DE1911286C3 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Magnetometer mit dünnen Magnetschichten, bestehend aus zwei parallel angeordneten Wandlern aus ferromagnetischem Werkstoff, die mit einer Vormagnetisierung und mit an eine Wechselspannungsquelle in Reihe angeschlos- «"inen Wicklungen versehen sind, an denen die von der Größe der zu messenden magnetischen Feldstärke abhängige Meßspannung abgenommen wird, aus der nach Gleichrichtung eine Ausgangsspannung erzeugt wird.

Es sind Magnetometer bekannt (Air-borne Magnetometer, Electrical Engineering, Juli 1947, S. 680 bis 685), deren Wirkungsweise auf der Sättigungskennlinie beruht, wobei um einen Kern aus hoch permeablem Magnetmaterial sine Primärspule angeordnet ist, in der ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld erzeugt wird. In einer Sekundärspule werden Ober-Wellen induziert, deren Spannung vor der durch das zu messende Magnetfeld erfolgender Vormagnetisierung des Kerns abhängig ist. Der Nachteil dieser Magnetometer liegt vor allem darin, dal die Meßgenauigkeit unmittelbar abhängig von dei Frequenz der erregenden Wechselspannung ist.

Auch bei einem anderen bekannten Magnetomete (USA.-Patentschrift 3 239 754) ist die Induktivitä der die Meßspannung erzeugenden Wicklung eini Funktion des angelegten Magnetfeldes, so daß dii magnetische Feldstärke durch die Frequenzänderuni eines Oszillators gemessen wird und die Messung ab hängig von der angelegten Frequenz ist.

Ferner sind Magnetometer mit dünnen Schichte:

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bekannt (USA.-Patentschrift 3 146 072). Es ist auch führungsbeispiels der Erfindung, wobei ein Oszillator, bekannt (französische Patentschrift 975 651), für ein zwei magnetische Dünnschicht-Wandler und die Aus-Magnetometer zwei parallel geordnete Wandler aus gangsschaltungen dargestellt sind,
fe.-omagnetischem Werkstoff vorzusehen, auf denen F i g. 2 ein teil weise in Blockform dargestelltes

Gleichstromwicklungen zur Vormagnetisierung angc- 5 Schaltbild für ein Magnetometer mit einer magnetiordnet sind nnd bei denen die Meßspannung an zwei sehen Rückkopplung.

wechselstromerregten Wicklungen abgenommen und Dünne Magnetschichten werden gewöhnlich durch

nach Gleichrichtung zur Anzeige gebracht wird. Da- Aufbringen einer Nickel-Eisen-Legierung auf einen bei wird die Phasenverschiebung der zwei Wechsel- glatten Teäger, beispielsweise Glas, mit einer Dicke Spannungen in den beiden Wicklungen zur Messung io zwischen einigen hundert und mehreren tausend Angnerangezogen, so daß auch hier die Messung von der ström hergestellt. Es sind verschiedene Verfahren Frequenz der zu erregenden Wechselspannung ab- zum Herstellen dünner Schichten bekannt, beispielshängig ist. weise das Aufdampfen im Vakuum oder das Elektro-

Andererseits ist auch eine Messung nach der Null- plattieren. Bei den Aufdampf verfahren kann das AufMethode (britische Patentschrift 734 991) bekannt, 15 bringen des magnetischen Materials auf einem Glaswobei für die ferromagnetischen Stäbe eine dritte träger direkt vorgenommen werden, während beim gemeinsame Wicklung vorgesehen ist, die als Korn- Elektroplattieren auf einem Glasträger erst ein leitenpensationswicklung dient. der Überzug auf dem Glas angebracht werden muß,

