DE2122420A1 - Magnetometer - Google Patents

Description

Patentanwalt

Ofpl.-lng. Wdier Jackisch

7 Stuttgart N, Menzeletraß· 40

Electronique Marcel
Dassault

46, Avenue Kleber

75-PARIS 16° / Frankreich A 32 332 - ot 4. Mai 1971

Magnetometer

Die Erfindung betrifft ein Magnometer mit einem Kern aus magnetischem Material, mit dem Mittel in Wirkverbindung stehen, um seinen magnetischen Fluß periodisch in den Sättigungszustand zu bringen und um den eine Meßwicklung angeordnet ist.

Die Erfindung ist insbesondere auf solche Magnetometer ge richtet, bei denen in einem magnetischen Kreis von einem Wechselstrom ein Magnetfluß erzeugt wird, der die Sättigungswerte des magnetischen Kreises erreicht und dem sich ein von einem zu messenden Magnetfeld stammender Fluß überlagert; dabei erlaubt eine in einer Wicklung um den magnetischen Kreis empfangene bzw. aufgenommene Spannung, das magnetische Feld zu messen.

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Bei bekannten Magnetometern rührt das Erregungsfeld von dem Fließen eines Erregungsstromflusses in einer Wicklung her, die in analoger Weise zu der Meßwicklung um einen Kern gewickelt ist, der Teil des magnetischen Kreises ist. Bei diesen Magnetometern tritt somit ein Kopplungseffekt, und zwar aufgrund einer tramsformatorischen Wirkung, zwischen der Erregungswicklung and der Meßwicklung auf, so daß es notwendig ist, auf relativ komplizierte und trotzdem unzureichende Anordnungen zurückzugreifen, um ausschließlich die Wirkung des externen magnetischen Feldes erfassen zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetometer zu schaffen, bei dem diese Kopplung nicht auftritt.

Zur Lösirag dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einem Magnetometer der eingangs geschilderten Art und besteht darin, daß der Fluß im Inneren des Kerns von einem Feld erzeugt ist, das senkrecht zur Mittellinie der Meßwicklung verläuft.

Im Gegensatz zu den bekannten Magnetometern ist also das Erregungsfeld senkrecht zur Achse der Meßwicklung angeordnet, und zwar derart, daß die periodisch variable Sättigungswirkung erhalten !bleibt, jedoch der transformatorische Kopplungseffekt nicht mekr vorhanden ist.

Darüber Mnaus ist von Vorteil, daß das erfindungsgemäße Magnetometer auf wesentlich einfachere Weise als die bekannten Ma-

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gnetometer hergestellt werden kann und trotzdem über eine höhere Empfindlichkeit verfügt. Darüber hinaus wird gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung bei dem vorliegenden Magnetometer der einen Teil des magnetischen Kreises bildende, aus ferromagnetischem Material bestehende Kern gleichzeitig als Leiter für den Stromfluß des Erregungsstroms Verwendet, derart, daß das von diesem Strom entwickelte magnetische Feld ohne weiteres senkrecht zu der Achse des Kerns verläuft, ■ so daß in einer um den Kern angeordneten Meßwicklung kein transformatorischer Kopplungseffekt mit dem Leiter des Erregungsstroms, der bei diesem Ausführungsbeispiel durch den Kern selbst gebildet ist, auftreten kann.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unt eransprüche.

Im folgenden werden Aufbau und Wirkungsweise von Ausfuhrungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung im einzelnen näher erläutert, dabei zeigt:

Fig. 1 in sehr schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Magnetometer,

Fig. 2 stellt in der Fig. 1 ähnlicher Darstellung ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Magnetometers dar, die

Fig. 3 zeigt schematisch den Verlauf einer Magnetlinie, die Fig. k stellt ein Diagramm dar,

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Fig. 5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungs-

gemäßen Magnetometer, desgleichen die Fig. 6., während die

Fig. 7 im Längsschnitt ein anderes Ausführungsbeispiel darstellt, Fig. 8 zeigt einen Schnitt entlang der Linie 8-8 der Fig. 7 und Fig. 9 zeigt im vergrößerten Maßstab ebenfalls einen Schnitt eines Bandteiles, welcher in den Ausführungsbeispielen der Fig. 7 und 8 verwendet ist.

Zunächst soll auf das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel genauer eingegangen werden. Das Erregungswechselfeld ist schematisch durch den Pfeil A mit zwei Spitzen dargestellt, der senkrecht zu einem Stab 23 aus magnetischem Material angeordnet ist, auf welchem eine Wicklung bzw. genauer eine Meßwicklung 2Zf angeordnet ist. An den Anschlüssen 25 und 2.6 der Wicklung 2.l\ tritt ein Signal auf, welches für ein externes Magnetfeld H charakteristisch ist, das schematisch durch den Pfeil mit einer Spitze angedeutet ist und parallel zu der Achse des Stabes 23 verläuft bzw. das Signal ist charakteristisch für die in Richtung des Stabes 23 verlaufende Teilkomponente eines externen magnetischen Feldes.

