DE2329488B2

DE2329488B2 - Magnetischer Fühler mit einem parametrisch erregten zweiten harmonischen Oszillator

Info

Publication number: DE2329488B2
Application number: DE2329488A
Authority: DE
Inventors: Takasuke Tokio Fukui; Shintaro Musashino Tokio Oshima; Shizuo Kawasaki Kanagawa Suzuki; Teruji Niza Saitama Watanabe
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1972-06-08
Filing date: 1973-06-08
Publication date: 1974-09-26
Also published as: DE2329488A1; JPS538208B2; DE2329488C3; US3867690A; JPS4918071A

Description

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 auf Grund der auf diesen wirkenden Polarität des äußeren Magnetfeldes angepaßt ist.

Es sind bereits früher magnetische Fühler vorgeschlagen worden, die sich dadurch auszeichneten, einen Magnetfluß durch 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 Wickelvorgang mit großen Schwierigkeiten verbunden. Wenn der Magnetdraht durch irgendwelche Vorgänge während des Betriebes verformt worden ist, wurde die Magnetisierungscharakteristik des Magnetdrahtes durch

ίο 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 Richtcharakteristik für die magnetische Anzeige möglich wäre. Außerdem 1:;

ao die"Wickeltätigkeit für jeden Magnetdraht und da nachfolgende Verdrahten sehr umständlich. Den· entsprechend ist es schwer, bei einem magnetische;¹ Fühler der oben beschriebenen Art eine gleichförmig Charakteristik zu bekommen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen magnetischen Fühler zu schaffen, der frei von den dart: legten Nachteilen ist und der dazu geeignet ist, ei einzelnen Bestandteile in einem einheitlichen Aufba zur Vereinfachung tier Anordnung auszubilden, w.

durch gleichförmige Charakteristiken und verbessert Richtcharakteristiken erreicht werden sollen.

In der Zeichnung sind Ausführungsformen dei Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeit Fig. IA eine Seitenansicht einer Ausführung form der Erfindung,

Fig. IB einen Querschnitt entlang der Link ρ Z-Za aus F i g. 1 A,

Fig. IC einen Querschnitt enüang den Linien C-C aus F i g. 1 B,

*o F i g. 1 D ein Diagramm zur Erläuterung der Richtcharakteristik des in den Fig. 1 A, IB, IC und 1 I) dargestellten magnetischen Fühlers,

Fig. IE und 1 F in vergrößertem Maßstab die Teile E und F aus den F i g. 1 A bzw. 1 B, 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 Zentralster mittels Fotoätz-Technik gebildet werden. Von diesen entsprechenden oder besonderen Bestandteilen können Spulen gebildet werden, wie dies später noch beschrieben wird.

In Fig. IB ist mit dem Bezugszeichen 14 ein Mittelleiter 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 Aufstreeichen eine Isolationsschicht 16 ausgebildet. Sodann wird auf der Isolationsschicht 16 durch Aufdampfen eine leitfähige Schicht 17 gebildet, die beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Mittclleiter 14 sein kann. Die leitfähige Schicht 17 wird mit einem fotoempfindlichen Mate-

rial, beispielsweise KPR₁ überzogen, und sodann wird die Anordnung mit einer eine Spule darstellenden Maske abgedeckt und mit Licht belichtet. Diejenigen Bereiche des lichtempfindlichen Materials, die be lichtet 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 17 α zeigt einen Teil, der als Anschlußklemme der Spule 17 zurückgelassen worden ist. Auf die Oberfläche der Spule 17 mit Ausnahme der Klemmen 17 α 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 kar.n aus einem aufgesprühten Überzug eines niagne .ischen Materials gebildet sein, beispielsweise eines Ferrits. Die Schicht dient als FlulJ-Wächter zum Einfangen des Magnetflusses, der von der dünnen Magnetschicht 15 nach außen streut, nachdem ein durch einen im Mittelleiter 14 fließenden Hrrcgcrstrom erzeugtes Magnetfeld in der Magnetschicht 15 einen Sättigungswert erreicht hat. Das Überziehen mit einem solchen Magnetmatcrial 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-Lochbercichs 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-Lochbereichs 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 22η 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 des Magnetfühlers schützend umgibt.

An Hand der F i g. 1 E 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 16 wird die Leiterschicht 26 aufgedampft und die Sp'ile 17 durch Fotoätzung ausgebildet. Anschließend werden die Isolierschicht 18, die Leiterschicht 19, Hie Magnetschicht 20 und die Isolationsschicht 21 nacheinander aufgetragen, jedoch ist dabei zumindest ein Teil, wie er beispiels weise in F i g, 1 A 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 überzogen 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 Verbindungs-Lochbereich 25 verbunden werden.

