DE2329488C3 - Magnetischer Fühler mit einem parametrisch erregten zweiten harmonischen Oszillator - Google Patents

Description

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Die Hrfindung betrifft einen magnetischen Fühler, bei dem ein parametrisch erregter zweiter harmoniicher 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 Oszillator' 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 clic 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. Hin isolierter Draht ist zur Bildung einer Wicklung um den Magnetdraht gewickelt worden, und weiterhin wurde ein Kondensator parallel /11 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 Magnetdrahi sein. Aus diesem Grunde war der Wickelvorgang mit großen Schwierigkeiten verbunden. Wenn der Magnetdraht durch irgendwelche Vorgänge während des Betriebes verforint 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 Richtcharakteristik für die magnetische Anzeige möglich wäre. Außerdem ist die Wickeltätigkeit für jeden Magnetdraht und da nachfolgende Verdrahten !-.ehr umständlich. Dementsprechend ist es schwer, bei einem magnetischen Fühler der oben beschriebenen Art eine gleichförmige Charakteristik zu bekommen.

Ls 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 zur Vereinfachung der Anordnung auszubilden, wodurch gleichförmige Charakteristiken und verbesserte Richtcharakteristiken erreicht werden sollen.

In der Zeichnung sind Ausfühningsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigt

Fig. I A eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung,

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

F⁷ig. IC einen Querschnitt entlang den Linien CC aus F i g. 1 B,

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

Fig. 1 F. und 1 F in vergrößertem Maßstab die Teile/·,' und F aus den Fig. 1 A bzw. 1 B, und

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer anderen Au'.führungsform der Erfindung.

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

In Fig. IB ist mit dem Bczugszcichcn 14 ein Mittclleitcr dargestellt, der eine gute Leitfähigkeit besitzt und beispielsweise aus Kupfer, Phosphorbronze oder Bcrylliumkiipfer hergestellt ist. Zunächst wird auf die Oberfläche des Mittclleiters 14 eine dünne Magnetschicht 15 durch Aufdampfen oder durch Galvanisieren aufgebracht. Gewöhnlich wird ein solcher Draht als Mugnetdraht bezeichnet. Auf die Oberfläche des Magnetdrahtes wird durch Aufdampfen oder Aufstreeichen eine Isolationsschicht 16 ausgebildet. Sodann wird auf der Isolationsschicht 16 durch Aufdampfen eine !eitfähige Schicht 17 gebildet, die beispielsweise aus dem gleichen Material wie der Mittclleitcr 14 sein kann. Die leitfähige Schicht 17 wird mit einem fotocmpfindlichcn Mate-

rial, beispielweise KPR, überzogen, und sodann wird die Anordnung mit einer eine Spule darstellenden Maske abgedeckt und mit Licht belichtet. Diejenigen Bereiche des lichtempfindlichen Materials, die belichtet worden sind, werden hart, können mittels eicer Lösung nicht abgelöst werden und bleiben somit zurück, wogegen diejenigen Bereiche, die nicht belichtet worden sind, in der Lösung aufgelöst und enifernt werden. Die Anordnung wird sodann in eine Ätzlösiing getaucht, um die unter den nicl.t belichteten Bereichen vorhandene iuitfähigc Schicht abzuätzen, wodurch eine Spule 17 hergestellt wird. Das Bezugszeichen 17α zeigt einen Teil, der als Anschlußklemme der Spule 17 zurückgelassen worden ist. Auf die Oberfläche der Spule 17 mit Ausnahme der Klemmen 17 a und eines Verbindungs-I .ochbereichs 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 ao aus einem aufgesprühten Überzug eines magnetischen Materials gebildet sein, beispielsweise eines Ferrite Die Schicht dient als Fluß-Wächter /um Einfangen des Magnetflusses, der von der dünnen Magnetschicht 15 nach außen streut, nachdem ein durch einen im Mittcllcitcr 14 fließenden Lrregerslrom erzeugtes Magnetfeld in der Magnetschicht 15 einen Sättigungswert erreicht hat. Das überziehen mit einem solchen Mapielniaterial ist daher wirkungsvoller. Line Leiterschicht 19 ist auf der Oberfläche der Isolierschicht aufgetragen, wobei in ahnlicher Weise der Verbindungs-Lochbereich 25 ausgenommen ist. In diesem Fail ist die Schicht 19 und der Mittelleiter 14 miteinander durch einen Leiter 26 verbunden, der in dem Teil unterhalb des Verbindungs-I oehbcrcichs 25 liegt und durch den der Erregerstrom fließt. Line 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. Line Isolierschicht 21 mit großer Dielektrizitätskonstante ist auf der Oberfläche Her dünnen Magnetschicht 20 mit Aussparung des Verbindungs-Lochbcreichs 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 22« stellt die Klemmen der äußeren Spule 22 für die Verbindung nach außen dar. Bevor die Spule 22 durch das Atzen 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 Bezugszeiclicn 27 ist eine Schicht bezeichnet, die den Kopfteil des Magnctfühlers schützend umgibt.

