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Die
Erfindung betrifft eine Magnetfelddifferenzsonde mit zwei Magnetfeldsensoren,
die in einem Gehäuse
hintereinander angeordnet sind und einen Abstand aufweisen und deren
magnetische Achsen miteinander fluchten, wobei die Magnetfeldsensoren
an einer elektronischen Auswerteeinheit angeschlossen sind, die
ein Signal liefert, das der Differenz der von den zwei Magnetfeldsensoren ermittelten
Magnetfelder entspricht, und mit Magnetkernelementen für die Magnetfeldsensoren,
die auf einem gespannten, mit der Magnetfeldachse der Magnetfelddifferenzsonde
fluchtenden Halteelement befestigt sind, das an beiden Enden der
Magnetfelddifferenzsonde fixiert ist.
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Magnetfelddifferenzsonden
sind allgemein bekannt und werden vorwiegend zum Auffinden von ferromagnetischen
Körpern
im Erdboden oder im Wasser, wie beispielsweise Bomben, Minen oder Schiffsteilen,
verwendet. Derartige ferromagnetische Körper stören das an sich homogene Erdmagnetfeld und
bewirken durch ihre Größe eine
messbare Veränderung
der Homogenität
des magnetischen Erdfeldes. Zur Ortung solcher Körper wird der Erdmagnetfeldgradient
bestimmt, der ein Maß für die örtliche Änderung
des Magnetfeldes darstellt. Die Ermittlung des Erdfeldgradienten
erfolgt mit speziellen Magnetfeldsensoren, die ein weichmagnetisches
Magnetkernelement mit hoher magnetischer Permeabilität und eine
das Magnetkernelement umgreifende Sensorspule aufweisen. Das Magnetkernelement
wird von einem magnetischen Wechselfeld bis zu seiner Sättigung
magnetisiert und die Magnetisierungskennlinie ermittelt. Ein äußeres, in
Richtung des Magnetkernelements wirkendes Magnetfeld, in diesem Fall
das Erdmagnetfeld, führt
zu einer Änderung
der Magnetisierungskennlinie und induziert in der das Magnetkernelement
umgebenden Sensorspule eine elektrische Spannung, die von einer
elektronischen Auswerteeinheit erfasst und ausgewertet wird. Inhomogenitäten des
Erdmagnetfeldes auf Grund großer ferromagnetischer
Körper
führen
zu Änderungen
der in der Sensorspule induzierten elektrischen Spannung und können ein
Anzeichen für
verborgene Gegenstände
aus Stahl sein.
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So
beschreibt beispielsweise die
DE 29 42 847 C2 eine gattungsgemäße Magnetfelddifferenzsonde,
bei der als Halteelement für
die Magnetkernelemente eine amagnetische Drahtanordnung vorgesehen
ist. Die Drahtanordnung besteht aus einer Anzahl parallel zueinander
verlaufender Drähte,
die an beiden Seiten der Magnetfelddifferenzsonde starr eingespannt
sind. Die Drähte
der Drahtanordnung durchlaufen Kapillaren eines Kapillarröhrchens
aus amagnetischem Material, in dem drahtförmige Magnetkerne fixiert sind.
Die Spulen der Magnetfeldsensoren sind an der Innenwand eines Sondenrohres befestigt,
das seinerseits in ein Tragrohr eingebaut ist. Das Sondenrohr wird
an beiden Seiten durch Kappen verschlossen, an denen Vorrichtungen
zum Spannen der Drähte
angebracht sind.
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Nachteilig
bei der vorgehend beschriebenen Magnetfelddifferenzsonde ist der
komplizierte Aufbau und die aufwändige
Montage, bei der eine Vielzahl von Teilen gefügt, aufgefädelt, justiert und fixiert müssen, wodurch
hohe Fertigungskosten verursacht werden.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Magnetfelddifferenzsonde
vorzuschlagen, die durch eine vorteilhafte Konstruktionsweise sowohl
die Produktion als auch den Service erleichtert und die kostengünstig herstellbar
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
Magnetfelddifferenzsonde mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Danach
weist die erfindungsgemäße Magnetfelddifferenzsonde
einen Sondenträger
mit einem wannenförmigen
Profilquerschnitt zur Aufnahme der Magnetfeldsensoren auf. Das wannenförmige Profil kann
beispielsweise V-, U- oder halbkreisförmig ausgeführt sein. Der Sondenträger hat
eine langgestreckte Form und wird an seinen beiden Enden durch Querverbindungen
abgeschlossen. Der Boden des wannenförmigen Profils zeigt im Montagezustand
nach unten in Richtung des Erdbodens. Als Werkstoff für das Sondenträgerprofil
wird ein Kompositwerkstoff, vorzugsweise Glasfaser verstärktes oder
Kohlenstofffaser verstärktes
Epoxid oder Keramik verwendet.