An Hand der F i g. 1 F ist die gegenseitige Ver-

bindung zwischen Mittelleitcr 14 und Leiterschicht 19 zu beschreiben. In der Fig. IF entspricht der Teil vom Mittelleiter 14 bis zur Leiterschicht 17 der Fig. 1 E. Die Leiterschicht 17 ist teilweise abgeätzt, um die Spule 17 zu bilden, worauf dann die Leiterschicht 19 und der Magnetfilm 20 ausgebildet werden. Nach dem Auftragen der Isolierschicht 21 wird die äußere Spule 22 nach dem gleichen Verfahren ausgebildet, wie die innere Spule 17 hergestellt worden ist, und mit der Isolierschicht 23 ü^Kerzogen. Dabei

so wird eine Leiterschicht 26 auf dem Kopfteil des Magnctfühlcrs aufgetragen, um die Leiter 14 und 19 zu verbinden, wobei ein Erregerstrom /■ hierüber Hießen kann.

In Bet'ieb wird eine Erregerspannung c\ an den Leitern 14 und 19 angelegt, so daß ein Erregerstrom /f zur Magnetisierung der dünnen Magnetschichten 15 und 20 fließt. Die Spulen 17 und 22 sind über den Verbindungs-Lochbereich 25 miteinander in Reihe geschaltet, wogegen die Isolierschichten 18 und 21 zwischen liegen und eine dünne Schicht aus einem Material mit großer Dielektrizitätskonstante bilden, wodurch ein Kondensator geschaffen ist, der die Spulen 17 und 22 als Elektrodcnplatten verwendet, so daß ein Resonanzkreis, der durch das Parallelvcrbindcn eines Kondensators mit der Reihenschaltung der Spulen 17 und 22 gebildet ist, dafür geeignet ist, mit einer zur Erregerfrequenz / doppelten Frequenz in Resonanz zu kommen, womit ein parametrisch angeregtes Oszillatorelcment (ein Magnelfühlcr) der zweiten Harmonischen gcschalfen ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, das parametrisch angeregte zweite harmonische Oszillatorelement (Magnctfühler) dadurch zu schaffen, daß ein entsprechender Kondensator zwischen die Klcmmen 17 c; und 22 a geschaltet wird. Der Querschnitt des Verbindungslochs 25 entlang der Linie C-Ca ist in F i g. 1 C dargestellt. Das Loch 25 verbindet die Spulen 17 und 22 miteinander und ist beispielsweise zylindrisch ausgeführt, wie dies in F i g. 1 A gezeigt ist, jedoch ist auch jede andere Foim möglich. Das Bezugszeichcn H zeigt den Kopfteil dieses Magnctfühlers.

In F i g. 1 D ist dit Richtcharakteristik des Magnetfühlcrs der Erfindung für eine magnetische Anzeige dargestellt, wobei mit 28 ein Hauptrichtstrahl, der abhängig ist von·. Durchmesser des Mittelmagnetleiters 14, und 29 eine Randhülle bezeichnen.

In F i g. 2 ist ein anderes Beispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein zylindrischer Miltclleiicr 14 ο verwendet wird und die Teile mit gleichen Bezugszeichcn versehen sind, die identisch zu den Teilen aus Fig.] sind. Die Spulen 17 und 22 können Windungen aufweisen, die durch gewöhnliche Drähte gebildet werden. Ein Isolator 18 6 aus Harz od. dgl.

ist zwischen die Spule 17 und der. Leiter 19 eingesetzt. Da die übrige Aufbai'weise und der Betrieb des Gegenstands nach F i g. 2 im übrigen den Darlegungen zu den Fig. 1 A bis IF entsprechen, braucht

keine Beschreibung der Einzelheiten mehr gegeben zu werden.

Damit ist der crfindungsgcmäfjc Magnctfiihlcr beschrieben worden, bei dem die Fotoät7tcchiiik bei seiner Herstellung angewendet werden kann, so dad seine Bestandteile in einer Massenproduktion beigestellt, aber aueh mit sehr kleinen Abmessungen sehr genau gefertigt werden können. Als Folge davon können die Hauptmagnetdrähte und die Hilfsmapnctdrähtc des Kopfes ausreichend eng aneinander angcoidnct und die Spulen mit höchster Genauigkeit hergestellt werden. Damit ist es möglich, einen Mugnetfühlcr mit extrem scharfer Richtchatakteristik im Vergleich zu den üblichen Magnctfühlern zu cr-5 halten und lilemcntc mit ausgesprochen gleichförmigen Charakteristiken vorzusehen.

Unter »zweiter harmonischer Oszillator« soll ir Beschreibung und Ansprüchen ein Oszillator z.ui Urzeugung der zweiten Harmonischen verstander to werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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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 auf Grund 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) umgebenen Leiter (14) und untereinander in Reihe verbundene Spulen (17, 22), so daß eine Schwingungswicklung des parametrisch erregten zweiten harmonischen Oszillators gebildet isi, 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, wobei der Kopfteil (H) des Fühlers an einem Ende des ersten geraden Leiters (14) vorgesehen ist.

2. Magnetischer Fühler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulen (17, 22) auf dem eisten Leiter (14) bzw. dem zweiten Leiter (19) in schrauber, ^c:irmigen Schichten aus leitfahigem Materia¹ ausgebildet sind.

3. Magnetischer Fühler naui Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste gerade Leiter (14) ein zylindrischer Leiter (F i g. 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.