Eine Wicklung 21 mit einer Achse 22 senkrecht zu dem Stab 23, in welcher ein Wechselstrom fließt, kann dabei das Errejungs- " feld erzeugen.

Im folgenden wird genauer auf die Fig. 2 bis 4 eingegangen. Bei

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diesem Ausführungsbeispiel umfaßt das Magnetometer einen aus einem zylindrischen gradlinigen Stab 1o aus ferromagnetischem Material bestehenden Kern. Dabei ist ein Endteil 11 des Stabes mit einem Leiter 12 und das entgegengesetzte Endteil 13 mit einem Leiter 1 Af verbunden. Die beiden Leiter 12 und 1 If sind an die Anschlußklemmen einer Wechselspannungsquelle angeschlossen. Um den Stab Io ist im v/esentlichen auf seinerganzenLänge eine Wicklung 15 angeordnet, bestehend aus einem mit einer Isolierung versehenem Leiter, der über Anschlußleitungen 16 und 17 mit einer Meßeinrichtung verbunden ist, die geeignet ist, die in der Wicklung 15 erzeugte elektrische Spannung zu messen.

Der in dem Stab 1 ο fließende Wechse?.strom ist von ausreichender Größe, so daß der in dem Stab 1o induzierte magnetische Fluß bei jedem Wechsel den Sättigungswert überschreitet.

Stellt H ein externes, parallel zur Achse des Stabes 1o verlaufendes Feld oder die zu dem Stab parallele Teilkomponente eines externen Feldes dar, dann erlaubt das an den Anschlußleitern 16 und 17 empfangene Signal die Messung der Intensität des Feldes H.

In Fig. 3 ist eine Magnet i'eldlinie 1 des von dem in dem Stab fließenden Stroms erzeugten Wechselfeldes dargestellt.

In der Diagrammdarstellung der Fig. k ist im oberen Bereich ein Querschnitt 1o. des Stabes Io dargestellt, während im un-

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teren Bereich auf der Ordinate die Werte des Magnetfeldes als Funktion des Abstandes vom Mittelpunkt des Querschnittes aufgetragen sind. Im Inneren des Stabes 1o ist das Feld von den beiden gradlinig verlaufenden Teilbereichen d« und d~ gebildet. Aus Gründen der Symmetrie ist das Feld im Mittelpunkt 18 gleich Null. Außerhalb des- Stabes ist das Feld durch hyperbolische Bögen b- und h₂ dargestellt.

Im folgenden wird auf das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 eingegangen. Dabei ist ein aus zwei parallelen Schenkeln J>\ und

32 bestehender Stab 30 aus f err (magnetischem Material vorgesehen; die beiden Schenkel sind über ein gekr-ilaates Teilstück

33 verbunden, so daß das Ganze etwa die Form einer Haarnadel bzw« eines B annimmt. Die beiden nebeneinanderliegenden freien Endteile 3h und 35 der Schenkel 31 und 32. sind dabei jeweils über Leiter 36 und 37 mit einer Wechselspannungsquelle verbunden. Ein mit einer Isolierung umhüllter Leiter ist dabei in Form einer Wicklung 38 um die ganze, aus den beiden Schenkeln 31 und 3"Z- bestehende Anordnung gewickelt, so daß die Mittellinie der Wicklung parallel au den Achsen der Schenkel verläuft,, An den Anschluß teil en 39 und ifO der Wicklung 38 tritt dann ein einem äußeren Feld H charakteristisches Signal auf, wobei das äußere Feld parallel zur Mittellinie verläuft oder doch eine Teilkomponente eines äußeren Feldes parallel zu der Sichtung "der beiden Schenkel 31 und 32. darstellt.

Bei dem. in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel besteht

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der Kern aus einem zylindrischen Stab ifi aus faromagnetischem Material und ist auf einen größeren Teil seiner Längserstreckung von einer koaxialen, ebenfalls aus ferromagnetischem Material bestehenden Hülse l\2. umgeben. KLn Ende Wb des Stabes ifi ist dabei mit einen zu dem einen Anschluß einer Wechselspannungsquelle führendem Leiter kk verbunden; das entgegengesetzte Ende l{3 des Stabes if 1 ist über einen Leiter Zf6 mit dem angrenzenden Endteil k7 der Hülse 42 verbunden, während das entgegengesetzte Ende 48 der Hülse über einen Leiter if9 mit dem anderen Anschluß der Wechselspannungsquelle verbunden ist.

