DE2024997B2

DE2024997B2 -

Info

Publication number: DE2024997B2
Application number: DE19702024997
Authority: DE
Inventors: Frank Dipl.-Ing. 8520 Erlangen Langweiler
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-05-22
Filing date: 1970-05-22
Publication date: 1974-03-21
Also published as: ES391424A1; AT311490B; FR2090217A1; DE2024997C3; GB1320857A; DE2024997A1; FR2090217B1

Description

liehe Beaufschlagung der Feldplatten durch den Fremdfluß zustande kommt. Durch die A.nordnung der Feldplatten in der neutrales. Achse des Permanentmagneten wird dessen Fluß vollständig zu ihrer magnetischen Vorspannung ausgenutzt. Die erfindungsgemäße Sonde kann weiterhin wesentlich kompakter ausgeführt werden und Magnetfelder mit den Abmessungen des Luftspaltes erfassen.borrowed exposure of the field plates by the Foreign flow comes about. Due to the arrangement of the field plates in the neutral. Axis of the permanent magnet its flux is fully used for their magnetic bias. The inventive Probe can still be made much more compact and magnetic fields with the Record the dimensions of the air gap.

Die Erfindung samt ihrer weiteren Augesialtungen, welche in den Unleransprüchen gekennzeichnet sind, soll im folgenden an Hand der Figuren näher veranschaulicht werden.The invention together with its other eye lines, which are characterized in the claims, is to be illustrated in more detail below with reference to the figures.

F i g. 1 zeigt den grundsätzlichen mechanischen Aufbau einer erfindungsgemäßen Feldsonde. Ein quaderförmiger Permanentmagnet 1 mit seinen beiden mit N und S bezeichneten Polen ist an vier Um-[angsseiten von Flußleitstücken 2, 3 und 4 umfaßt, wobei diese zumindest an den Polflächen formschlüssig anliegen. Zwischen den Flußleitstücken 2 und 3 befindet sich symmetrisch zu der den Nord- und Südpol verbindenden magnetischen Achse 5 des Permanentmagneten ein Luftspalt 19; zwischen den Flußleitstücken 2 und 4 bzw. 3 und 4 sind ebenfalls symmetrisch zu der magnetischen Achse 5 zwei mit 6 und 7 bezeichnete Feldplatten angeordnet. Der Permanentfluß durchsetzt die Feldplatten 6 und 7 in der jeweils gestrichelt eingezeichneten Richtung, so daß der durch die Flußleitstücke abgelenkte Teil des zu erfassenden Feldes F den von dem Permanentmagneten 1 verursachten Feldplattenfluß verstärkt und in gleichem Ausmaß den von den Permanentmagneten 1 in der Feldplatte 7 hergerufenen Fluß vermindert. Es ändern sich also die elektrischen Widerstände der Feldplatten 6 und 7 gegensinnig zueinander.F i g. 1 shows the basic mechanical structure of a field probe according to the invention. A cuboid permanent magnet 1 with its two poles denoted by N and S is encompassed on four circumferential sides by flux guide pieces 2, 3 and 4, these resting positively at least on the pole faces. Between the flux guide pieces 2 and 3 there is an air gap 19 symmetrically to the magnetic axis 5 of the permanent magnet connecting the north and south poles; between the flux guiding pieces 2 and 4 or 3 and 4, two field plates denoted by 6 and 7 are also arranged symmetrically to the magnetic axis 5. The permanent flux traverses the field plates 6 and 7 in the direction indicated by dashed lines, so that the part of the field F to be detected which is deflected by the flux guide pieces amplifies the field plate flux caused by the permanent magnet 1 and to the same extent that caused by the permanent magnets 1 in the field plate 7 Flow decreased. The electrical resistances of the field plates 6 and 7 therefore change in opposite directions to one another.

Damit der von dem zu erfassenden Fremdfeld hervorgerufene Fluß in der Feldsonde möglichst nur in den Flußleitstücken 2 bis 4 verläuft, ist es zweckmäßig, wenn diese aus einem weichmagnetischen Material bestehen und der Permanentmagnet 1 magnetisch nicht leitend, beispielsweise ein keramischer Oxyd- oder Sintermagnet, ist. Um den Fluß des Magneten 1 vollständig zur magnetischen Vorspannung der Feldplatten 6 und 7 auszunutzen, sind diese — wie dargestellt — in der mit 8 bezeichneten neutrale·! Achse des Permanentmagneten 1 angeordnet. Unter der neutralen Achse eines Magneten wird dabei diejenige Achse verstanden, längs der auf einen magnetischen Dipol gleiche Kräfte vom Nord- und Südpol des Permanentmagneten 1 ausgeübt würden. Im dargestellten Beispiel der F i g. 1 ist also die neutrale Achse diejenige Symmetrieachse des Permanentmagneten, welche mit seiner magnetischen Achse 5 einen Winkel von 90° bildet.So that the flux in the field probe caused by the external field to be detected is only in the flux guide pieces 2 to 4 runs, it is useful if this consists of a soft magnetic Material are made and the permanent magnet 1 is magnetically non-conductive, for example a ceramic Oxide or sintered magnet. To the flux of the magnet 1 completely to the magnetic bias of the field plates 6 and 7, these are - as shown - in the designated 8 neutral ·! Axis of the permanent magnet 1 arranged. The neutral axis of a magnet is understood to mean that axis along the one magnetic dipole equal forces from the north and south poles of the permanent magnet 1 would be exerted. In the example shown in FIG. 1 is the neutral axis that axis of symmetry of the permanent magnet, which forms an angle of 90 ° with its magnetic axis 5.

