DE1623577B1 - Magnetometer mit direkter Zeitverschluesselung - Google Patents

Magnetometer mit direkter Zeitverschluesselung

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Magnetometer zur Messung magnetischer Felder und Feldgradienten mittels Sonden mit magnetisierbarem Kern, dessen Magnetisierungsschleife durch ein Hilfswechselfeld bis zur Sättigung (nachfolgend kurz Sättigungsaussteuerung des Kerns genannt) ausgesteuert wird.
  • Derartige Magnetometer haben besondere Bedeutung bei der Messung von planetaren und interplanetarnen magnetischen Feldern, der Restfelder und Koerzitivkräfte ferromagnetischer Teile, von Werkstoffpermeabilitäten, der Abschirmwirkung von magnetischen Feldschirmen, der Feldverteilung von Spulenanordnungen sowie zum Auffinden von ferromagnetischen Körpern in nichtmagnetisierbaren Substanzen.
  • Bekanntlich kann die Größe eines magnetischen Feldes Hm dadurch ermittelt werden, daß die Magnetisierungsschleife eines magnetisierbaren Kerns durch ein Hilfswechselfeld Hfl - erzeugt durch einen Hilfswechselstrom Ifl - bis über die Sättigung hinaus ausgesteuert wird und die durch das Feld Hrn im Kern bewirkte Anderung der Induktion Bk ausgewertet wird. Bild 1 veranschaulicht diesen Vorgang für den Fall eines Gleichfeldes Hm als zu messendes Feld und eines sinusförmigen Hilfswechselfeldes HH. Kurve 1 stellt dabei die mittlere Magnetisierungsschleife eines hochpermeablen Kerns dar. Kurve2 ist das sinusförmige Hilfswechselfeld H11, Kurve3 die Addition des sinusförmigen Hilfswechselfeldes Hn mit dem Gleichfeld Hrn. Kurven 4 und 5 erhält man durch Spiegelung der Kurven 2 und 3 an Kurve 1. Sie stellen den zeitlichen Verlauf der Induktion Bk im Kem für Hm = O (Kurve 4) bzw. Hm 0 (Kurve 5) dar.
  • Durch Diffenrenziation von Kurve 4 und 5 erhält man Kurve 6 (H, = 0) und Kurve 7 (Hm + 0).
  • Üblicherweise wird eine Sonde (Bild 2) aus einem dünnen langen Streifen aus hochpermeablem Material aufgebaut, über dem sich in Form konzentrischer Zylinderspulen die Hilfs- und die Meßwicklung befinden. In der Meßwicklung wird eine dem Differentialquotienten der Induktion Bk proportionale Spannung Um erzeugt. Diese wird bei den bisher bekanntgewordenen Magnetometern auf unterschiedliche Weise verarbeitet, mit dem Ziel, eine dem zu messenden Feld Hm proportionale Ausgangsgröße zu erhalten. - Das sogenannte Grundwellenverfahren bleibt hier unberücksichtigt, da der magnetisierbare Kern nicht bis in die Sättigung ausgesteuert wird (s. W. A. G eyger: nonlinear Magnetic Control Devices, New York, Toronto, London, 1964; R. Kühne: Magnetfeldmessungen mit dem Eisenkernmagnetometer nach dem Oberwellenverfahren, ATM V 392 ; USA.-Patente 2390051 und 2 252 059).
  • Die bisher bekannten Magnetometer mit Sättigungsaussteuerung des Kerns ermitteln die zu messende Feldstärke Hm aus der Sondenspannung Um entweder durch Messung a) der Gesamtspannung, b) des Spitzenwertes oder c) der zweiten Harmonischen. Die Meßspannung Um kann dabei von konstruktiv sehr verschieden ausgebildeten Sondentypen wie Einzel- oder Mehrfachsonden, Brückensonden, Ringkernsonden oder Spaltsonden geliefert werden.