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein bevor die Schicht aufgebracht wird. Die erläuterte Magnetometer mit dünnen Magnetschichten der ein- ao Schaltung ist mit nach beiden Verfahren hergestellten gangs geschilderten Art so auszubilden, daß die Meß- Schichten ausführbar, obwohl bei elektroplattierten spannung allein abhängig von der Amplitude der Schichten die Möglichkeit von hochfrequenten Wirzugeführten Spannung ist und damit die Ungenauig- belstromeffekten in der benötigten leitenden Unterkeiten, die durch Änderung der Oszillatorfrequenz schicht mitberücksichtigt werden muß.
oder Aussiebung von Oberwellen durch Filterkreise 25 Im allgemeinen werden vorhersagbare und stabile bedingt sind, vermieden werden. magnetische Eigenschaften der Schicht dadurch er-

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch ge- zielt, daß eine Legierungs-Zusammensetzung gewählt löst, daß die Wandler mit ihrer magnetischen Vor- wird, die einen maximalen Magnetostriktions-Koeffizugsachse in Richtung des Vormagnetisierungsfeldes zienten ergibt. Für eine Nickel-Eisen-Schicht liegt die angeordnet sind und das Vormagnetisierungsfeld des 30 optimale Zusammensetzung bei ungefähr 83 ⁰Zo Nikeinen Wandlers entgegen dem Vormagnetisierung!»- kel und 17% Eisen. Wenn die tatsächliche Zusamfeld des anderen Wandlers gepolt ist und daß die mensetzung der Schicht von diesem Verhältnis um Achse der Wicklungen quer zu der magnetischen mehr als einige Prozent abweicht, werden die magne-Vorzugsachse der Wandler liegt, so daß die induk- tischen Eigenschaften der Schicht ungebührlich emptiven Widerstände der Wicklungen durch das zu 35 findlich gegen Zugbelastungen durch thermische Ausmessende Magnetfeld gegensinnig veränderbar sind dehnung des Trägers oder äußere Kräfte hervorgeru- und die Ausgangsspannung abhängig von der Diffe- fene Zugspannungen.

renz der an den Wicklungen erzeugten Meßspannun- Schichten bis zu einer Dicke von mindestens

gen ist. 3000 Angström können als einzige Domäne vorliegen,

Die Meßgenauigkeit des erfindungsgemäßen Ma- 40 derea Magnetisierung durch Einwirkung äußerer FeI-gnetometers ist dadurch beträchtlich erhöht, daß der aus ihrer Vorzugsachse herausgedreht werden lediglich die Größe rler dein Oszillator zur Erregung kann. Die »Vorzugsachsen«-Anisotrope wird in den der Wicklungen der beiden Wandler zugeführte Schichten durch die Anwesenheit eines großen gleich-Gleichspannung in die Messung eingeht. Durch die förmigen Feldes während des Aufdampfens erreicht; getroffene Schaltung verändern sich beim Anlegen 45 dies veranlaßt die magnetischen Domänen der Legiedes zu messenden Magnetfeldes die Induktivitäten rung, sich in einer bevorzugten Richtung auszuder beiden Wicklungen gegensinnig, so daß sich auch richten.

die an den Wicklungen erzeugten Ivießspannungen Die magnetische Kennlinie einer dünnen Schicht in

proportional ändern. Die Ausgangsspannung wird der Vorzugsrichtung ist im wesentlichen eine rechtdurch die Differenz der beiden Meßspannungen ge- 50 eckige Hystere«eschleife. In einer quer zur Vorzugsbildet und ist allein von der Größe der Eingangsspan- achse liegenden Richtung, die oft als schwere Richnung zum Oszillator, also von der an den Oszillator tung oder Achse bezeichnet wird, ist die magnetische angelegten Gleichspannung abhängig. Irgendwelche Kennlinie eine im wesentlichen lineare Schleife. Wenn Frequenzänderungen der erregenden Wechselspan- die gerade gemessene Schichtprobe kontinuierlich nungen sind damit kompensiert. Als weiterer Vorteil 55 von der Vorzugsachse in die schwere Richtung geergibt sich, daß ein nichtlineares Verhalten der dreht wird, geht die magnetische Kennlinie ohne Wandlerinduktivität in Abhängigkeit von dem zu Unterbrechung von der Rechteckschldfe in die messenden Magnetfeld keinen nachteiligen Einfluß lineare Schleife über. Auf Grund der Kennlinien erauf die Meßgenauigkeit hat. Auf diese Weise weist geben sich zwei magnetische Parameter, H_c und ein erfindungsgemäßes Magnetometer eine lange war- 60 H_K ■ H_c ist die aus der rechteckigen Hystereseschleife tungsfreie Betriebszeit auf, da in bestimmten Zeit- in der Vorzugsachse bestimmte Koerzitivkraft. H_K ist abständen erforderliche Justierungen oder zusätzliche die Anisotropie- oder magnetische Sättigungsfeld-Kompensationen in Fortfall geraten. stärke in der schweren Richtung. Zum Unterschied