F i g. 2 zeigt eine Anordnung zur Auswertung der von dem zu erfassenden Feld F hervorgerufenen Widerstandsänderungen der Feldplatten 6 und 7, die in zwei Zweigen einer von einer Gleich- oder Wechselspannung U gespeisten Widerstandsbrücke angeordnet sind, in deren beiden anderen Zweigen ein mit 9 bezeichneter Justierwiderstand und ein weiterer Widerstand 10 von gleicher Größenordnung liegen. Beide Feldplatten 6 und 7 befinden sich durch die von dem Permanentmagneten 1 hervorgerufene magnetische Vorspannung auf demselben Arbeitspunkt, so daß deren Widerstände bei fehlendem Fremdfeld von gleicher Große sind. Etwaige Unterschiede bezüglich des magnetischen Widerstandes der über die Flußleitstücke 2 bis 4 sowie über die Feldplatten 6 und 7 verlaufenden Flußwege können du'ch eine entsprechende Veränderung des Justierwiderstandes 9 berücksichtigt werden, so daß für den Fall, daß kein Fremdfeld vorhanden ist, die in Fig. 2 dargestellte Brücke stets abgeglichen werden kann und demzufolge bei diesem Zustand an deren Ausgangsklemmen 11 und 12 die Spannung Null erscheint. Beim Auftreten eines Fremdfeldes werden, wie zuvor erwähnt, die Feldplatten 6 und 7 gegensinnig ange-F i g. 2 shows an arrangement for evaluating the changes in resistance of the field plates 6 and 7 caused by the field F to be detected, which are arranged in two branches of a resistance bridge fed by a direct or alternating voltage U , and in the other two branches an adjustment resistor labeled 9 and a further resistance 10 are of the same order of magnitude. Both field plates 6 and 7 are at the same working point due to the magnetic bias voltage caused by the permanent magnet 1, so that their resistances are of the same magnitude in the absence of an external field. Any differences in the magnetic resistance of the flux paths running over the flux guide pieces 2 to 4 as well as over the field plates 6 and 7 can be taken into account by a corresponding change in the adjustment resistor 9, so that in the event that no external field is present, as shown in FIG 2 can always be balanced and consequently in this state the voltage zero appears at the output terminals 11 and 12 thereof. When an external field occurs, the field plates 6 and 7 are set in opposite directions, as mentioned above.

steuert, so daß an den Klemmen 11 und 12 eine Spannung U_F auftritt, deren Betrag ein Maß für die Größe der senkrecht zum Luftspalt und parallel zur Polfläche verlaufenden Feldkomponente ist und deren Vorzeichen der Richtung dieser Feldkomponente entspricht. controls so that a voltage U _F occurs at terminals 11 and 12, the magnitude of which is a measure of the size of the field component running perpendicular to the air gap and parallel to the pole face and the sign of which corresponds to the direction of this field component.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der erfindungsgemäßen Feldsonde, welche vorzugsweise zur Erfassung von räumlich ausgedehnten Feldern verwendet werden kann und darin besteht, daß die Flußleitstücke 2 und 3 mit Flußfangdlechen 13 und 14 versehen sind. Ein befriedigender Kompromiß zwischen der Forderung nach gutem magnetischem Rückschluß des der Vorspannung dienenden Permanentmagneten 1 und der Forderung nach einem relativ großenFig. 3 shows a modification of the field probe according to the invention, which is preferably used for detection can be used by spatially extensive fields and consists in that the flux guide pieces 2 and 3 are provided with Flußfangdlechen 13 and 14. A satisfactory compromise between the requirement for good magnetic return of the permanent magnet used for prestressing 1 and the requirement for a relatively large

magnetischen Widerstand im Luftspalt 19 relativ zu dem sich für das Fremdfeld über die Flußleitstücke 2 bis 4 anbietenden Flußweg f.rgibt sich, wenn die den Luftspalt 19 begrenzenden Enden der Flußleitstücke 2 und 3 abgeschrägt sind.magnetic resistance in the air gap 19 relative to that for the external field via the flux guide pieces 2 to 4 offering the flux path f. occurs when the ends of the flux guide pieces 2 and 3 are beveled.