  • Zur Messung des Feldstärkegradienten werden mindestens zwei Einzelsonden bzw. Brücken- oder Ringkernsonden elektrisch so geschaltet, daß der Gleichanteil der von beiden Sonden gemessenen Feldstärke sich aufhebt und nur die Differenzfeldstärke zur Anzeige gelangt.
  • Zua): Ein Magnetometer, daß die Gesamtspannung einer Sonde verwendet, ist bisher nur von I. M. Kelly angegeben worden(s.I.M. Kelly: Magnetic FieldMeasurement with Peaking Strips, Rev. of Sci. Instr., 22 [1951], H. 4, S. 256).
  • Hierzu wird die von einer einzelnen Sonde gelieferte Meßspannung als Vertikalablenkung mit dem Hilfswechselstrom der Sonde als Horizontalablenkung auf einem Elektronenstrahloszillographen sichtbar gemacht und das entstehende Schirmbild zur Messung benutzt. Dieses verschiebt sich bei Einwirkung der unbekannten Feldstärke in horizontaler Richtung. Aus der Größe der Verschiebung kann man die Größe der Feldstärke ermitteln.
  • Zub): Bei diesen Magnetometern, die zuerst von Vacquier (USA.-Patent 2 406 870) angegeben wurden, ist in jedem Fall eine Doppelsonde, Ringkernsonde oder Brückensonde notwendig.
  • Eine derartige Doppelsonde besteht aus zwei parallel nebeneinanderliegenden Einzelsonden, deren Hilfs- und Meßwicklungen derart elektrisch geschaltet sind, daß die Kerne zu gleichen Zeiten entgegengesetzt magnetisiert sind und die von beiden Sonden gemeinsam gelieferte Meßspannung frei von ungeradzahligen Hermonischen wird. Die Meßspannung enthält dann eine Folge von Impulsen, deren Höhe ein Maß für die Feldstärke ist. Über eine Spitzenwertgleichrichtung können dann die Impulshöhen direkt zur Anzeige gebracht werden.
  • Es sind nun verschiedene Varianten in der Ausführung der Sonden möglich. Ausführungen mit Brückensonden geben Tolles, Vaquier und Wykoff an (s. W.E. Tolles: Applications of the saturable core magnetometer, Proc. of National Electron. Conf., III [1947], H 3, S. 504 bis 513; V. Vacquier, R. F. Simons, W. A. Hull: AMagneticAirborne Detector..., Rev. of Sci. Instr., 18 [1947], H. 7, S. 483 bis.
  • 487; R.D. Wykoff: The Gulf Airborne Magnetometer, Geophysics, 13 [1948], S. 182).
  • G. Muffly verwendet eine Doppelsonde, bei der die Meßwicklung beiden Einzelsonden gemeinsam ist (G. Muffly: The Airborne Magnetometer, Geophysics, 12 [1946], H. 11, S. 321 bis 334). 0. Schmidt gibt eine Variante des Verfahrens an, bei der eine Doppelsonde ausgangsseitig verstimmt wird (USA.-Patent 2560 132).
  • Zuc): Am bekanntesten und am weitesten verbreitet sind die Magnetometer, die die zweite Harmonische in der Meßspannung Um als Nachweis des zu messenden Feldes Hm benutzen.
  • Bei den Magnetometern mit Einzelsonde wird die Meßspannung auf eine Verstärkeranordnung gegeben, die eine auf die zweite Harmonische abgestimmte Filteranordnung enthält. Man erreicht dadurch, daß nur die zweite Harmonische genügend kräftig zur Anzeige gelangt. Durch eine nachgeschaltete gesteuerte Gleichrichtung, die über einen Frequenzverdoppler von der Hilfswechselspannung gespeist wird, erhält man eine Anzeige des unbekannten Feldes Hm nach Betrag und Richtung. Eine derartige Anordnung beschreiben Rose und Bloom (P. C.
  • Roste, I. N. Bloom: A saturated Core Recording magnetometer, Canad. J. Res. A 28 [1950], S. 153 bis 163).
