DE2302270B2 - Magnetometer-Sonde und Sondenanordnungen aus dieser Sonde - Google Patents

Description

Gegenstand des Hauptpatentes ist eine Magnetomeier-Sonde zum Messen kleiner magnetischer Felder mit tinem Kern aus magnetisierbarem Werkstoff, mit tinem an eine Wechselstromquelle angeschlossenen, Earallel zur Längsachse der Sonde hin und zurück veriufenden Leiter zur Erzeugung eines rechtwinklig zum tu messenden Magnetfeld verlaufenden magnetischen Wechselfeldes und mit einer um den Kern angeordneten Meßspule zum Abgriff des Meßsignals, deren Achse in Richtung des zu messenden Feldes verläuft, wobei der als Flachkörper ausgebildete Kern zwischen dem kin und zurück verlaufenden, ais Flachleiter ausgebildeten Kern angeordnet ist. Dabei kann der Leiter ein Band- oder Folienleiter sein. Der Kern und gegebenenfalls die zwischenliegenden Isolierschichten können auf den Flach-, Band- oder Folienleiter als Schicht aufgebracht sein, ebenso wie es möglich ist, die gesamte Sonde einschließlich der Meßspule aus Schichten aufzubauen.

Gegenüber den bekannten Magnetometer-Sonden zeichnet sich eine solche Magnetometer-Sonde gemäß dem Hauptpatent durch kleinste Abmessungen bei wesentlich höherer Empfindlichkeit zur Messung kleiner magnetischer Felder aus, wobei die Sonde selbst das zu messende Feld nicht verändert und ein hohes lokales Auflösungsvermögen bei geringem elektrischem Leistungsbedarf hat.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einer solchen Magnetometer-Sonde die erforderliche Pumpleistung noch weiter zu reduzieren ίο und bei offenem Magnetkreis das äußere Pumpfeld zu beseitigen sowie eine Verringerung des Entmagnetisierungsfaktors zu erreichen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Magnetomeier-Sonde der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung vorgesehen, daß die Sonde innerhalb der Meßspule mehrere hin und zurück verlaufende Flachleiter mit zwischenliegenden, kompianaren Kern- und Isolierflachkörpern aufweist.

Der bei der Flachleiter- oder Folien-Sonde gemäß zo dem Hauptpatent offene Magnetkreis wird durch diese Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung geschlossen, so daß das äußere Pumpfeld beseitigt wird. Bedeutsamer aber ist noch die beträchtliche Reduzierung der erforderlichen Pumpleistung, weil die Sonde gemäß der Erfindung leichter zu sättigen ist.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung besteht die

Sonde aus zwei aufeinanderliegenden, hin und zurück verlaufenden, antiparallele Pumpfelder erzeugenden Flachleitern mit zwischenliegenden Kern- und Isolierflachkörpern.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Flachleiter mäanderförmig hin und zurück verlaufend mit jeweils zwischenliegendem Kern- und Isolierflachkörper angeordnet ist.

Zur Messung zirkularer Magnetfelder (von eingeschlossenen Strömen) sieht die Erfindung ferner vor, daß die Sonde ringförmige Gestalt hat.

Duich die Erfindung werden Magnetometer-Sonden geschaffen, die wegen ihrer geringen Abmessungen und wegen der geringen Mengen an magnetisierbarer Substanz besonders für den Einsatz in der Forschung und in der industriellen Prüfung geeignet sind, beispielsweise zum Auffinden und Messen kleiner magnetischer Körper, etwa kleinster Magnete und magnetischer Einschlüsse in Gesteinen oder Werkstoffen, oder zum Auffinden von Rissen in magnetischen oder strom durchflossenen Werkstücken. Der äußerst geringe Leistungsbedarf der Sonde macht diese besonders zur Verwendung in batteriebetriebenen Geräten, Wetterballons, Meeressonden, Satelliten usw. geeignet.

Die geringen Abmessungen und der geringe Leistungsbedarf der Sonde eröffnet dieser ein besonders bedeutsames Anwendungsgebiet insofern, als die Sonde sich unmittelbar mit der integrierten oder hybriden Halbleiter-Schaltungstechnik kombinieren läßt. Man kann so kompleite Magnetfeldmeßgeräte konstruieren, die aus der Sonde, dem Pumposzillator, dem Verstärker mit phasenempfindlichem Demodulator usw. bestehen und deren größte Abmessung nur wenige Millimeter beträgt.

