DE2329488A1

DE2329488A1 - Magnetischer fuehler mit einem parametrisch erregten zweiten harmonischen oszillator

Info

Publication number: DE2329488A1
Application number: DE2329488A
Authority: DE
Inventors: Takasuke Fukui; Shintaro Oshima; Shizuo Suzuki; Teruji Watanabe
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1972-06-08
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1973-12-20
Also published as: JPS538208B2; DE2329488C3; US3867690A; DE2329488B2; JPS4918071A

Description

DIPL. ING. KLAUS BEHN t Jt JMÖÖ DIPL. PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE 8 MÜNCHEN 22 Wl D E N M A Y E R S T R A S S E 6

TEL (O811) 22 25 30 29 5192 8. JUni 1973

A 185 73 23/Ks

Firma KOKUSAI DENSHIN DENWA KABUSHIKI KAISHA, 24/25, Kasumigaseki-Bldg., 3-2-5» Kasumigaseki, Chiyoda-Ku, Tokyo-To, Japan

Magnetischer Fühler mit einem parametrisch erregten zweiten

harmonischen Oszillator

Die Erfindung betrifft einen magnetischen Fühler, bei dem ein parametrisch erregter zweiter harmonischer Oszillator, der durch die Verwendung dünner magnetischer Schichten gebildet ist, für die Anzeige der An- oder Abwesenheit und der Polarität eines schwachen äußeren Magnetfeldes durch Ausnutzung der Abhängigkeit der Schwingphase des Oszillators aufgrund der axf diesen wirkenden Polarität des äußeren Magnetfeldes angepaßt ist.

Es sind bereits früher magnetische Fühler vorgeschlagen worden, die sich dadurch auszeichneten, einen Magnetfluß durch

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die Verwendung der parametrisch erregten zweiten harmonischen Schwingung anzeigen zu können (deutsche Patentanmeldung P 22 51 110.0). Solche magnetische Fühler werden hauptsächlich aus einem Magnetdraht gebildet, der dadurch erhalten wird, daß eine dünne ferromagnetische Schicht, beispielsweise Permalloy, auf einen Leiter aufgedampft oder auf elektrischem Wege aufgetragen wird. Ein isolierter Draht ist zur Bildung einer Wicklung um den Magnetdraht gewickelt worden,und weiterhin wurde ein Kondensator parallel zu der Wicklung geschaltet, um einen Resonanzkreis der zweiten harmonischen Frequenz zu schaffen. Dabei war der Magnetdraht gewöhnlich sehr dünn und der um diesen gewickelte isolierte Draht mußte noch dünner als der Magnetdraht sein. Aus diesem Grunde war der Wicktelvorgang rnmit großen Schwierigkeiten verbunden. Wenn der Magnetdraht durch irgendwelche Vorgänge während des Betriebes verformt worden ist, wurde die Magnetisierungscharakteristik des Magnetdrahtes durch unvermeidliche Magnetostriktion verschlechtert, was dazu führte, daß die parametrisch erregte zweite harmonische Schwingung abbrach. Daher sind diese magnetischen Fühler für eine Massenproduktion nicht geeignet und ihre Herstellung wird somit sehr teuer.

Bei dieser Art von magnetischen Fühlern gibt es außerdem eine Grenze in den Elementen, durch die eine Verbesserung der

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d-es? Richtcharakteristik für die magnetische Anzeige möglich wäre. Außerdem ist die Wickeltätigkeit für jeden Magnetdraht und das nachfolgende Verdeahten sehr umständlich. Dementsprechend ist es schwer, bei einem magnetischen Fühler der oben beschriebenen Art eine gleichförmige Charakteristik zu bekom men.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen magnetischen Fühler zu schaffen, der frei von den dargelegten Nachteilen ist und der dazu geeignet ist, die einzelnen Bestandteile in einem einheitlichen Aufbau zurvVereinfachung der Anordnung auszubilden, wodurch gleichförmige Charakteristiken und verbesserte Richtcharakteristiken erreicht werden sollen.

Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1A eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 1B einen Querschnitt entlang der Linien Z-Za aus Fig. 1A;

Fig. 1C einen Querschnitt entlang den Linien C-E aus Fig. 1B;

Fig. 1D ein Diagramm zur Erläuterung der Richtcharakteristik des in den Fig. 1A, 1B, 1C und 1D dargestellten magnetischen Fühlers;

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Fig. 1E und 1F in vergrößertem Maßstab die Teile E und F

aus den Fig. 1A "bzw. 1B; und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer anderen

Ausführungsform der Erfindung.

Ein zylindrischer Magnetfühler nach der Erfindung kann dadurch erhalten werden, daß nach und nach entsprechende Bestandteile konzentrisch auf einem Zentralleiter mittels Fotoätz-Technik gebildet werden. Von diesen entsprechenden oder besonderen Bestandteilen können Spulen gebildet werden, wie dies später noch beschrieben wird.

In Fig. 1B ist mit dem Bezugszeichen 14 ein Mittelleit,er dargestellt, der eine gute Leitfähigkeit besitzt und beispielsweise aus Kupfer, Phosphorbronze oder Berylliumkupfer hergestellt ist. Zunächst wird auf die Oberfläche des Mittelleiters 14 eine dünne Magnetschicht 15 durch Aufdampfen oder durch Galvanisieren aufgebracht. Gewöhnlich wird ein solcher Draht als Magnetdraht bezeichnet. Auf die Oberfläche des Magnetdrahtes wird durch Aufdampfen oder Aufstreichen eine Isolationsschicht 16 ausgebildet. Sodann wird auf der Isolationsschicht 16 durch Aufdampfen einer leitfähige Schicht 17 gebildet, die beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Mittelieiter 14 sein kann. Die leitfähige^Schicht 17 wird mit einem fotöempfindlichen Material, "beispielsweise KPR, überzo-

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gen.und sodann wird die Anordnung mit einer eine Spule darstellenden Maske abgedeckt und mit Licht belie&tet. Diejenigen Bereiche des lichtempfindlichen Materials, die b&ichtet worden sind, werden hart, können mittels einer Lösung nicht abgelöst werden und bleiben somit zurück, wogegen diejenigen Bereiche, die nicht belichtet worden sind, in der Lösung aufgelöst und entfernt werden. Die Anordnung wird sodann in eine Ätzlösung getaucht, um die unter den nicht belichteten Bereichen vorhandene leitfähige Schicht abzuätzen, wodurch eine Spule 17 hergestellt wird. Das Bezugszeichen 17a zeigt einen Teil, der als Anschlußklemme der Spule 17 zurückgelassen worden ist. Auf die^xOberfläche der Spule 17 mit Ausnahme der Klemmen 17a und eines Verbindungs-Lochbereichs 25, der später noch beschrieben wird, wird eine Isolierschicht 18 mit hoher Dielektrizitätskonstante aufgetragen. Die Schicht 18 kann der obengenannten Isolierschicht entsprechen oder sie kann aus einem aufgesprühten'Überzug eines magnetischen Materials gebildet sein, beispielsweise eines Ferrits. Die Schicht dient als Fluß-Wächter zum Einfangen des Magnetflusses, der von der dünnen Magnetschicht 15 nach außen streut, nachdem ein durch einen im Mittelleiter 14 fließenden Erregerstrom erzeugtes Magnetfeld in der Magnetschicht 15 einen Sättigungswert erreicht hat. Das Überziehen mit einem solchen

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Magnetmaterial ist daher wirkungsvoller. Eine Leiterschicht 19 ist auf der Oberfläche der Isolierschicht aufgetragen, wobei in ähnlicher Weise der Verbindungs-Lochbereich 25 ausgenommen ist. In diesem Fall ist die Schicht 19 und der Mittelleiter 14 miteinander durch einen Leiter 26 verbunden, der in dem Teil unterhalb des Verbindungs-Lochbereiches 25 liegt und durch den der Erregerstrom fließt. Eine dünne Magnetschicht 20, ähnlich der oben erwähnten Schicht 15, ist auf der Oberfläche der Schicht 19 aufgetragen, wobei wieder der Verbindungs-Lochbereich 25 ausgenommen ist. Eine Isolierschicht 21 mit großer Dielektrizitätskonstante ist auf der Oberfläche der dünnen Magnetschicht 20 mit Aussparung des Verbindungs-Lochbereiches 25 ausgeformt. Auf der Oberfläche der Isolationsschicht 21 ist eine weitere Spule 22 mittels der Fotoätztechnik gebildet, wie diese auch zur Bildung der inneren Spule 17 angewendet worden ist. Das Bezugszeichen 22a stellt die Klemmen der äußeren Spule 22 für die Verbindung nach außen dar. Bevor die Spule 22 durch das Ätzen hergestellt wird, wird über den Verbindungs-Lochbereich 25 zwischen den Spulen 22 und 17 eine Verbindung hergestellt, und zwar dann, wenn der Grundleiter der Spule ausgedampft wird. Dementsprechend haben die Spulen 17 und 22 in Bezug auf ein äußeres, gleichförmiges Magnetfeld eine entgegengesetzte Richtung. Mit dem Bezugszeichen 27 ist eine Schicht bezeichnet, die den Kopfteil