  • Größere Anwendung hat die Doppel- oder Differenzsonde gefunden, bei der zwei räumlich parallel neben- oder hintereinanderliegende Einzelsonden so geschaltet sind, daß die beiden Einzelsonden zu gleichen Zeiten entgegengesetzt magnetisiert sind und die von beiden Sonden gemeinsam gelieferte Meßspannung frei von ungeradzahligen Harmonischen ist. Aus der gemeinsamen Meßspannung wird anschließend durch ein auf die doppelte Hilfsfrequenz abgestimmtes Filter die zweite Harmonische herausgesiebt. Die Amplitude der zweiten Harmonischen ist der zu messenden Feldstärke proportional.
  • Um neben dem Betrag der Feldstärke auch die Richtung zu erhalten, ist noch eine gesteuerte Gleichrichtung notwendig, deren Steuerspannung durch Frequenzverdopplung der Hilfswechselspannung erzeugt wird.
  • Bei diesen Magnetometern können die verschiedensten Sondentypen zum Einsatz gelangen. So beschreiben Meek und Hector eine Anordnung, die eine Doppelsonde mit gemeinsamer Meßwicklung verwendet (H.- J. Meer, F. S.
  • Reactor: A A recording magnetic variometer, Canad. Journ. of Physics, 33 [1955], S. 364 bis 368), desgleichen Serson (P. H. Serson: An electrical recordingmagnetometer, Canad. Journ. ofPhysics, 3 [1957], S. 1387 bis 1394). Förster verwendet hauptsächlich den oben beschriebenen Sondentyp (F. Förster: Ein Verfahren zur Messung..., Zeitschrift für Metallkunde, 46 [1955], H. 5, S. 358 bis 370). Meßanordnungen mit Ringkernsonden werden von Aschenbrenner und Goubau sowie von Lawrence angegeben (H. Aschenbrenner, G. Goubau: Eine Anordnung zur Registrierung..., Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, 47 [1936], H.6; L.G. Lawrence: Elektronik für die Geophysik, Elektronik, 1964, H. 112 S. 323).
  • Eine Meßanordnung mit Spaltsonde, die zum Abtasten der auf Magnetband gespeicherten Aufzeichnungen dient, ist von Willaschek beschrieben worden (K. Willaschek: Flußempfindlicher Wiedergabekopf in der Magnetspeichertechnik, Zeitschrift Messen, Steuern, Regeln, 8 [1965], H. 3).
  • Eine Meßanordnung nach dem Oberwellenverfahren mit Winkel sonden, bei denen das Hilfswechselfeld und das zu messende Feld senkrecht zueinander stehen, wodurch die ungeradzahligen Harmonischen wiederum unterdrückt werden, beschreibt Palmer (T.M. Palmer: A small sensitiv Magnetometer, Proc. of I. E. E., II [1953], S. 545 bis 550). Eine derartige Sondenanordnung ist auch patentiert (USA.-Patent 2 856 581).
  • Einen umfassenden Überblick über die verschiedenen Sondentypen nach dem Oberwellenverfahren gibt Greiner (J. Greiner: Feldmessungen nach dem Oberwellenverfahren, Nachrichtentechnik, 9 [1959], H. 4). Über Methoden zur Anordnung der Sonden bei der Messung des Feldgradienten wird von Mo r is und P eder sen ein Überblick gegeben (R. M.
  • Moris, B. Q. Pedersen : Design of a second Harmonic... Rev. of. Sci. Instr. 32 [1961] H. 4, S. 444 bis 448).
  • Den bisher von den verschiedensten Autoren angegebenen Verfahren zur Messung der magnetischen Feldstärke mit Hilfe eines Magnetometers mit Sättigungsaussteuerung des Kerns haftet gemeinsam als grundsätzlicher Nachteil an, daß eine digitale Anzeige der gemessenen Feldstärke direkt nicht möglich ist, sondern nur durch Zwischenschaltung eines Analog-Digitalwandlers. Dies bedingt aber nicht nur einen apparativen Mehraufwand, sondern auch eine verminderte Meßgenauigkeit.
