DE2345290A1 - ARRANGEMENT FOR LIMITING AN INTERFERING MAGNETIC ALTERNATING FIELD - Google Patents
ARRANGEMENT FOR LIMITING AN INTERFERING MAGNETIC ALTERNATING FIELDInfo
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Description
233-21.375P 7. 9· 1973233-21.375P 7. 9 · 1973
Anordnung zum Begrenzen eines störenden magnetischen WechselfeldesArrangement for limiting a disruptive alternating magnetic field
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Begrenzen eines störenden magnetischen Wechselfeldes, insbesondere an einem Elektronenmikroskop, ggf. an anderen Geräten, die auf Störungen durch ein magnetisches Wechselfeld empfindlich sind und aus Betriebs- oder anderen Gründen nicht wirksam gegen ein störendes magnetisches Wechselfeld abgeschirmt werden können, zum Beispiel durch Unterbringung in einem kompakten Medium hoher Permeabilität oder durch mehrfaches Abschirmen mittels eines Materials hoher Permeabilität.The invention relates to an arrangement for limiting a disturbing magnetic alternating field, especially on an electron microscope, possibly on other devices that are sensitive to interference from an alternating magnetic field and from operational or other Reasons cannot be effectively shielded against a disruptive alternating magnetic field, for example by housing in a compact medium of high permeability or by multiple shielding by means of a material of high permeability.
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Das Problem eines ungestörten Betriebes von Geräten, die auf Störungen durch ein magnetisches Wechselfeld empfindlich sind, vor allem von Elektronenmikroskopen, wird derzeit durch Anordnung dieser Geräte an Stellen gelöst, die von Störungsquellen entfernt sind, manchmal in selbständigen, für diesen Zweck bestimmten Gebäuden.The problem of the undisturbed operation of devices that are sensitive to interference from an alternating magnetic field is present mainly of electron microscopes, is currently solved by arranging these devices in places that are away from sources of interference, sometimes in separate buildings designed for this purpose.
Bekannte aktive magnetische Kompensationsanordnungen bestehen aus Helmholtz-Kompensationsspulen und einem Fühlsolenoid, das gleichachsig im Raum zwischen den Helmholtzspulen vorgesehen ist. Das Fühlsolenoid ist an den Eingang eines Regelglieds geeigneter elektrischer Eigenschaften geschaltet, an dessen Ausgang die Helmholtzspulen angeschlossen sind. Diese Anordnung kompensiert das Magnetfeld im Raum zwischen den Helmholtzspulen, d. h. im Raum, wo auch das Fühlsolenoid vorgesehen ist. Aus diesem Grund eignet sich diese Anordnung dann nicht, wenn aus konstruktiven Gründen das Fühlsolenoid nicht im Raum angeordnet werden kann, wo eine Kompensation eines magnetischen Wechselfeldes verlangt wird, wie dies bei einem Elektronenmikroskop der Fall ist.Known active magnetic compensation arrangements consist of Helmholtz compensation coils and a sensing solenoid, the is provided coaxially in the space between the Helmholtz coils. The sensing solenoid is suitably electrical to the input of a control element Properties switched to the output of which the Helmholtz coils are connected. This arrangement compensates for the magnetic field in the space between the Helmholtz coils, d. H. in the room where the sensing solenoid is also provided. For this reason, this is suitable Not arrangement if, for structural reasons, the sensing solenoid cannot be arranged in the space where compensation is required an alternating magnetic field is required, as is the case with an electron microscope.
Der erwähnte Nachteil wird erfindungsgemäß dadurch behoben, daß die Fühlspule und die Kompensationsspule eine gemeinsame Achse haben, und daß die Kompensationsspule zwischen der Fühlspule und einer Stelle angeordnet ist, an der das äußere störende magnetische Wechselfeld zu begrenzen ist.The aforementioned disadvantage is eliminated according to the invention in that the sensing coil and the compensation coil have a common axis have, and that the compensation coil is arranged between the sensing coil and a point where the external disturbing magnetic Alternating field is to be limited.
Die Erfindung wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, daß zwischen der Fühlspule und der Kompensationsspule auf der gemeinsamenThe invention is advantageously developed in that between the sensing coil and the compensation coil on the common
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Achse noch eine dritte Spule vorgesehen ist, die entlang der gemeinsamen Achse der Fühlspule und der Kompensationsspule mittels eines Stellwagens auf einer Führung verschiebbar gelagert und mit der Kompensationsspule in Reihe geschaltet ist.A third coil is also provided along the common axis Axis of the sensing coil and the compensation coil mounted displaceably on a guide by means of an actuator carriage and with the Compensation coil is connected in series.
Diese dritte Spule kann an einem Zapfen um eine gegenüber der gemeinsamen Achse senkrechte Achse drehbar gelagert sein.This third coil can be rotatably mounted on a pin about an axis perpendicular to the common axis.
An dieser gemeinsamen Achse kann noch eine Hilfsspule vorgesehen sein, wobei die Enden dieser Hilfsspule miteinander über eine Impedanz verbunden sind.An auxiliary coil can also be provided on this common axis be, the ends of this auxiliary coil are connected to one another via an impedance.
Die Hilfsspule kann zusammen mit der Impedanz durch einen Metallring ersetzt werden.The auxiliary coil can be replaced by a metal ring together with the impedance.
Die Hilfsspule kann mittels ihres Stellwagens auf einer mit der gsmeinsamen Achse der Kompensationsspule und der Fühlspule parallelen Führung verschiebbar gelagert sein, wobei diese Hilfsspule an ihrem Stellwagen mittels eines Zapfens drehbar gelagert sein kann, dessen Achse gegenüber der gemeinsamen Achse der Fühl- und der Kompensationsspule senkrecht ist.The auxiliary coil can, by means of its trolley, on a common axis of the compensation coil and the sensing coil parallel guide be slidably mounted, this auxiliary coil mounted rotatably on its trolley by means of a pin can be, whose axis is perpendicular to the common axis of the sensing and the compensation coil.