Weitere Merkmale der Erfindung gehen aus den von der Drehung können magnetische dünne Schich-Unteransprüchen hervor. 65 ten bei Anwesenheit eines in der Vorzugsachse ange-

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun legten Feldes, das größer als die Koerzitivkraft /J_c an Hand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt der Schicht ist, auch eine Magnetisierungsumkehr

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Aus- durch DnmSnenivanHiwuAniiri«» ·»»!»»« d~: *<

5 ^ 6

heit eines äußeren Magnetfeldes können in diesen spannungen einander entgegenwirken, ist die Aus-Schichten einzelne Domänen nur dann bestehen, wenn gangsspannung V₀ des Magnetometers gegeben durch die Abmessungen des Schichtfleckes genügend groß

sind, um die Enlmagnetisierungsfelder an den Kanten y —j((y _ y ) — χy (Ll ~ L2\

unter dem Wandbewegungs-Schwellenwert zu halten, S ο ν ti L₂) ^T \L1 + Ll)' der bei typischen Beispielen 1 bis 2 Oersted beträgt.

Wenn ein Feld, das gleich oder größer als H_K ist, wobei K ein Faktor für die Umformung der HF-

in der senkrecht zu der Vorzugsachse liegenden Ebene Spannung in Gleichspannung ist.

der Schicht angelegt wird, ist es bei Fehlen eines Wenn Ll = L 2 = LO ist, folgt V₀ - 0, und

Feldes in der Vorzugsachse gleich wahrscheinlich, io wenn dann Ll um AL anwächst und L2 um AL

daß die Magnetisierung der Schicht in einem be- fällt, ist
stimmten Abschnitt der Schicht im positiven oder im

negativen Sinn in die Vorzugsachse zurückkehr! y _ ₂jrv [ ^ \ — KV I^

Demzufolge wird die Magnetisierung in mehrere Do- ° ^T\L\ -{■ Ll)~ \L0 mänen aufgespsUcn, und der ursprüngliche Zustand, 15

in dem nur eine Domäne vorhanden ist, besteht nicht Für kleine angelegte Magnetfelder AH findet man,

mehr, bis in der Vorzugsachse ein Feld angelegt wird, daß ALfL₀ ^ -K₁H ist, wobei /C, ein Empfindlich-

das den Wert H_t übersteigt. keitsfaktor ist, der durch die Vormagnetisierung, die

Im Zusammenharg mit Fi g. I soll nun ein Wand- Schichtdicke, das Anisotropiefeld H_K der Schicht und

ler f 1 des Wandlerpaares betraditet werden. Wenn ao die Geometrie des Wandlers bestimmt ist. Daher gilt

eine Wicklung 12 so um eine dünne Magnetschicht y _ _ _K„ y „

angeordnet ist, daß die Spulenachse mit der schweren ° 1 τ ·

Richtung der Magnetisierung zusammenfällt, findet Dies bedeutet, daß das Magnetometer ein Gloich-

man, daß die Induktivität von dem statischen magne- spannungs-Ausgangssignal hat, das Null ist, wenn

tischen Zustand der Umgebung, dargesteVt durch das »5 das angelegte Feld gleich Null ist, und dessen Ampli-