  • Ein weiterer, allen bisher aufgeführten Magnetometern anhaftender Nachteil ist, daß wegen der für die Gewinnung des Meßwerts erforderlichen Mittelwertbildung die Grenzfrequenz der Meßanordnung stark herabgesetzt wird. Einer Abhilfe durch Heraufsetzen der Frequenz der Hilfswechselspannung sind durch das starke Anwachsen der Wirbelstromverluste Grenzen gesetzt. Die Grenzfrequenz wird besonders niedrig bei den unter b) aufgeführten Verfahren, da hier eine Spitzengleichrichtung verwendet wird. Bei den unter c) aufgeführten Verfahren liegt wegen der Verwendung von Filtern die Grenzfrequenz wesentlich niedriger als die der Frequenz der Hilfswechselspannung.
  • Insbesondere bereitet eine schnelle digitale Registrierung der Ausgangsgrößen wegen des hohen technischen Aufwandes für schnelle Analog-Digitalwandler erhebliche Schwierigkeiten.
  • Ein weiterer Nachteil der unter c) aufgeführten Magnetometer ist der unverhältnismäßig große technische Aufwand, da neben einem Trägerfrequenzverstärker und einer gesteuerten Gleichrichtung noch ein Frequenzverdoppler benötigt wird.
  • Das unter a) aufgeführte Magnetometer ist außerdem unempfindlich und, falls man nicht mit Feldkompensation arbeitet, sehr fehlerhaft.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch direkte Zeitverschlüsselung aus der Sondenspannung Urin die zu messende magnetische Feldstärke Hm bzw. den Feldgradienten als Digitalwert zu gewinnen. Dadurch ist auf einfachem Wege eine digitale Anzeige, Registrierung und Weiterverarbeitung sowie eine von Störungen und Nichtlinearitäten der Ubertragungsstrecke freie Fernübertragung des Meßwertes möglich, und der apparative Aufwand bei der Anzeige des Meßwertes läßt sich verringern.
  • Die Aufgabe wird bei einer Sonde mit magnetisierbarem Kern und zwei getrennten Wicklungen, bei der eine Wicklung mit Hilfe eines Wechselstroms 1N ein HilfswechselfeldH, erzeugt, das die Magnetisierungsschleife des Kerns bis in die Sättigung steuert und in der anderen Wicklung eine Meßspannung Um induziert, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die induzierte Meßspannung Um differenziert wird und die durch ein gegebenes, in Richtung der Sondenachse wirkendes magnetisches Feld Hm bewirkte zeitliche Verschiebung des Nulldurchganges der differenzierten Meßspannung durch direkte Zeitverschlüsselung als ein dem magnetischen Felde Hm entsprechender Digitalwert gewonnen wird.
  • Um den Zeitpunkt des Nulldurchganges der differenzierten Meßspannung eindeutiger zu markieren, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die differenzierte Meßspannung einem Spannungskomparator zugeführt, dessen Ausgangsspannung im Nulldurchgang der differenzierten Meßspannung sprunghaft ihre Amplitude ändert.
  • Damit der zeitliche Abstand zwischen zwei Spannungssprüngen entgegengesetzter Richtung bei einem derartigen Magnetometer der Feldstärke direkt proportional ist, werden in einer dritten weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwei Anordnungen, jeweils bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Spannungskomparator, wobei die Hilfswechselfelder der beiden Sonden entgegengesetzt gerichtet sind und die Sonden mit parallelliegenden Achsen möglichst dicht beieinander angeordnet sind, an den Ausgängen der Komparatoren elektrisch in geeigneter Weise gegeneinandergeschaltet.
  • Damit der zeitliche Abstand zwischen zwei Spannungssprüngen entgegengesetzter Richtung bei einem derartigen Magnetometer dem magnetischen Feldstärkegradienten direkt proportional ist, werden in einer vierten weiteren Ausbildung der Erfindung zwei Anordnungen, jeweils bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Spannungskomparator, wobei die Hilfswechselfelder der beiden Sonden gleichgerichtet sind und die Sonden bei parallelliegenden Achsen in einem bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, an den Ausgängen der Komparatoren in geeigneter Weise gegeneinandergeschaltet.