Wie zuvor erwähnt, bewirkt ein vorhandenes Fremdfeld dann eine maximale Aussteuerung der Feldplatten, wenn seine Richtung senkrecht zum Luftspalt und parallel der diesem zugeordneten Polfläche des Permanentmagneten verläuft. Dieser Effekt kann zur Feldrichtungsbestim»nung ausgenutzt werden, wobei es zweckmäßig ist, die gesamte Feldsonde drehbar um Symmetrieachsen des Luftspaltes 19 anzuordnen. Ist z. B. schon die Ebene bekannt, in der das zu bestimmende Fremdfeld verläuft, so braucht die Feldsonde nur bezüglich einer Achse drehbar gelagert zu werden, wie dies in Fig. 3 durch das Zapfenlager 15 angedeutet ist. Die Feldsonde würde hierbei so lange um die Achse 5 gedreht werden, bis sich ein Maximum der Feldplattenaussteuerung — ausgewertet durch die Anordnung gemäß F i g. 2 — ergibt. Für den allgemeinen Fall der von vornherein völlig unbekannten Fremdfeldorientierung müßte noch die Möglichkeit der Drehung um die mit 16 bezeichnete Symn-.etrieachse des Luftspaltes 19 sowieAs mentioned above, an existing external field then causes the maximum modulation of the Field plates if its direction is perpendicular to the air gap and parallel to the pole face assigned to it of the permanent magnet runs. This effect can be used to determine the direction of the field, it is expedient to arrange the entire field probe so that it can rotate about axes of symmetry of the air gap 19. Is z. B. already known the level in which the external field to be determined runs, so needs the field probe to be mounted rotatably only with respect to one axis, as shown in Fig. 3 by the Journal bearing 15 is indicated. The field probe would be rotated about the axis 5 until a maximum of the field plate modulation - evaluated by the arrangement according to FIG. 2 - results. For the general case of the foreign field orientation, which is completely unknown from the start, would have to nor the possibility of rotation about the axis of symmetry, denoted by 16, of the air gap 19 as well

D° eine be· der Darstellung gemäß F i g. 3 senkrecht zur Zeichenobene und durch den Schnittpunkt der Achsen 5 und 16 verlaufende weitere Achse 17 vorgesehen werden.D ° a be · the representation according to FIG. 3 perpendicular to the A further axis 17 above the drawing and extending through the intersection of axes 5 and 16 is provided will.

Zur Abfrage von nahe beieinander liegenden magnetischen Impulsen, d. h. Feldern sehr kleiner räumlicher Ausdehnung, wie sie z, B, bei Magnetogrammen oder bei Winkelschrittgebern vorkommen, zeigt Fig. 4 eine weitere Ausgestaltung der Erfindung. Das Fremdfeld soll hierbei in dichter räumlicher Folge seine Polarität von jeweils + F nach — F und umgekehrt ändern. Es muß nun vermieden werden, daß das Feld des Permanentmagneten 1 durch den Luftspalt 19 heraustritt und die Magnetspur in unerwünschter Weise magnetisch beeinflußt.4 shows a further embodiment of the invention for interrogating magnetic pulses that are close to one another, that is to say fields of very small spatial extent, such as occur, for example, in magnetograms or in angular incremental encoders. The external field should change its polarity from + F to - F and vice versa in close spatial succession. It must now be avoided that the field of the permanent magnet 1 emerges through the air gap 19 and magnetically influences the magnetic track in an undesirable manner.

Hierzu ist die dem Luftspalt zwischen den Flußleitstücken 2 und 3 zugeordnete Pol fläche des Permanentmagneten 1 mit einer V-förmigen, symmetrisch zur magnetischen Achse 5 verlaufenden Nut 18 ver-For this purpose, the air gap between the flux guide pieces 2 and 3 associated pole surface of the permanent magnet 1 with a V-shaped, symmetrical to the magnetic axis 5 running groove 18 ver

:hen, wodurch sichergestellt ist, daß der Fluß des ermanentmagneten 1 nicht in den von den Flußleit- :ücken 2 und 3 gebildeten Luftspalt 19 einstreut nd die ab2;ufragende Magnetspur beeinflußt. Die Orderung nach einem guten Rückschluß des Per-: hen, which ensures that the flux of the permanent magnet 1 does not fall into the : ücken 2 and 3 formed air gap 19 interspersed and influences the magnetic track from 2; ufragende. the Order after a good conclusion of the person

manentmagneten und einem schmalen A spalt wird hier in besonders hohem Maß ei An Stelle des Permanentmagneten kannManent magnets and a narrow A gap is particularly important here Instead of the permanent magnet can

ständlich auch ein geeignet gestalteter Elel verwendet werden.Of course, a suitably designed Elel as well be used.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

