist kein magnetisches Gleichfeld überlagert, so erTransistoren. Die Kollektoren der Transistoren TlO, hält man mithin an dem Ladewiderstand 53 Strom-TIl und T12, T13 stellen die Klemmen einer Briik- impulse wie die in Fig. 2 angegebenen Impulse/^ kendiagonale dar, die in Reihe mit einem Ladewider- 30 I₂. Diese sind aus Symmetriegründen für jede Halbstand 53 zwischen einer positiven Spannungsquelle welle S des Erregungssignals gleich,
und Masse angeschlossen ist. Die andere Brücken- Wenn ein äußeres magnetisches Gleichfeld existiert, diagonale zwischen den Emittern der Transistoren so addiert sich die in Richtung der Achse des Kerns TlO, T12 und TIl, T13 enthält die Primärwicklung der Sonde 60 verlaufende Komponente dieses Feldes eines Erregungsübertragers-SZ für die Sonde 60 sowie 35 zu dem Wechselfluß für die eine Reihe von Halbeinen Kondensator 58. Über zwei Spannungsteiler wellen des Erregungsstromes, während sie für die 54, 55 werden die Signale S, Έ jeweils der Basis der andere Reihe von Halbwellen diesem Wechselfluß Transistoren TlO, T12 bzw. TIl, Γ13 zugeführt. entgegengesetzt gerichtet ist Infolgedessen ist der Diese Basen sind über einen Kondensator 56 mitein- Betrag, bei dem die Sättigung des Kerns erreicht ander verbunden, welcher eine Zeitkonstante für das 40 wird, nicht mehr der gleiche; diese Unsymmetrie Auftreten der Spannung am Eingang der Brücken- drückt sich in einer Ungleichheit der Stromimpulse I₁ schaltung 52 bewirkt Eine Weichen- bzw. Trenn- und I₂ aus, wie aus Fig. 3 ersichtlich. Die Richtung schaltung 59 umfaßt zwei Transistoren T14, T15 und die Amplitude der Differenz zwischen diesen von gleicher Art, die über ihre Emitter an den Lade- Strömen ist wie bei der Anordnung nach dem Hauptwiderstand 53 angeschlossen sind. Der Basis dieser 45 patent von der Polarität und der Stärke des äußeren, Transistoren werden jeweils die Signale S bzw. S zu- überlagerten Magnetfeldes abhängig,
geführt, und ihre Kollektoren sind mit Anzeige- und Um diese Differenz nutzbar zu machen, müssen Spitzenwert-Integrations-Schalrungen 61, 62 verbun- die Stromimpulse I₁ und I₂ getrennt werden, die den. Die Ausgänge dieser letzteren sind an einen sämtlich dem Ladewiderstand 53 zugeführt werden. Gleichstrom-Differentialverstärker 63 angeschlossen. 50 Hierzu ist die Weichen- bzw. Trennschaltung 59 vor-An dessen Ausgangsklemmen 66 liegt einerseits ein gesehen, in welcher jeder der Transistoren Γ14 und Gegenkopplungskreis, der aus einem Widerstand 64, T15 durch die der jeweiligen Basis zugeführten Sider Sonden-Erregungswicklung 60 und der Sekun- gnale 5 bzw. 5 abwechselnd leitend bzw. gesperrt därwicklung des Übertragers 57 besteht, und anderer- wird.

seits ein Kondensator 65, über welchen der Erre- 55 Die in Fig. 2 und 3 eingezeichneten SignaleZ₆₁

gungsstromkreis für die Sonde geschlossen ist. und Z₆₂ stellen die Signale dar, welche am Eingang

Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist die folgende. der Integratorschaltungen 61 bzw. 62 auftreten. An Von dem Multivibrator 50 gehen Rechtecksignale ihrem Ausgang ist die Differenz-Gleichspannung aus, deren Frequenz durch den bistabilen Multivibra- U₁ — U₂ ein Maß für die entlang der Achse der tor 51 in der Weise halbiert wird, daß er zwei Signale 60 Sonde gerichtete Komponente des äußeren Feldes, in S, S von 20 kHz mit entgegengesetzter Phase liefert. dem die Polarität und die Amplitude dieser Diffe-Diese Signale werden den Basen der Transistoren der renzspannung von der Polarität und der Amplitude Brückenschaltung 52 zugeführt, welche die Rolle von der genannten Komponente abhängt.
Unterbrechern spielen. Ist beispielsweise 5 eine posi- Nach Verstärkung durch den Verstärker 63 kann tive Rechteck-Halbwelle, so wird Transistor TlO ge- 65 diese Differenzspannung unmittelbar an dessen Aussättigt und T12 gesperrt; gleichzeitig wird durch die gangsklemmen 66 gemessen werden. Gemäß einer negative Rechteck-Halbwelle 3 der Transistor T13 im Hauptpatent für die Messung an schwachen Felgesättigt und TIl gesperrt. Die Transistoren Γ10, dem vorgesehenen Anordnung kann man auch eine