  • Um die Empfindlichkeit einer Einzelsonde unter Erhaltung der Stabilität des Nullpunkts zu steigern, wird in einer fünften weiteren Ausbildung der Erfindung der Querschnitt des magnetisierbaren Sondenkerns nach Sondenmitte hin laufend derart vermindert und jeweils die Hälfte der Hilfsfeldwicklungen an den Enden der Sonde derart konzentriert, daß die Magnetisierung des Sondenkerns homogen ist.
  • Damit neben der digitalen Anzeige und Registrierung der magnetischen Feldstärke auch eine Anzeige oder Registrierung mittels eines der arithmetischen Mittelwert einer Spannung messenden analogen Meß-oder Registriergerätes möglich ist, wird in einer sechsten weiteren Ausbildung der Erfindung die differenzierte Meßspannung einer Einzelsonde einem Spannungskomparator zugeführt, der im Nulldurchgang der differenzierten Spannung bei konstanter Ausgangsspannungsamplitude die Polarität der Ausgangsspannung sprunghaft ändert und diese Spannung mittels eines analogen Meß- oder Registriergeräts gemessen.
  • Im folgenden werden zwei Ausführimgsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.
  • Bild 3 zeigt den Aufbau eines Magnetometers mit Einzelsonde, dessen Sondenkern in der Mitte eingeschnürt ist. Die Anordnung besteht aus einem Sinusgenerator mit der Frequenz, im mittleren Tonfrequenzbereich, der über einen einstellbaren Widerstand Rv die Hilfswicklung der Sonde mit dem Strom IH speist. An der Meßwicklung der Sonde wird die darin induzierte Meßspannung Um abgenommen und einem bandbegrenzten Differenzierglied zugeführt, das aus einer RC-Kombination besteht. Die differenzierte Meßspannung UD ist das Eingangssignal eines als Spannungskomparator mit sehr kleiner Hysterese geschalteten Operationsverstärkers. - Ein Operationsverstärker ist ein Gleichspannungsverstärker mit sehr hoher Verstärkung und großer Bandbreite. - Mit Hilfe der vom Ausgang des Operationsverstärkers zum nichtinvertierenden Eingang geführten Widerstands-Kondensatorkombination R,,-R,2C, sind die Hysterese und die Flankensteilheit einstellbar. Der Ausgang des Operationsverstärkers kann zu einem digitalen Anzeige- oder Registriergerät geführt werden. Außerdem kann die Ausgangsspannung mit Hilfe eines den arithmetischen Mittelwert anzeigenden Spannungsmessers oder Registnergeräts analog messen oder registriert werden.
  • Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende.
  • Der vom Sinusgenerator gelieferte Wechselstromln wird in seiner Größe so eingestellt, daß der magnetisierbare Kern der Sonde sicher bis in die Sättigung ausgesteuert wird. Befindet sich die Sonde im feldfreien Raum, so liegt der Arbeitspunkt desHilfsfeldes in der Mitte der Magnetisierungskennlinie des Kerns, und die Extrema der in der Meßwicklung induzierten Meßspannung folgen im Abstand einer halben Periode T/2 aufeinander (s. dazu Bild 1b, Kurve 2).
  • Bringt man jetzt die Sonde in ein magnetisches Feld der Größe Horn, das die Richtung der Sondenachse besitzt, so verschiebt sich die Lage des Arbeitspunkts auf der Magnetisierungskennlinie, und die Extrema der Meßspannung verschieben sich in der Weise zeitlich gegeneinander, daß der Abstand zwischen dem positiven und dem darauf folgenden negativen Extremum um 2 A t auf (T/2 + 2A t) vergrößert wird, während der Abstand zwischen dem negativen und dem darauffolgenden positiven Extremum um 2 A t auf (T/2 -2 A t) verkleinert wird (s. Bild 3 b, Kurve 1 Hm = 0 und Kurve 2 Hm = 0). Bei entgegengesetzter Polarität des Feldes Hm ist der Vorgang genau umgekehrt. Durch das CR-Glied wird die Meßspannung Um bandbreit differenziert, wobei die Bandgrenze bei etwa dem Fünf- bis Zehnfachen der Generatorfrequenz f0 liegt. Durch die Differentiation werden aus den Extrema Nulldurchgänge, die in ihrer zeitlichen Lage unabhängig von der Amplitude der Meßspannung Um sind (s. Bild 3 c, Kurve 3 und 4).