Für die elektronische Datenverarbeitung ergibt sich die Möglichkeit, die Sonden kammartig anzuordnen zum Lesen von magnetischen Multikanalaufzeichnungen mit geringstem Kanalabstand.

Weiterhin lassen sich mit den Sonden einfache Strommeßgeräte konstruieren, die auf der Messung des Magnetfeldes des stromführenden Leiters beruhen, so daß es nicht erforderlich ist, den betreffenden Strom-

kreis zur Strommessung aufzutrennen. Eine bevorzugte Sondenanordnung für diesen Zweck ist gekennzeichnet durch zwei im Abstand parallel nebeneinander angeordnete, gegensinnig geschaltete Sonden, die äußere homogene Magnetfelder und das Erdfeld kompensieren. Eine Variante dieser Ausführungsf- ·γγπ ist gekennzeichnet durch zwei parallel hintereinander angeordnete, gegensinnig geschaltete Sonden.

Eine andere Sondenanordnung gemäß der Erfindung zeichnet sich aus durch drei rechtwinklig zueinander angeordnete ^ponden zur gleichzeitigen Messung der drei räumlichen Feldkomponenten, z. B. zur Bestimmung der Richtung und des Betrages eines Magnetfeldes im Raum. Auch hie· können wiederum äußere homogene Magnetfelder und das Erdfeld durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Sonden kompensiert werden.

Die Erfindung wird weiter mit Bezug auf einige Ausfiihrungsbeispiele erläutert, wobei auf die Zeichnungen Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 in einer Seitenansicht schematisch eine Sonde gemäß der Erfindung, die aus zwei komplanar aufeinanderliegenden Sonden gemäß dem Hauptpatent besteht, wobei die Wechselmagnetisierung der beiden Sonden antiparallel ist,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung einer Sonde mit mäanderförmigem Verlauf des Flachleiters,

F i g. 3 eine Sondenanordnung aus zwei im Abstand parallel nebeneinanderliegenden Sonden zur Stroynmessung ohne Unterbrechung des Stromkreises,

Fig.4 eine Sondenanordnung aus zwei parallel hintereinander angeordneten Sonden zur Strommessung,

F i g. 5 eine Sondenanordnung aus drei rechtwinklig zueinander angeordneten Sonden zur gleichzeitigen Messung der räumlichen Feldkomponenten, etwa zur Bestimmung der Richtung und des Betrages eines Magnetfeldes im Raum und

F i g. 6 eine Sonde gemäß der Erfindung mit ringförmiger Gestalt.

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform der Sonde gemäß der Erfindung besteht im wesentlichen aus zwei aneinanderliegenden und von einer gemeinsamen Meßspule umschlungenen Flach- oder Foliensonden gemäß dem Hauptpatent, auf das hinsichtlich des inneren Aufbaus und der Funktionsweise dieser Flach- oder Foliensonden zur Vermeidung von Wiederholungen hier Bezug genommen wird. Bei diesen Flach- oder Folier.sonden gemäß dem Hauptpatent ist der magnetische Pumpkreis offen. Dieser wird bei der Ausführungsform gemäß F i g. 1 der vorliegenden Erfindung durch das Auflegen eines zweiten, in einem U-förmigen Flachleiter L mit zwischenliegender Isolierschicht angeordneten Sondenkerns M" mit gegensinnigem Pumpfeld (Pfeile I) geschlossen, wobei die Meßspule U beide Flachleiter mit zwischenliegenden Kernen umschlingt.

Das gleiche gilt für das in F i g. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel der Sonde gemäß der Erfindung, bei der ein mäanderförmig hin und zurück verlaufender Flachleiter L mit jeweils zwischenliegenden Magnetkernschichten M'" von der gemeinsamen Meßspule U umschlungen ist.

Man kann die Flachleiter, Kern- und lsolierflachkörper als Mehrschichtfolie herstellen und U- oder mäanderförmig falten, für den Bau von Sonden mit besonders geringen Abmessungen ist es jedoch günstig, unter Verwendung entsprechender Masken die Sonde mitsamt der Meßspule in einer Folge von Aufdampfvorgängen herzustellen.