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des Magnetfühlers schützend umgibt.

Anhand der Fig. 1E wird die gegenseitige Verbindung zwischen den Spulen 17 und 22 weiter unten beschrieben. Nach dem Überziehen des auf dem Mittelleiter 14 angebrachten dünnen Magnetfilms 15 mit der Isolierschicht 16wird die Leiterschicht 26 aufgedampft und die Spule 17 durch Fotoätzung ausgebildet. Anschließend werden die Isolierschicht 18, die LeiterscMcht 19» die Magnetschicht 20 und die Isolationsschicht 21 nacheinander aufgetragen, jedoch ist dabei zumindest ein Teil, wie er beispielsweise in Fig. 1A mit 25 bezeichnet ist, d.h. das Verbindungsloch 25 mit einer Maske versehen, damit dieses Loch nicht von den Schichten 18, 19, 20 und 21 überaogen wird. Wenn die Leiterschicht 22 (sie bildet später nach dem Ätzvorgang die Spule 22) aufgedampft wird, ist die Maske entfernt, so daß die Spulen 17 und 22 miteinander über den Verbindungslochbereich 25 verbunden werden.

Anhand der Fig. 1F ist die gegenseitige Verbindung zwischen Mittelleiter 14 und Leiterschicht 19 zu beschreiben. In der Fig. 1F entspricht der Teil vom Mittelleiter 14 bis zur Leiterschicht 17 der Fig. 1E. Die Leiterschicht 17 ist teilweise abgeätzt, um die Spule 17 zu bilden, worauf dann die Leiterschicht 19 und der Magnetfilm 20 ausgebildet werden.

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Nach dem Auftragen der Isolierschicht 21 wird die äußere Spule , nach dem gleichen Verfahren ausgebildet, wie die innere Spule 17 hergestellt worden ist, und mit der Isolierschicht 23 überzogen. Dabei wird eine Leiterschicht 26 auf den Kopfteil des Magnetfühlers aufgetragen, um die Leiter 14- und 19 zu verbinden, wobei ein Erregerstrom i~ hierüber fließen kann.

In Betrieb wird eine Erregerspannung e^ an den Leitern 14 und 19 angelegt, so daß ein Erregerstrom i~ zur Magnetisierung der dünnen Magnetschichten 15 und 20 fließt. Die Spulen 17 und 22 sind über den Verbindungslochbereich 25 miteinander in Reihe geschaltet, wogegen die IsolierscMchten 18 und 21 dazwischen liegen und eine dünne Schicht aus einem Material mit großer Dielektrizitätskonstante biBen, wodurch ein Kondensator geschaffen ist, der die Spulen 17 und 22 als Elektrodenplatten verwendet, so daß ein Resonanzkreis, der durch das Parallelverbinden eines Kondensators mit der Reihenschaltung der Spulen 17 und 22 gebildet ist, dafür geeignet ist, mit einer zur Erregerfrequenz f doppelten Frequenz in Resonanz zu kommen, womit ein parametrisch angeregtes Oszillatorelement (ein Magnetfühler) der zweiten Harmonischen geschaffen ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, das parametrisch angeregte zweite harmonische Oszillatorelement (Magnetfühler)

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dadurch zu schaffen, daß ein entsprechender Kondensator zwiscken die Klemmen 17a und 22a geschaltet wird. Der Querschnitt des Verbindungsloches 25 entlang der Linie C-Ca ist in Fig. 1C dargestellt. Das Loch 25 verbindet die Spulen 17 und 22 miteinander und ist beispielsweise zylindrisch ausgeführt, wie dies in Fig. 1A gezeigt ist, jedoch ist auch jede andere Form möglich. Das Bezugszeichen H zeigt den Kopfteil dieses Magnetfühlers.