  • Der nachfolgende Spannungskomparator wechselt innerhalb eines vernachlässigbar kleinen Bereichs der differenzierten Meßspannung UD die Polarität der Ausgangsspannung UA, wobei die Höhe der Amplitude konstant bleibt. Die Ausgangsspannung des Komparators ist somit eine Folge von zu Spannungsnull symmetrischen Rechteckimpulsen konstanter Folgefrequenz, deren Breite als Information die Größe des magnetischen Feldes, enthält (s. Bild 3 d). Die Ausgangsspannung kann nun auf bekannte Weise weiterverarbeitet werden, z. B. können im einfachsten Falle die Schwingungen eines Oszillators bekannter Frequenz zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannungssprüngen entgegengesetzter Polarität ausgezählt werden. Zählt man von dem so erhaltenen Ergebnis die der halben Periodendauer T/2 entsprechende Zahl ab, so ist der verbleibende Rest -ein direktes Maß für die Größe und Richtung des zu messenden Feldes Horn. Für eine analoge Anzeige des Meßergebnisses legt man z. B. einen Drehspulspannungsmesser an die Ausgangsklemmen des Komparators. Da der Zeigerausschlag eines derartigen Instruments dem Tastverhältnis T/2 + 2dt T/2 t 2dt direkt proportional ist, ist die Anzeige des Geräts ein Maß für die zu messende Feldstärke Horn.
  • Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt im Bild 4 eine Meßanordnung mit Doppelsonde. Die Anordnung besteht aus einem Sinusgenerator mit einer Frequenz fn für die Erzeugung des Hilfswechselfeldes und zwei Baugruppen, bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Spannungskomparator, wie sie schon beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.
  • Die Arbeitsweise dieser Anordnung entspricht der des ersten Ausführungsbeispieles bis auf die Speisung der Sonden zur Erzeugung des Hilfsfeldes und die Gegeneinanderschaltung der Komparatorausgänge.
  • Die Sondenspeisung erfolgt aus einem gemeinsamen Sinusgenerator (s. Bild 4 a). Vor jeder Sonde befindet sich ein einstellbarerVorwiderstandRv1 bzw. Rv2, mit dem der das Hilfswechselfeld erzeugende Strom so eingestellt wird, daß die elektrischen und magnetischen Charakteristika der beiden Sonden gleich sind. Zur Messung der magnetischen Feldstärke Hm sind die Hilfswechselfelder der beiden Sonden entgegengesetzt gerichtet und der Ausgang 11 des Spannungskomparators 1 ist mit dem Ausgang 21 des Spannungskomparators 2 verbunden. Bei Einwirkung der magnetischen Feldstärke Hm auf die Sonden zeigt die Ausgangsspannung des Komparators 1 den in Bild 4 b gezeigten Verlauf und die des Komparators 2 den in Bild 4c gezeigten Verlauf. Die über den Ausgängenl2 und 22 sich einstellende Ausgangsspannung UA ergibt sich aus der Differenz der Ausgangsspannung der Komparatoren 1 und 2. Wie Bild 4 d zeigt, ergibt sich eine Folge von Rechteckimpulsen mit zu Spannungsnull symmetrischer Lage.
  • Die Folgefrequenz ist allerdings doppelt so groß wie die Generatorfrequenz f0. Die Breite d t der Rechteckimpulse ist ein direktes Maß für die Stärke des magnetischen Feldes Horn, während ihre Polarität gegen Spannungsnull die Richtung des Feldes angibt.
  • Die Weiterverarbeitung kann in der beim Vorliegen von Zeitverschlüsselung üblichen Weise erfolgen.