F i g. 3 zeigt die Anordnung von zwei im Abstand parallel nebeneinanderliegenden, gegensinnig geschalteten Sonden 12, 14, mit denen beispielsweise der Stromfluß in einem zwischen beiden Sonden 12, 14 liegenden Leiter Q ohne Unterbrechung des Leiters durch Messung des vom Stromfluß um den Leiter Q herum erzeugten Magnetfeldes gemessen werden kann. Durch die gegensinnige Schaltung der beiden Sonden 12, 14 werden äußere homogene Magnetfelder und das Erdfeld kompensiert. Die Strommessung im Leiter kann selbstverständlich auch durchgeführt werden, wenn dieser Leiter gemäß der Darstellung bei Q' neben der Sonde 14 liegt. Auch in diesem Fall werden äußere homogene Magnetfelder und das Erdfeld kompensiert. Das gleiche gilt bei einer Sondenanordnung gemäß F i g. 4, wo hintereinander parallel zwei gegensinnig geschaltete Sonden 15, 16 angeordnet sind und der Leiter Q", dessen Strom zu messen ist, neben der einen Sonde 15 liegt.

Bei der in F i g. 5 dargestellten Sondenanordnung sind drei Sonden 17, 18, 19 rechtwinklig zueinander angeordnet. Mit einer solchen Anordnung kann man gleichzeitig die drei räumlichen Feldkomponenten z. B. zur Bestimmung der Richtung und des Betrages eines Magnetfeldes im Raum messen. Auch hier können durch die erfindungsgemäße Ausbildung der Sonden äußere homogene Gleichfelder und das Erdfeld kompensiert werden, indem man — wie in F i g. 3 oder 4 — jeder der drei Einzelsonden eine dazu parallele Kompensationssonde zuordnet.

In F i g. 6 ist eine ringförmig gestaltete Magnetometer-Sonde 20 gemäß der Erfindung dargestellt, die zur Messung zirkularer Magnetfelder (von eingeschlossenen Strömen) geeignet ist. Auch als fest installiertes Strommeßgerät zur unterbrechungslosen Messung eines Stromes in einem Leiter Q'" ist diese Ausführungsform der Erfindung vorzüglich geeignet.

Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Meßspule jeweils um die gesamte Sonde herum gezeichnet, maßgebend ist selbstverständlich jedoch nur, daß die Meßspule um den oder die Kerne herum angeordnet ist, d. h., der Pumpfeld-Flachleitcr kann ganz oder teilweise außerhalb der Meßspule liegen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Magnetometer-Sonde zum Messen kleiner magnetischer Felder mit einem Kern aus magnetisierbarem Werkstoff, mit einem an eine Wechselstromquelle angeschlossenen, parallel zur Längsachse der Sonde hin und zurück verlaufenden Leiter zur Erzeugung eines rechtwinklig zum zu messenden Magnetfeld verlaufenden magnetischen Wechselfeldes und mit einer um den Kern angeordneten Meßspule zum Abgriff des Meßsignals, deren Achse in Richtung des zu messenden Feldes verläuft, wobei der als Flachkörper ausgebildete Kern zwischen dem hin und zurück verlaufenden, als Flachleiter ausgebildeten Leiter angeordnet ist, nach Patent 2 212610,dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde innerhalb der Meßspule mehrere hin und zurück verlaufende Flachleiter (L) mit zwischenliegenden kompianaren Kern- und fsolierffachkörpern (M ",M'") aufweist.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus zwei aufeinanderliegenden, hin und zurück verlaufenden Flachleitern (L) mit zwischenliegenden Kern- und Isolierflachkörpern (M") besteht.

3. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Flachleiter (L) mäanderförmig hin und zurück verlaufend mit jeweils zwischenliegendem Kern- und Isolierflachkörper (M'") angeordnet ist.

4. Sonde nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (20) ringförmige Gestalt hat.

5. Sondenanordnung aus Sonden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei im Abstand parallel nebeneinander angeordnete, gegensinnig geschaltete Sonden (12,14).

6. Sondenanordnung aus Sonden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch zwei parallel hintereinander angeordnete, gegensinnig geschaltete Sonden (15,16).

7. Sondenanordnung aus Sonden nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch drei rechtwinklig zueinander angeordnete Sonden (17,18, 19).