An Hand der Fig. 1 E wird die gegenseitige Verbindung zwischen den Spulen 17 und 22 weiter unten beschrieben. Nach dem Überziehen des auf dem Mittcllcitcr 14 angebrachten dünnen Magnellilnis 15 mit der Isolierschicht 16 wird die I eiterschicht 26 aufgedampft und die Spule 17 durch Fotoäi/iing ausgebildet. Anschließend werden die Isolierschicht 18, die Leiterschicht i9, die Magnetschicht 20 und die isolationsschicht 21 nacheinander aufgetragen, jedoch ist dabei zumindest ein '.eil, wie er beispielsweise 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 Fig. 1 F ist die gegenseitige Verbindung zwischen Mittelleiter 14 und Leiterschicht 19 zu beschreiben. In der F i g. 1 F entspricht der Teil vorn Mittelleiter 14 bis zur Leiterschicht 17 der F i g. 1 L. 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 überzogen. Dabei wird eine Leiterschicht 26 auf dem Kopfteil des Magnetfiihlers aufgetragen, um die Leiter 14 und 19 zu verbinden, wobei ein Lrregerstrom /f hierüber [ließen kann.

In Betrieb wird eine Erreuerspannung c· an den Leitern 14 und 19 angeleul, so daß ein Errcgcrstrom /, /ur Magnetisierung der dünnen Magnetschichten 15 und 20 fließt. Die Spulen 17 und 22 sind über ucn Verbindiings-Loclibercieh 25 miteinander in Reihe geschaltet, wogegen tue Isolierschichten 18 und 2! /wischen liegen und eine dünne Schicht aus einem Material mit großer Dielektrizitätskonstante bilden, wodurch ein Kondensator geschaffen ist, der die Spulen 17 und 22 als Elektrodcnplatlcn 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 Frregerfrequcnz / doppelten FrCt]UeIi/. in Resonanz zu kommen, womit ein parametrisch angeregtes Oszillatorelcmcnt (ein Magnclfülilcr) der zweiten Harmonischen geschaffen ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, das parametrisch angeregte zweite harmonische Oszillatorelemen! (Magnctfühler) dadurch zu schaffen, daß ein entsprechender Kondensator zwischen die Klemmen 17« und 22« geschaltet wird. Der Querschnitt des Verbindungslochs 25 entlang der Linie C-Ca ist in Fig. IC dargestellt. Das Loch 25 verbindet die Spulen 17 und 22 miteinander und ist beispielsweise zylindrisch ausgeführt, wie dies in F i g. IA gezeigt ist, jedoch ist auch jede andere Form möglich. Das Bezugs/eichen // zeigt den Kopflei! dieses Magnetfiihlers.

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

In Fig. 2 ist ein anderes Beispiel der Erfindung dargestellt, bei dem ein zylindrischer Mittclleiter 14« 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 wurden. Fin Isolator 18/) aus Harz od. dgl. ist zwischen die Spule 17 und den Leiter 19 eingesetzt. Da die übrige Aufbauweise und der Betrieb des Gegenstands nach F i g. 2 im übrigen Jen Darlegungen zu den F i g. 1 A bis 1 F entsprechen, braucht

keine Beschreibung der Lünzelhciten mehr gegeben zu werden.

Damit ist der erfindungsgcmiifk Magnctfühlcr be schrieben worden, bei dem die Fotoätztechnik bei seiner Herstellung angewendet werden kann, so daft seine Bestandteile in einer Massenproduktion heigestellt, aber auch mit sehr kleinen Abmessungen sehr genau gefertigt werden können. Als Folge davon können die HauptmagneUiriilUe und die Hillsmagnctdriihtc des Kopfes ausreichend eng aneinander augeordnet und die Spulen nnt höchster (ienauipkcit hergestellt werden. Damit ist es möglich, einen Maunetfiihler mit extrem scharfer Richtcharakteristik im Vergleich /u den üblichen Magnctfühlern zn erhalten und llemente mit ausgesprochen gleiehförnn- !'.en Charakteristiken vorzusehen.

Unter »zweiter harmonischer Oszillator« soll in Hcschreibung und Ansprüchen ein Oszillatoi zur 1 -.[zeugung der /weilen Harmonischen verstanden weiden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

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 ist, and durch einen zylindrischen, mit einer Magnetschicht (20) umgebenen zweiten Leiter (19), der ao 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 (//) des Fühlers an einem f-nde des ersten geraden Leiters (14) vorgesehen ist.

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 zvlindrischcr Leiter (Fig. 2) ist.

4. Magnetischer Fühler nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch pekcnnzeichnet, daß die beiden Spulen (17, 22) derart miteinander verbunden sind, daß sie in bezug auf ein äußeres, gleichförmiges Magnetfeld eine entgegengesetzte Richtung aufweisen.