FeId H_A, abhängt, das an die dünne Schicht parallel tude sich direkt und mit dem gleichen Vorzeichen

zu der Vorzugsachse angelegt wird. Die Vorzugsdchse wie das angelegte Feld ändert,

oder die bevorzugte Richtung der Schicht und die In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel .vird die

Richtung der angelegten Felder sind durch den Dop- konstante Erregerspannung für die magnetischen

pejpfeil 15 angedeutet. Wenn ein HF-Erregerstrom, 30 Dünnschicht-Wandler durch einen Colpitts-Qszillator

der durch die Wicklung 12 fließt, -if einem bestimm- geliefert. Der Resonanzkreis des Oszillators besteht

ten Wert gehalten wird, bei dem die Sprung des Win- aus der Kombination der Gesamtinduktivität der

kels des Magneti«;ierungsvek'...fs ir. der Schicht auf Wandler und den Kapazitäten 13 und 14. Zwei

einige Grad beschränkt ist, und wenn die zu unter- HF-Drosseln 24 und 25 sind vorgesehen, um den

suchenden äußeren Felder H_A auf Werte beschränkt 35 Oszillator von der Gleichspannungs-Leistungsquellc

sind, die kleiner als das Anisotropiefeld H_K oder die zu trennen, so daß der gemeinsame Mittelpunkt der

Koerzitivkraft H_c sind, ist die Veränderung der In- beiden Wandler geerdet werden kann. Der Tran-

duktivität vorhersagbar und umkehrbar. In den Figu- sistor 20, der ein NPN-Transistor ist, arbeitet a;>

ren sind zwei Dünnschicht-Wandler Ll und L 2 ge- »C«-Oszillatorstufe. Solche Oszillatoren sind dadurch

zeigt, die physikalisch so angeordnet sind, daß sie 40 gekennzeichnet, daß sie eine HF-Resonanzschwin

eine gemeinsame empfindliche Vorzugsachse 15 gung mit einer Spitzenspannung abgeben, die kon

haben. Die dünnen Schichten !0 und 10' sind in ent- stant und in etwa gleich der Speise-Gleichspan -

gegengesetzter Orientierung der remanenten Fluß- nung V_s ist.

dichte vormagneti^cri. Diese Vormagnetisierung er- Die Ausgangsspanung V₇, die an dem Oszillatoi folgt durch zwei Stabmagnetpaare JO, 30'. Es können 45 schwingkreis erscheint, wird den zwei Dünnschicht jedoch auch andere Mirtel zur Vormagnetisierung mit wandlern Ll und L 2 zugeführt. Der Wandler L I befriedigendem Ergebnis verwendet werden, und die weist eine dünne Magnetschicht 10 und eine um diese Erfindung ist nicht auf die gezeigte Anordnung die- gelegte Wicklung 12 auf. Zwei permanente Stabser Magnete beschränkt. Bei der gezeigten Anordnung magnete 30 sind in der Nähe der dünnen Magnetderbeiden Dünnschichtwandler und der Stabmagnete 50 schicht 10 angeordnet, um diese in eine durch den bewirkt ein äußeres Magnetfeld H_A, das entlang der Pfeil 16 angezeigte Richtung magnetisch vorzuspangemeinsamen leichten Achse der Schichten angelegt nen. Der untere Wandler, der die dünne Schicht 10' wird, daß die Induktivität des einen Wandlers wächst und die Wicklung 12' aufweist, ist dem oberen Wand- und die des anderen Wandlers kleiner wird. Da die ler ähnlich. Die Stabmagnete 30', die zu dem Wandbeiden Wandler elektrisch in Reihe geschaltet sind 55 ler L 2 gehören, haben im Vergleich zu den Magne- und an einer konstanten HF-Spannung V_T liegen, ten 30 des Wandlers L1 entgegengesetzte Polaritäten, sind die Spannungen V_L , und V_{L 2} an den Induktivi- so daß im Ergebnis die Wandler in entgegengesetzten täten der Wandler Ll und L 2 gegeben durch Richtungen magnetisch vorgespannt sind. Die Richtung der magnetischen Vorspannung, die an die

V₁ = I \ v_T *» dünne Schicht 12' angelegt ist, ist durch den Pfeil 16'

\L1 + L2/ angedeutet.