1 2 tro-Technik, No. 11, March 30, 1966). The two field plates are at the constriction points of the claims: Pole inserts are arranged symmetrically to the neutral axis of the magnet that the

1. Device for detecting the field strength 5 the external flux caused magnetic flux of magnetic fields with two permanent parallel over the two through the permanent demagnetic This controllable is guided by prestressed and oppositely-directed prestressed field plates Field plates between flux guide pieces, order is therefore very sensitive to manufacturing include a permanent magnet, there tolerances of the constriction points and must be through characterized that the Flußleit- io on the other hand for reasons of Symrrefrie reasons with respect to their Abstücks (2, 3, 4) a a to the magnetic axis (5) measurements compared to those of the Pennaneutdes Permanent magnets (1) symmetrical air magnets must be dimensioned relatively large. She is further Limit gap (19) and that the two field plates are only suitable for detecting magnetic fields (6, 7) in the neutral axis (8) and symmetrical, the dimensions of which are at least in the size tric to the magnetic axis (S) of the permanent 15 order of the dimension of the permanent magnet magnets (!) are arranged. lie.

2. Device according to claim 1, marked with a known two-pole field knife net by a permanent magnet made of magnetically controllable resistors table non-conductive material and flux guide pieces around a device for recording the field gradient (2, 3, 4) made of magnetically highly conductive material, ao th (German Offenlegungsschrift 1541 778). These

3. Device according to claim 1, characterized in that the known measuring device supplies due to its that the structure delimiting the air gap (19) with constant magnetic fields Ends of the flux guide pieces (2, 3) no display. It is therefore not inclined to be grasped are (Fig. 3). the field strength of magnetic fields

4. Device according to claim 3, marked as suitable.

net through parallel to the neutral axis (8) of the case of another known magnetic field probe for

Permanent magnets (1) with the measurement of weak magnetic fields are two

Flux guiding pieces (2, 3) connected flux trapping plates field plates each in an air gap of a magnet

13,14) (Fig. 3). arranged (German Offenlegungsschrift

5. Establishment according to claims 1 to 4 3 ° 1 516 964). The field plates are separated by two Determination of the field direction, thereby drawing flag-shaped oxide magnets in the opposite direction, that it is premagnetized by at least one symmetry. The arrangement is so trofachse of the air gap (19) is rotatably arranged. ensure that the field lines of the external

6. Device according to claims 1 to 3, field through, in particular, both field plates in the same direction to query magnetograms, put 35 and on each field plate half of the total characterized in that the permanent induction to be measured acts. Through this the magnet (1) in the area of the air gap (19) increases a resistance of a field plate and the symmetrical about its magnetic axis (5) resistance of the other field plate around the same running, in particular V-shaped groove (18) amount can be decreased. The measurement accuracy of this (Fig. 4). 40 known magnetic field probe is therefore very strong

7. Device according to claims 1 to 6, dependent on that the dimensions of the two air thereby characterized in that the field plates (6, column and the field strengths of the two oxide magnets 7) in two diagonal branches of an electrical exactly match. Just under this advance resistance bridge are arranged, it is ensured in settlement that each half of the at least one branch of the bridge an adjustment resistance 45 total to be measured induction over each field plate stand (9) is (Fig. 2). to be led. In this known magnetic field probe

therefore, very tight manufacturing tolerances must be adhered to.

The invention is based on the task of a 50 highly sensitive field probe described type

to create that provides very accurate measurement results

and do not exert any influence on the measurement result in the case of manufacturing tolerances.

This is achieved according to the invention in that the flux guide pieces have a magnetic axis to the Permanent magnets limit symmetrical air gap and that the two field plates in the neutral

The invention relates to a device for the detection axis and symmetrically to the magnetic axis of the solution of the field strength of magnetic fields with permanent magnets are arranged,
two permanently magnetically pre-tensioned and oppositely- 60 In the device according to the invention, the sensibly controllable field plates between flux-guiding flux originating from the external field occurs at the air gap in pieces that include a permanent magnet. the flux guide pieces, with their help one behind the other

In the case of a known, highly sensitive measured value, the other is passed over the two field plates and steps sensor with magnetically controllable semiconductor at the air gap off again. Resist manufacturing tolerances for measuring magnetic fields, 65 plus the thickness of the field plates, the dimensions a ball probe is used, the two opposing directions - the air gap and the premagnetization through Controllable field plates between a barium ferrite and permanent magnets can control the measurement result Masneten extensive pole inserts does not affect fElek, because they do not differ-