In Fig. 1D ist die Richtcharakteristik des Magnetfühlers der Erfindung für eine magnetische Anzeige dargestellt, wobei mit 28 ein Hauptrichtstrahl, der abhängig ist vom Durchmesser des Mittelmagnetleiters 14, und 29 eine Randhülle bezeichnen.

In Fig. 2 ist ein anderes Beispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein zylindrischer Mittelleiter 14a verwendet wird und die Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, die identisch zu den Teilen aus Fig. 1 sind. Die Spulen 17 und 22 können Windungen aufweisen, die durch gewöhnliche Drähte gebildet werden. Ein Isolator 18b aus Harz oder dergleichen ist zwischen die Spule 17 und den Leiter 19 eingesetzt. Da die übrige Aufbauweise und der Betrieb des Gegenstands nach Fig. 2 im übrigen den Darlegungen zu den Fig. 1A bis 1F entsprechen, braucht keine Beschreibung der Einzelheiten mehr gegeben zu werden.

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Damit ist der erfindungsgemäße Magnetfühler beschrieben worden, bei dem die Fotoätztechnik bei seiner Herstellung angewendet werden kann, so daß seine Bestandteile mn einer Massenproduktion hergestellt, aber auch mit sehr kleinen Abmessungen sehr genau gefertigt werden können. Als Folge davon können die Hauptmagnetdrähte und die Hilfsmagnetdrähte des Kopfes ausreichend eng aneinander angeordnet und die Spulen mit höchster Genauigkeit hergestellt werden. Damit ist es möglich, einen Magnetfühler mit extrem scharfer Richtaharakteristik im Vergleich zu den üblichen Magnetfühlern zu erhalten und Elemente mit ausgesprochen gleichförmigen Charakteristiken vorzusehen.

Unter "zweiter harmonischer Oszillator" soll in Beschreibung und Ansprüchen ein Oszillator zur Erzeugung der zweiten Harmonischen verstanden werden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

( 1.) Magnetischer Fühler, bei dem ein parametrisch erregter, zweiter harmonischer Oszillator, der durch die Verwendung dünner magnetischer Schichten gebildet ist, für die Anzeige der An- oder Abwesenheit und der Polarität eines schwachen äußeren Magnetfeldes durch Ausnutzung der Abhängigkeit der Schwingphase des Oszillators aufgrund der auf den Kopfteil des Fühlers wirkenden Polarität des äußeren Magnetfeldes angepaßt ist, gekennzeichnet durch zwei konzentrisch um einen ersten geraden, mit einer dünnen Magnetschicht (15) umgelaenen Leiter (14) und untereinander in Reihe verbundene Spulen (17» 22), so daß eine Schwingungswicklung des parametrisch erregten zweiten harmonischen Oszillators gebildet ist, und durch einen zylindrischen, mit einer Magnetschicht (20) umgebenen zweiten Leiter (19)» der zwischen den beiden Spulen (17» 22) mit diesen konzentrisch und von diesen isoliert angeordnet und mit dem ersten geraden Leiter (14) in Reihe geschaltet ist, so daß ein Erregungsleiter für den Erregerstromfluß gebildet ist, wöbe i der Kopfteil (H) das Fühlers an einem Ende des ersten geraden Leiters (14) vorgesehen ist.

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2. Magnetischer Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "beiden Spulen (17> 22) auf dem ersten Leiter (14) bzw. dem zweiten Leiter (19) in schraubenförmigen Schichten aus leitfähigem Material ausgebildet sind.
3. Magnetischer Fühler nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gerade Leiter (14) ein zylindrischer Leiter (Fig. 2) ist.
4. Magnetischer Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulen (17, 22) derart miteinander verbunden sind, daß sie in Bezug auf ein äußeres, gleichförmiges Magnetfeld eine entgegengesetzte Richtung aufweisen.

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