Da die Spannungen V_{L t} und V_{L v} die an den ent-

y _ / -L2 \ y sprechenden magnetischen Dünnsohichtwandlern auf-

^Ll \l1 + L2/ ^T treten, HF-Signale sind, ist eine Gleichrichtereinrich-

65 tung notwendig, um sie in die gewünschte Ausgangs-Gleichspannung umzusetzen. Die Gleichrichtung wird

Wenn die HF-Spannungen V_Ll und V_Lt gleich- durch zwei in Reihe geschaltete Kaskadengleichgerichtet werden und die sich ergebenden Gleich- richter mit Spannungsverdopplung erreicht. Andere

Glcichrichtcrschaltungen können jedoch auch mit Magnetschichten jeweils mit einer Dicke von befriedigendem Ergebnis verwendet werden, und die 2500 Angstrom in jedem der beiden Wandler verErfindung ist nicht auf eine bestimmte Gleichrichter- wendet, um der Forderung nach einer größeren Einn schaltung beschränkt. Eine erste Gleichiichtcrstul'e findlichkeit hei speziellen Anwendungen gerecht zu mit Spannungsverdopplung, die so angeschlossen ist. 5 werden. Bei der vorliegenden Einrichtung entsteht daß sie die Spannung V₁ , des Wandlers L I auf- durch die Verwendung mehrerer Schichten kein mit nimmt, weist die Kapazität 17 und 18. die Dioden 21 abgestimmten Schwingkreisen verbundenes Slsbili- und 22 und den Widerstand 23 auf. Die Ausgangs- lätsproblem. da sich Temperaturdrift- und Altcrunus-Gleichspannung K₁, die an dem Widerstand 23 er- effekte der beiden Wandler gegenseitig aufheben " scheint, ist etwa zweimal so groß wie V₁ ,. Die Kapa- 10 Eine weitere Eigenschaft der Erfindung ist es, daß zita't 19 dient als Wcchsclspannungs-Bezugspunkt, die Nichtlincarität der Beziehung zwischen der Wandindem sie HF-Signale direkt an Erde aWcitet. Auf lerninduktivilät und dem Feld im wesentlichen durch ähnliche Weise nimmt der zweite Spannuiigsverdopp- die Wirkunc der beiden Wandler aufgehoben wird ler das Spannungssigna! V₁., des Wandlers Ll auf so daß sich^erne genauere und stabilere Einrichtung und besteht aus den Kapazitäten 17'. 18', den Dioden 15 ergibt. Die differentiellc Empfindlichkeit des Wand-21', 22' und dem Widerstand 23', Die Gleichspan- lers (dL/aH) wird beim Anlegen eines Feldes, das nung andern Widerstand 23' ist etwa gleich 2 V, ... die Vormagnetisierung unterstützt, kleiner, und die Die Polaritäten der in den Glcichrichterslufen ver- Empfindlichkeit wächst mit einem Feld, das der \ 01-wendeten Dioden sind ;.o angeordnet, daß sich der magnetisicrunu cntgegcngerichtct ist gewünschte Subtraktion?cffekt ergibt. Das Ausgangs- 20 Wenn der Betrag der Änderung der Empfindlichsignal des Magnetometers K₍₁. das an den Anschlüs- keil von der Richtung des angelegten Feldes wäre sen 35, 35'erscheint, wird einer Ausgabeeinrichtung _würde die Vergrößerung der Empfindlichkeit an zugeführt, die ein Galvanometer sein kann. K₀ ist einem Wandlet der Doppclanordnung genau die etwa gleich der Differenz der an den Widerständen 23 Verkleinerung der Kmpfindlichkeit an dem anderen und 23' anliegenden Spannungen. Daher gilt „ Wandler aufheben und die Ausgangscmpfindlichknt