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Zwischen
den Schenkeln und den Querverbindungen des wannenförmiges Profils,
die einen Aufnahmeraum bilden, ist in den Sondenträger die Sensortechnik
eingebaut. Die Sensortechnik umfasst zwei Magnetfeldsensoren, die
jeweils aus einer Sensorspule und mindesten jeweils einem Magnetkernelement
gebildet werden. Die Magnetkernelemente sind auf einem gemeinsamen
Halteelement im Innern der Sensorspulen angeordnet, das mit seinen beiden
Enden die Querverbindungen des Sondenträgerprofils in etwa zentrisch
durchdringt. Das Halteelement ist an den Querverbindungen des wannenförmigen Profils
außen
befestigt ist. Der Aufnahmeraum für die Sensorik ist derart gestaltet,
dass die Sensorspulen und das Halteelement für die Magnetkernelemente exakt
fluchtend und zentriert zueinander ausgerichtet sind. Zur genauen
Positionierung in dem Sondenträger
sind Aufnahmen mit Positioniermitteln für die Sensorspulen und das
Haltelement ausgebildet, sie nehmen die Sensorik lagegenau und lagestabil
auf. Dies wird durch Verwendung von Kompositwerkstoffen für den Sondenträger und
die Anwendung von modernen Fertigungsverfahren für dessen Herstellung begünstigt,
was einerseits eine kostengünstige
Herstellung des Sondenträgers
zulässt
und andererseits eine hohe Form- und Wiederholgenauigkeit ergibt.
Zudem wird durch die verwendeten Werkstoffe eine hohe Stabilität des Sondenträgers bei
leichtem Gewicht erreicht.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Halteelement,
auf dem sich die Magnetkernelemente befinden, als Spannband ausgebildet.
Die Magnetkernelemente sind auf dem Spannband verdrehsicher befestigt.
Das Spannband ist zwischen den Querverbindungen des wannenförmiges Profils
des Sondenträgers
gespannt und mittels Schrauben außen an den Querverbindungen
fixiert. Es ist aus amagnetischen Werkstoff hergestellt und hält die Magnetfeldkerne
im Innenbereich der Sensorspulen weitgehend stoß- und schwingungsfrei. Eine
Justierung der Achsen der Magnetkernelemente zu den Magnetfeldachsen
der Sensorspulen erfolgt allein durch Spannen des Spannbandes.
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Bei
gespanntem Spannband sind die Sensorspulen der Magnetfeldsensoren
exakt fluchtend und zentriert zu dem Spannband im Sondenträger angeordnet,
wobei die Sensorspulen mit dem Sondenträgerprofil verklebt sind. Die
Magnetfeldelemente sind konzentrisch zur Mittelachse des Spannbandes
auf dem Spannband angeordnet und fixiert, vorzugsweise verklebt.
Vorteilhafterweise erfolgt die Positionierung der Magnetkernelemente
auf dem Spannband sowie der Sensorspulen und des Spannbandes im
Profil des Sondenträgers
hochgenau, so dass auf eine Justierung der Magnetfeldsensoren gänzlich verzichtet
werden kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist die Auswerteeinheit auf einer elektronischen Schaltungsleiterplatte
angeordnet, die den wannenartigen Aufnahmeraum des Sondenträgers verschließt. Sie
ist an den Schenkeln des wannenförmiges
Profils durch geeignete Industrie übliche Verfahren fixiert und
dichtet den Sondenträger
zur Sensorik hin ab. Die Schaltungsleiterplatte erhöht zudem die
Stabilität
des wannenförmiges
Profils, in dem sie die freien Schenkel des Sondenträgerprofils
starr miteinander verbindet und verringert dadurch die Gefahr einer
Durchbiegung des Sondenträgers
der Magnetfelddifferenzsonde. Insbesondere verhindert sie eine Veränderung
der Ausrichtung der magnetischen Achsen der Sensorspulen zu den
magnetischen Achsen der Magnetkernelemen te. Zudem vereinfacht die
offene Bauweise des wannenförmiges
Profils vor dem Abdeckung mit der Schaltungsleiterplatte die Montage
der Magnetfeldsensoren. Weiterer Vorteil ist, dass durch die unmittelbare
Nähe zu
den Sensorspulen extrem kurze elektrische Verbindungsleitungen zwischen
der Auswerteelektronik und den Magentfeldsensoren möglich sind,
was sich positiv auf die Empfindlichkeit der Magnetfeldsensoren
auswirkt.
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Nachfolgend
wird die Erfindung anhand eines in der begleitenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Seitenansicht der erfindungsgemäßen Magnetfelddifferenzsonde;
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2 eine
Stirnansicht der Magnetfelddifferenzsonde aus 1;
und
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3 eine
Draufsicht auf die Magnetfelddifferenzsonde aus 1 mit
nicht montierter Schaltungsleiterplatte.