Gegenkopplung verwenden. Die über einen Widerstand 64 zweckmäßig heruntergesetzte Ausgangsspannung des Verstärkers 63 liefert den Gegenkopplungsstrom an die einzige Sondenwicklung 60, der einen dem überlagerten äußeren Magnetfeld entgegengerichteten Magnetfluß erzeugt. Der Widerstandswert des Widerstandes 64 bestimmt die Empfindlichkeit des Magnetometers, und der Spannungsabfall an den Klemmen 66 stellt die Ausgangsspannung des Magnetometers dar.

Es ist anzumerken, daß man ohne die Weichenbzw. Trennschaltung 59 für die Ströme I₁, I₂ auskommen könnte, indem an Stelle des einen gemeinsamen Ladewiderstandes 53 in die Kollektorkreise der Transistoren T12 bzw. Γ13 zwei getrennte; gleichgroße Widerstände gelegt werden. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, daß diese Widerstände sehr , genau abgeglichen werden müssen, wobei der Abgleich unter Umständen während des Betriebes infolge der ungleichen Einwirkung verschiedener Einflußgrößen, insbesondere der Temperatur, nicht erhalten bleibt; dadurch wird eine Drift hervorgerufen, welche die Genauigkeit der Messung beeinträchtigt, ίο Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile der Erfindung einschließlich konstruktiver Einzelheiten und Verfahrensschritte können auch in beliebigen Kombinationen erfindungswesentlich sein.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 2 des Erregerübertragers (57) durchfließt, wobei ein Patentansprüche· · Kondensator (65) an die Klemmen dieser beiden ' Wicklungen angeschlossen ist.

1. Anordnung zur Messung von Magnetfeldern 5

mit einem sättigbaren ferromagnetischen Kern im . ._„„,_ —

Inneren einer einzigen Sondenwicklung, die einerseits mit einem Generator für den Erregungswechselstrom und andererseits mit einer Meß- Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordschaltung verbunden ist, in welcher die bei jeder io nungen zur Messung von Magnetfeldern mit einem Halbwelle des Erregerstromes in der Wicklung sättigbaren ferromagnetischen Kern im Inneren einer entstehenden Spitzenwerte der Sättigungsströme einzigen Sondenwicklung, die einerseits mit einem integriert werden und welche an ihrem Ausgang Generator für den Erregungswechselstrom und andeeine der Differenz zwischen den Sättigungsströ- rerseits mit einer Meßschaltung verbunden ist, in men proportionale Differenzspannung abgibt, 15 welcher die bei jeder Halbwelle des Erregungsstromes nach Patent 1234848, dadurch gekenn- in der Wicklung entstehenden Spitzenwerte der Sättizeichnet, daß zur symmetrischen Anpassung gungsströme integriert werden und welche an ihrem zwischen der Sekundärwicklung (60) und dem Ausgang eine der Differenz zwischen den Sättigungs-Generator für den Erregungswechselstrom.'eirie strömen proportionale Spannung abgibt, nach Patent Brückenschaltung (52) vorgesehen ist, die in 20 1234 848.

Reihe mit einem Ladewiderstand (53) an den Das im Hauptpatent beschriebene Magnetometer