  • Durch Anordnung der Einzelsonden in einer bestimmten Entfernung voneinander und Drehen einer Einzelsonde um den Winkel von 1800 kann mit der im zweiten Beispiel - beschriebenen Anordnung der Gradient der magnetischen Feldstärke gemessen werden.
  • Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Nulldurchgänge einer Wechselspannung als Maß für die magnetische Feldstärke Hm verwandt wird anstatt wie bei den bisherigen Ausführungen die Höhe der Amplitude einer Wechselspannung. Dadurch ist unter Umgehung eines Analog-Digitalwandlers eine sehr einfache Digitalisierung des Meßwertes möglich. Nach Zwischenschaltung eines einfachen Spannungskomparators lassen sich die Meßwerte der magnetischen Feldstärke ohne Informationsverlust selbst bei starken Störungen und Nichtlinearitäten der Übertragungsstrecke über sehr weite Entfernungen übertragen.
  • Im Gegensatz zu den bisherigen Meßanordnungen mit Amplitudenverschlüsselung lassen sie sich mit wenig Aufwand regenerieren und verstärken.
  • Da im Gegensatz zu den bisher bekannten Magnetometern keine Filter oder Speicherglieder im Zuge der Meßanordnung zur Gewinnung des Meßwertes benötigt werden, ist bei gleicher Frequenz des Hilfswechsel feldes die Meßgeschwindigkeit wesentlich höher.
  • Ein Vorteil gegenüber den Magnetometern nach dem Oberwellenverfahren ist der wesentlich kleinere apparative Aufwand, da Filter, Frequenzverdoppler und gesteuerte Gleichrichtung nicht benötigt werden.

Claims (6)

  1. Patentansprüche: 1. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung, bestehend aus einer Sonde mit magnetisierbarem Kern und zwei Wicklungen, von denen die eine zur Erzeugung eines Hilfswechselfeldes dient, das die Magnetisierungsschleife des Kerns bis in die Sättigung steuert und die andere über die Induktion des Kerns die Meßspannung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Meßspannung differenziert wird und die durch ein gegebenes, in Richtung der Sondenachse wirkendes magnetisches Feld (H,) bewirkte zeitliche Verschiebung des Nulldurchgangs der differenzierten Meßspannung durch direkte Zeitverschlüsselung als ein dem magnetischen Felde (H=) entsprechender Digitalwert gewonnen wird.
  2. 2. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die differenzierte Meßspannung einem Spannungskomparator zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung im Nulldurchgang der differenzierten Meßspannung sprunghaft ihre Amplitude ändert.
  3. 3. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anordnungen, bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Komparator, wobei die Hilfswechselfelder der beiden Sonden, die bei parallelen Achsen möglichst dicht beieinander angeordnet sind, entgegengesetzt gerichtet sind, an den Ausgängen derart elektrisch miteinander verbunden sind, daß der zeitliche Abstand zweier Spannungssprünge entgegengesetzter Richtung ein Maß für die magnetische Feldstärke Hm ist.
  4. 4. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anordnungen, bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Komparator, wobei die Hilfswechselfelder der beiden Sonden, die bei parallelen Achsen in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnet sind, gleichgerichtet sind, an den Ausgängen derart elektrisch miteinander verbunden sind, daß der zeitliche Abstand zweier Spannungssprünge entgegengesetzter Richtung ein Maß für den Gradienten des magnetischen Feldes Hrn ist.
  5. 5. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des magnetisierbaren Kerns der Sonde zur Sondenmitte hin derart abnimmt und die aus zwei Teilentwicklungen bestehende Hilfswechselfeldwicklung an den Enden der Sonde derart angeordnet ist, daß die Magnetisierung des Kerns durch das Hilfswechselfeld homogen ist.
  6. 6. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die differenzierte Meßspannung einer Sonde einem Spannungskomparator zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung im Nulldurchgang der differenzierten Meßspannung die Polarität bei konstanter Amplitude sprunghaft ändert.
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