Ein mit einer isolierenden Umhüllung versehener Leiter ist dabei in Form einer Wicklung 5o auf die Hülse i+2 aufgebracht. Wiederum kann das einem externen, parallel zur gemeinsamen Achse des Stabes ifl und der Hülse l\7 verlaufendem Feld bzw. das einer Teilkomponente in Sichtung dieser Achse eines externen Feldes charakteristische Signal an den Enden 51 und 52 der Wicklung 50 abgenommen werden.

Im folgenden wird noch auf das in den Fig. 7 bis 9 dargestellte Ausführungsbeispiel eingegangen. Das dort dargestellte Magnetometer besteht aus einem Auflager bzw. aus einer Stange 60 in langgestreckter Form, und zwar vorzugsweise in Form eines rechteckförmigen Parallelepipeds. Auf dieser Stange ist, parallel zu den Längsflachen 61 und 62 ein Band 63 aus ferromagnetischem Material aufgewickelt, welches die gleiche Breite wie die Stange 60 aufweist und von einer isolierenden Schicht 6*f, wie in Fig. 9

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im Ausschnitt dargestellt, umgeben ist. Die bandförmige Wicklung 63 besteht vorzugsweise aus mehreren Schichten, dabei ist die . obere Teillage 65 der äußeren Wicklung mit der unteren Teillage 66 über einen vorderen Verbindungsteil 67 und die Teillage 66 mit der oberen Teillage 68 der darunter liegenden Schichtwicklung über ein vorderes Teilstück 69 verbunden. Die äußere Teillage 65 und die innere Teillage 71 weisen Verlängerungen 72 und 73 auf, die den Anschluß an eine Wechselspannungsquelle erlaubt. Die Meßwicklung 7k aus leitendem Draht ist um die ganze, aus dem Auflager 60 und den bandförmigen Wicklungen 63 gebildete Anordnung gewickelt. Das Meßsignal kann an den Anschlüssen 7^ und 76 der Wicklung 7k abgenommen werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Magnetometer eine höhere Impedanz auf, wobei der zur Erregung notwendige Strom verringert ist.

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Claims (1)

1. Patentansprüche:

   / 1.) Magnetometer mit einem Kern aus magnetischem Material, mit dem Mittel in Wirkverbindung stehen, um seinen magnetischen Fluß periodisch in den Sättigungszustand zu bringen, und um den eine Meßwicklung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluß im Inneren des Kerns (23,1o,3o,if1,60) von einem Feld erzeugt ist, das senkrecht zur Mittellinie der Meßwick-· lung (2^,15,38,50,74-) verläuft.

   2. Magnetometer mit einem von einer Meßwicklung ur.gebenen Kern aus magnetischem Material und mit Wechselfelderregung, dadurch gekennzeichnet, daß der aus ferromagnetischem Material bestehende Kern gleichzeitig als Leiter des elektrischen Stromes zur Erzeugung des Erregungsfeldes verwendet ist.

   3· Magnetometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Stab (1o) aus ferromagnetigchem Material vorgesehen ist, dessen Enden (11,13) ari/t einer Wechselspannungsquelle verbunden sind, und um den eine Meßwicklung (15) angeordnet ist.

   if. Magnetometer nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Stab (31»32,33) die Form eines U bzw. einer Haarnadel aufweist.

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   5. Magnetometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (IfI) aus einem zentralen Stab und aus einer, diesen umgebenden Hülse (42) besteht, daß beide aus ferromagnetischem Material bestehen und an einem Endteil elektrisch leitend miteinander verbunden sind, während die entgegengesetzten Enden mit einer Wechselspannungsquelle verbunden sind und daß die Meßwicklung in quer verlaufenden Windungen zur Achse der Hülse (if2) auf diese aufgebracht ist.

   6. Magnetometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wicklung (21) für den Erregerstrom vorgesehen ist, deren Achse senkrecht zur Meßwicklung (2Zf) verläuft.

   7. Magnetometer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerwicklung aus einem flachen, in Längsrichtung um eine längliche Unterlage (6o) angeordnetem Band (63) besteht.

   8« Magnetometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Band (63) aus ferromagnetische!!! Material besteht.

   9. Magnetometer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das flache Band mit einer isolierenden Umhüllung (64) versehen ist und in mehreren einander überlagernden Windungen aufgebracht ist.

   1o. Magnetometer nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß die

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   Unterlage (60) die Form eines parallelepipedischen Stabes ausgebildet ist und daß die Mittellinie des Bandes (63) parallel zu den Längsseiten des Parallelepipeds verläuft.

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