Klemmen einer Diagonalen mittels -einer Gleich- umfaßt für die Erregung der Sonde einen Generator stromquelle gespeist ist, während die Primärwick- für sinusförmigen Wechselstrom und eine daran εη-lung des Erregungsübertragers (57) der Sonde an geschlossene Anpassungsschaltung mit niedrigem die andere Diagonale angeschlossen ist, und daß 25 Innenwiderstand, wobei die Ankopplungen mittels jeder Brückenzweig einen Unterbrecher enthält, auf die Generatorfrequenz abgestimmter Übertrager wobei die Unterbrecher der beiden nicht benach- ausgeführt sind. Bei gewissen Anwendungsfällen ist barten Zweige durch die Generatorsignale;^ Έ) ·_:ι es wünschenswert, die Benutzung solcher Übertrager synchron gesteuert sind. zu vermeiden.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- ¹^o Es ist ein Ziel der Erfindung, die symmetrische Ankennzeichnet, daß der Generator als Multivibrator passungsschaltung der erwähnten Anordnung durch (50). ausgebildet ist, der einem bistabilen Multi- eine neue Schaltung zu ersetzen, bei welcher Anvibrator (51) zugeordnet ist, welcher Signale (S, 'S) kopplungen mittels abgestimmter Übertrager nicht entgegengesetzter Phase'liefert. . ..·: .. ■ ■:;-]/! sly 1=1..-.vorhanden sind.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, da- 35 Erfindungsgemäß ist zur symmetrischen Anpassung durch gekennzeichnet, daß die Unterbrecher von zwischen der Sondenwicklung und dem Generator Transistoren (Γ10 bis Γ13) gebildet sind, wobei für den Erregungswechselstrom eine Brückenschaldie Transistoren der beiden nicht benachbarten ;,-!;tung vorgesehen, die in Reihe mit einem Ladewider-Zweige (Γ10, T12 bzw. TU, TtS) von komple- '" stand an den Klemmen einer Diagonale mittels einer mentärem Typ sind. 40 Gleichstromquelle gespeist ist, während die Primär-

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, da- wicklung des Erregungsübertragers der Sonde an die durch gekennzeichnet, daß die vom.bistabilen.:. andere Diagonale angeschlossen ist, wobei jeder Multivibrator (51) ausgehenden' Signale (5," O)'"' Brückenzweig einen Unterbrecher enthält und die entgegengesetzter Phase jeweils der Basis von Unterbrecher der beiden nicht benachbarten Zweige

.;· zwei komplementären Transistoren,(£1% .Γ,ΙΖ. .45. ,durch die Qeneratorsignale synchron gesteuert sind.

'" bzw.ril, T13) zweier benachbarter/Zweige zu-' ■"' Bei einer'bevorzugten Aüsführungsform der Erfin-

geführt sind. ■ '·' '¹^f-,-. 1 -. -...; düng ist der Wechselstromgenerator für die Sonden-

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 erregung als Multivibrator ausgebildet, der einem bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der einen bistabilen Multivibrator zugeordnet ist.
Brückendiagonalen in Reihe mit det.Prirnärwick-³ -sd¹- Dieser Aufbau der Anpassungsschaltung hat lung des Erregungsübertragers (57) der Sonde gegenüber der Verwendung abgestimmter Übertrager (60) ein Kondensator (58) angeordnet ist gewisse Vorteile. Die Frequenz des freien Multivibra-

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 tors kann um etwa ± 30 °/o schwanken, ohne daß der bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Lade- Betrieb bzw. die Kennwerte des Magnetometers dawiderstand(53) über zwei die Signale(S,JS) dps.55 durch beeinträchtigt würden. Tatsächlich werden die bistabilen Multivibrators (51) mit entgegengesetz- Form und die Amplitude der Stromimpulse nicht ter Phase gesteuerte Unterbrecher mit zwei An- verändert. Nur der Zeitabstand zwischen zwei Impulzeige- und Spitzenwert-Integrations-Schaltungen sen hängt von der Frequenz ab. Ein wesentlicher (61, 62) verbunden ist. Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht da-

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch ge- 60 her darin, daß sie gegenüber Frequenzveränderungen kennzeichnet, daß diese Unterbrecher aus zwei des Erregungsgenerators für die Sonde unempfindlich Transistoren (Γ14, Γ15) gleichen Typs bestehen. bleibt. Infolgedessen benötigt die Magnetometer-

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 schaltung keine Regelung in Abhängigkeit von der bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz- Erregungsfrequenz mehr.

spannung der Ausgänge (66) der beiden Integra- 65 Das Magnetfeld kann in Form einer Differential-•tions-Schaltungen (61, 62) über einen Gleich- Gleichspannung am Ausgang zweier Integratorschalkopplungs-Gleichstrom liefert, welcher die Son- tungen erfolgen, wie beim Hauptpatent vorgesehen, denwicklung (60) sowie die Sekundärwicklung. Gemäß einer dort bereits angegebenen Anordnung