würde konstant bleiben. Ein magnetisches Feld. ;l.is

V₀-^V₁-- K_{2 an} (J_{0n crs}(_Cn Wandler in der der magnetised n

und Vorspannung entgegengesetzten Richtung angelegt

j Ll — Ll 1 wra, erhöht die Empfindlichkeit des ersten Wandlers

K₀ :<i 2 K_s. I I , 30 um einen größeren Betrag als dasselbe Feld, das

an den zweiten Wandler in tier die magnetist lic

wobei V_s das Potential der zugeführten Gleichspan- Vorspannung untersiutzenden Richtung "angelegt

nungslcistung ist. " ^wirc1· ^dic Empfindlichkeit des zweiten Wandlers hcr-

Der Umsetzur.gsfaktor zwischen der HF-Spitzen- absetzt. Die Ausgangsempfindlichkeil der Einrichtung

spannung auf die Gleichspannung wäre 2: ! bei 35 neigt dazu, unabhängig von der Feldrichtung lui.ii'

idealen Dioden, in tier Praxis gehen jedoch etwa anzusteigen, während das angelegte Feld H_h größer

0,7 Volt an dem Diodenschwellcnwert in jedem ^wird Dieser Effekt wird bei den meisten Anwen-

Glcichrichtcrabschnitt verloren. Bei einem Ausfiih- düngen als unschädlich erachtet, rungsbeispiel, bei dem für l\ eine Spannung von ^Fin ähnlicher Effekt irilt bei der erfindiinir--

4 Volt verwendet wird, werden etwa 3.3 Volt an 4<> gemäßen Einrichtung auf bezüglich des Ansprech-

jedem Abschnitt aufgebaut. Verhaltens des Wandlers auf magnetische Felder oder

Die Ausgangsspannung K₀ des Magnetometers ^dercn Komponenten, die nn die Wandler in der

ändert sich direkt in ihrer Amplitude und in ihrem schweren Richtung der dünnen Magnetschichiui

Vorzeichen mit dem angelegten FeIdZZ₄. Die ver- angelegt werden. Dieser Effekt ist noch minimaler Jv

schiedenen Auswiii ungen des angelegten Tc:ü?s kön- 45 der oben beschriebene, und die erfindungsgemäße

nen wie fo^t zusammengefaßt "werden, wobei der Einrichtung weist im wesentlichen eine einachsige

Pfeil die Richtung des Feldes anzeigt: Empfindlichkeit auf.

Ein wichtiger Gesichtspunkt im Spannungsbetrieb

H = 0 V ■-- V K = 0 ^der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt in der voll-

^A ' ' ' . J'"" T/"<o 50 ständigen Driftfreiheit auf Grund von Oszillator-

"a—>- , l-; ο-> 1. i> η ^- frequenzveränderungen. Obwohl es wünschenswert

".(<- ; '' /.! > ^/.₂; '⁷ii> ('■ ist, HF-Signale in der Größenordnung von H) bis

20 MHz zu verwenden, um an den Wandlern die

Die Ausgangsspannung K₀ ist innerhalb der Schal- Betriebsspannungen mit vernünftigen Stromwerten tunu nicht auf einen bestimmten Wert bezogen. Die 55 zu erzeugen, ist die tatsächliche Frequenz des Signals gestrichelte Schaltdrahlverbindung von dem Anschluß unerheblich. Aus den oben angegebenen Gleichungen 35' zeigt eine mögliche Referenzerdung an. Durch für die Beziehung zwischen der Ausgangsspannurm dieses Merkmal wird eine größere Vielseitigkeit in des Magnetometers und den angelegten Feldern acht den Fällen erreicht, in denen die Ausgangsspannung hervor, daß in den Gleichungen keine Ausdrücke des Magnetometers durch zusätzliche Stromkreise, 60 vorkommen, in denen die Frequenz enthalten ist. Die beispielsweise durch Verstärker, weiten/erarbeitet einzige Frequenzänderung, die sich bei Einwirkune werden muß, bevor sie der Ausgabeeinrichtung zu- eines Feldes ergibt, beruht auf einem geringfügigen geführt wird. Anwachsen der Gesamtinduktivität; dies ist "eine Die Empfindlichkeit des grundlegenden Magneto- Folge der größeren Einzelinduktivitätsänderung durch meters kann durch die Verwendung einer Vielzahl 65 ein der magnetischen Vorspannung der Wandler entdünner Magnetschichten und Schichtträgern in einem gegenwirkendes Feld. Diese Frequenzänderung ist Wandler oder durch die Verwendung dickerer Schieb- jedoch klein und unerheblich, ten erhöht werden. Beispielsweise wurden bis zu sechs In einem Ausführungsbeispiel wurden die Kon-