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Die
in den 1 bis 3 der Zeichnung dargestellte
erfindungsgemäße Magnetfelddifferenzsonde 1 weist
zwei Magnetfeldsensoren 2 auf, die in einem nicht dargestellten
Gehäuse
hintereinander angeordnet sind. Die Magnetfeldsensoren 2 bestehen
im Wesentlichen aus Sensorspulen 5 und Magnetkernelementen 6,
die voneinander beabstandet in einem wannenförmigen Sondenträger 3 montiert sind.
Die gedachten Mittelachsen der Magnetfeldsensoren 2, die
gleichzeitig magnetische Achsen sind, fluchten miteinander, sie
bilden die Magnetfeldachse 7 der Magnetfelddifferenzsonde 1.
Die Magnetfeldsensoren 2 sind mit nicht dargestellten kurzen Verbindungsleitungen
an eine Schaltungsleiterplatte 4 angeschlossen, auf der
die elektronische Auswerteeinheit aufgebaut ist. Die Auswerteeinheit
liefert ein Ausgangssignal, das bei dem gegebenen Abstand der Magnetfeldsensoren 2 der
Differenz der an den Orten der beiden Magnetfeldsensoren 2 vorhandenen
Magnetfelder entspricht.
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An
den Enden des Sondenträgers 3 sind Querverbindungen 9 vorgesehen,
die sich vom Boden des wannenförmigen
Profils des Sondenträgers 3 bis
zu dessen Schenkeln erstrecken und den Sondenträger 3 seitlich abschließen. Die
Querverbindungen 9 stabilisieren die freien Schenkel des
Sondenträgers
und wirken als Fixierelemente für
Haltelemente 8 der Magnetkernelemente 6. Die Schaltungsleiterplatte 4 ist
in einem geringen Abstand von den Sensorspulen 5 über den
Magnetfeldsensoren 2 angeordnet und an den Schenkeln des
wannenförmiges
Sondenträgerprofils
befestigt. Sie schließt
den vom wannenförmigen
Profil des Sondenträgers
gebildeten Aufnahmeraum für
die Sensorik nach oben ab. Diese vorteilhafte Ausgestaltung ermöglicht kurze elektrische
Verbindungen zu den Sensorspulen 5 der Magnetfeldsensoren 2,
was die Empfindlichkeit der Magnetfelddifferenzsonde 1 verbessert.
Die Schaltungsleiterplatte 4 schließt die Magnetfeldsensoren 2 in
dem wannenförmigen
Profil des Sondenträgers 3 ein
und schützt
diese vor Beschädigung.
Die Schaltungsleiterplatte 4 stabilisiert außerdem den
Sondenträger 3 und
verhindert dessen Durchbiegung. Dadurch wird sichergestellt, dass
die magnetischen Achsen 7 der Magnetfeldsensoren 2 der
Magnetfeldsonde 1 immer exakt zueinander ausgerichtet bleiben.
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Die
Magnetfeldsensoren 2 werden von Sensorspulen 5 und
Magnetkernelementen 6 gebildet, wobei die Magnetkernelemente 6 im
Innern der Sensorspulen 5 auf dem Haltelement 8 angeordnet
sind. Das Halteelement 8 erstreckt sich bis zu den Querverbindungen 9 des
Sondenträgers 3.
In etwa im Zentrum der Querverbindungen 9 sind Löcher zur Aufnahme
des Halteelements 8 vorgesehen. Das Halteelement 8 trägt und fixiert
die Magnetkernelemente 6 und richtet sie zu einer Magnetfeldachse 7 der
Magnetfelddifferenzsonde 1 aus. Das Halteelement 8,
auf dem die Magnetkernelemente 6 im Abstand der Sensorspulen 5 befestigt
sind, ist als Spannband ausgeführt.
Das Spannband 8 ist gespannt und mit nicht dargestellten
Schrauben außen an
den Querverbindungen 9 des Sondenträgers 3 befestigt.
Nicht dargestellte Positioniermittel für die Sensorspulen 5 positionieren
die Sensorspulen 5 lagegenau im Sondenträger 3,
weswegen eine Justierung nicht notwendig ist. Die Sensorspulen 5 sind
mit nicht dargestelltem Klebstoff in dem Sondenträgerprofil 3 befestigt.
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Zusammenfassend
wird bemerkt, dass die erfindungsgemäße Magnetfelddifferenzsonde 1 gegenüber bekannten
Sonden eine stark vereinfachte Konstruktionsweise aufweist, die
eine deutliche Verminderung der Herstellkosten und des Wartungsaufwandes
bewirkt. Sie ist außerdem
montage- und servicefreundlich. Insbesondere weist sie eine hohe Empfindlichkeit
auf, die durch die außerordentliche Formgenauigkeit
und Stabilität
des Sondenträgers 3 und
die kurzen Verbindungsleitungen zwischen den Magnetfeldsensoren 2 und
der Schaltungseiterplatte 4 der Auswerteelektronik erreicht
wird. Die Magnetfelddifferenzsonde 1 zeichnet sich dadurch
aus, dass auch bei großen
Abständen
der Sensorspulen 5 nach langem Gebrauch kaum Justierarbeiten
notwendig werden.