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ίο

iles Schaltkreises so gewählt, daß sich eine Os7illatorfrec|uenz von 14MHz ergab. Die Werte der Wandlerinduktivität bestimmen eine optimale Bc-(riebsfrequen/. Der gesamte Gleichstromverbrauch der gezeigten Schaltung beträgt etwa 235 Mikroampere von einer Leistungsquelle mit 4 Volt.

Unregelmäßige Stromünderungen, die bekanntlich in den Ausgängen aller Oszillatoren vorkommen, sind im Ausgang des erfindungsgemäßen Magnetometers offenbar eliminiert, und zwar infolge der Ausglcichwirkung der Wandler, die denselben HF-Strom führen. Auch bei sehr kleinen Werten des angelegten Magnetfeldes ist das Ausgangssignal weitgehend frei von Oszillatorrauschen.

Durch die Verwendung einer magnetischen Rückkopplungsschleife in dem erfindungsgemäi3en Magnetometer ergibt sich eine nahezu vollkommene Linearität. Fig. 2 zeigt, wie eine Wicklung 40 zur Erzeugung eines Korrekturfeldes bei der Anordnung von Fig. I eingesetzt werden kann. In diesem Fall wird die Ausgangsspannung V₀ der Magnetometersonde, die an den Anschlüssen 35, 35' erscheint, einem Verstärker zugeführt, der dann an Stelle der Ausgabeeinrichtung tritt. Der Verstärker sollte derart ausgeführt sein, daß er sich für Rückkopplungssy.steme eignet, und sollte im offenen Zustand eine große Verstärkung aufweisen. Solche Verstärker sind bekannt. Die Wicklung 40 ist um die vormagnetisierten Wandler L 1 und Ll auf solche Weise gelegt, daß der Stromlluß durch die Wicklung ein Rückkopplungsfeld H₁: entlang der gemeinsamen Vorzugsachse 15 der Wandlerdünnschichten erzeugt. Der Verstärker ist so ausgelegt, daß er einen Nullstrom durch

ίο die Wicklung 40 erzeugt, wenn V_n gleich Null ist, und daß er einen Stromfluß durch die Wicklung 40 von solch einer Größe und Polarität bewirkt, daß ein Felt/ H/.- erzeugt wird, das genau gleich und entgegengesetzt zu dem zu messenden Magnetfeld H_A ist. Durch diese Rückkopplung wird an den Wandlern ein Zustand aufrechterhalten, in dem das zu messende Magnetfeld scheinbar gleich Null ist. Die Stromamplitude in der Wicklung 40 ist dann im wesentlichen dem Magnetfeld //., direkt proportional.

Der Spannungsabfall an dem Widerstand 41, der bei einem Stromfluß durch die Wicklung 40 erfolgt, ist im wesentlichen linear. Die Ausgangsspannung V_n' des Magnetometers kann dann an den Anschlüssen 45, 45' abgenommen werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Magnetometer mit dünnen Magnetschichten, bestehend aus zwei parallel angeordneten Wandlern aus ferromagnetischem Werkstoff, die mit einer Vormagnetisierung und mit an eine Wechselspannungsquelle in Reihe angeschlossenen Wicklungen versehen sind, an denen die von der Größe der zu messenden magnetischen Feldstärke abhängige Meßspannung abgenommen wird, aus der nach Gleichrichtung eine Ausgangsspannung erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (10, 10') mit ihrer magnetischen Vorzugsachse in Richtung des Vormagnetisi'*- rungsfeldes angeordnet sind und das Vormagnetisierungsfeld des einen Wandlers entgegen? dem Vorriiagnetisierungsfeld des anderen Wandlers gepolt ist und daß die Achse der Wicklungen (12, 12') quer zu der magnetischen Vorzugsachse der ao Wandler liegt, so daß die induktiven Widerstände der Wicklungen durch das zu messende Magnclfeld gegensinnig veränderbar sind und die Ausgangspannung abhängig von der Differenz der an den Wicklungen erzeugten Meßspannungen ist.

2. Magnetometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler dünne Magnetschichten aus einer Ni-Fe-Legierung von einer Dicke von weniger als 5000 A sind.

3. Magnetometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Legierung aus etwa 83°/o Ni und 17°/o Fe besteht und die Dicke etwa 2500 A beträgt.

4. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandler (10, 10') durch Permanentmagnete (30, 30') vormagnetisiert sind.

5. Magnetometer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Amplitude der den Wicklungen zugeführten Wechselspannung veränderbar ist.

6. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mit jeder Wicklung (12, 12') ein Kondensator (13, 14) parallel geschaltet ist, der mit der Wicklung einen Resonanzkreis bildet.

7. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechselspannungsquelle als Oszillator mit einem Transistor (20) in Colpitt-Schaltung aufgebaut ist.

8. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (12, 12') der Wandler an zwei Kaskadengleichrichtern mit Spannungsverdopplung angeschlossen sind, die jeweils eine erste und eine zweite Kapazität (17, 17'; 18, 18'), zwei Dioden (21, 22; 21', 22') urd einen Widerstand (23; 23') aufweisen, wobei die beiden Dioden (21; 21') in ReiSie geschaltet und in der gleichen Richtung gepolt sind, die erste Kapazität (17; 17') zwischen einer der Wicklungen (12; J 2') und dem gemeinsamen Punkt der in Reihe geschalteten Dioden (21, 22; 21', 22') eingeschaltet ist und die zweite Kapazität (18, 18') und der Widerstand (23, 23') parallel zueinander und zu der Reihenschaltung der Dioden (21,21') geschaltet sind, daß die beiden Gleichrichterstufen mit Spannungsverdopplung an einem gemeinsamen Bezugspunkt mit Wechselstrom-Erdpotential angeschlossen sind und so miteinander verbunden sind, daß die Gleichspannungen an den Widerständen (23; 23') der Gleichrichterstufen voneinander subtrahiert werden, wobei das Gleichstromsignal die Differenz der zuletzt genannten Gleichspannungen darstellt, und daß eine Einrichtung zur Ausgabe dieses Signals vorgesehen ist.

9. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine Rückkopplungseinrichtung, die eine ein Korrekturfeld erzeugende Wicklung (40) aufweist, die in nächster Nähe der Wandler (10, 10') angeordnet ist und deren Spulenachse parallel zu der Vorzugsachse der Wandler orientiert 'st durch eine Verstärkereinrichtung, die mit den Gleichrichterstufen verbunden ist und der das von diesen erzeugte Gleichstromsignal zugeführt wird, wobei das Ausgangssignal der Verstärkereinrichtung der Wicklung (40) zur Erzeugung eines Stromflusses zugeführt wird und die Wicklung (40) ein magnetisches Rückkopplungsfeld erzeugt, das an die Wandler längs der Vorzugsachse und mit entgegengesetzter Feldstärke und Richtung im Vergleich zu dem zu messenden Magnetfeld angelegt wird, und durch einen Widerstand (41), der in Reihe mit der Wicklung (40) geschaltet ist, wobei die Amplitude und die Polarität der an dem Widerstand aufgebauten Spannung in Abhängigkeit von dem Stromfluß durch die Wicklung (40) im wesentlichen eine lineare Funktion der entsprechenden Feldstärke und Richtung des zu messenden Magnetfeldes ist.