Ein Vorteil dieser Lösung ist, daß auf eine nicht kostspielige Weise der Betrieb von Geräten ermöglicht wird, die auf Störungen durch magnetische Wechselfelder empfindlich sind, vor allem von Elektronenmikroskopen, unter Umständen, wo sonst die Größe des bestehenden Störfeldes diesen Betrieb unmöglich machen würde.An advantage of this solution is that it enables the operation of devices which are sensitive to disturbances in a cost-effective manner are sensitive to alternating magnetic fields, especially from electron microscopes, under certain circumstances where the size of the existing interference field would make this operation impossible.
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Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel anhand der aus einer einzigen Figur bestehenden Zeichnung näher erläutert, die ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zeigt.The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawing consisting of a single figure, which shows a block diagram of an arrangement according to the invention.
Die Stelle, an der das störende Feld begrenzt werden soll, ist mit 1 bezeichnet. Auf einer gemeinsamen Achse sind eine Fühlspule 6, eine Kompensationsspule 2 und ferner eine dritte, verstellbare Spule 8 und eine Hilfsspule 9 vorgesehen. Die dritte Spule 8 und die Hilfsspule 9 sind mittels Stellwagen 82 und 92 verschiebbar entlang einer Führung 83 gelagert. Die Spulen 8 und 9 sind ferner an den Stellwagen 82 und 92 mittels Zapfen 81 und 91 um Achsen drehbar gelagert, die senkrecht zur gemeinsamen Achse des Spulensystems sind.The point at which the interfering field is to be limited is denoted by 1. A sensing coil is on a common axis 6, a compensation coil 2 and also a third, adjustable coil 8 and an auxiliary coil 9 are provided. The third coil 8 and the auxiliary coil 9 are mounted so as to be displaceable along a guide 83 by means of adjusting carriages 82 and 92. The coils 8 and 9 are also rotatably mounted on the carriages 82 and 92 by means of pins 81 and 91 about axes which are perpendicular to the common axis of the Coil system are.
Die Anordnung wirkt folgendermaßen:The arrangement works as follows:
Der störende magnetische Fluß, der durch die Fühl spule 6 verläuft, induziert in dieser eine Spannung, die dem Eingang 71 eines Regelglieds 7 zugeführt wird, wo sie derart verarbeitet wird, daß das durch die an einem Ausgang 72 des Regelglieds 7 angeschlossene Kompensationsspule 2 gebildete magnetische Feld gegenphasig gegenüber dem äußeren störenden magnetischen Feld ist. Es handelt sich hier deshalb um einen Regelkreis mit Gegenkopplung, der durch eine magnetische Kopplung zwischen der Kompensationsspule 2 und der Fühlspule 6 geschlossen ist, wobei es an der Stelle der Fühlspule 6 zu einer Verringerung des äußeren störenden magnetischen Feldes kommtThe disruptive magnetic flux that runs through the sensing coil 6, induces in this a voltage which is fed to the input 71 of a control element 7, where it is processed in such a way that the by the compensation coil connected to an output 72 of the control element 7 2 formed magnetic field is in phase opposition to the external disturbing magnetic field. It is here therefore a control loop with negative feedback, which is created by a magnetic coupling between the compensation coil 2 and the sensing coil 6 is closed, it being at the point of the sensing coil 6 to a Reduction of the external disturbing magnetic field comes
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durch Kompensation des durch die Kompensationsspule 2 gebildeten Feldes, und zwar auf den Wert l/A der Stärke des ursprünglichen äußeren störenden Magnetfeldes, wobei A die Verstärkung in der offenen Rückkopplungsschleife ist.by compensating the field formed by the compensation coil 2, namely to the value l / A of the strength of the original external interfering magnetic field, where A is the gain in the open feedback loop.
Falls das störende magnetische Wechselfeld im Raum zwischen der Stelle 1, wo sein Begrenzen gefordert wird, und der Fühlspule 6 homogen sein soll, tritt eine Kompensation überall auf einer Fläche ein, die einem Rotationsellipsoid gleicht, dessen Achse mit der Achse beider Spulen 6 und 2 zusammenfällt. Von den meistentfernten Punkten dieser Fläche liegt einer an der Stelle der Fühlspule 6 und der zweite (die Stelle der sekundären Kompensation) gegenüber dem ersten symmetrisch zur Mitte der Kompensationsspule 2. Falls das äußere störende Wechselfeld nicht homogen ist, ist die Symmetrie dieser Punkte gegenüber der Mitte der Kompensationsspule gestört. Die Stelle der sekundären Kompensation des Feldes kann jedoch entlang der gemeinsamen Achse der Fühlspule 6 und der Kompensationsspule 2 durch Anwendung der dritten, beweglichen Spule 8 verschoben werden, die so gelagert ist, daß durch ihren Vorschub zwischen der Fühlspule 6 und der Kompensationsspule 2 das magnetische Feld der Kompensations spule 2 in Richtung gegen die Fühlspule 6 geändert werden kann. Dadurch wird die effektive Entfernung der Fühlspule 6 von der Kompensationsspule 2 geändert und deshalb auch die Entfernung der Stelle der sekundären Kompensation von der Mitte der Kompensationsspule 2. Die dritte, bewegliche Spule 8 ist auf dem Zapfen 81 drehbar gelagert, der auf dem entlang der Führung 83 verschiebbaren Stellwagen 82 vorgesehen ist. Diese AnordnungIf the disturbing alternating magnetic field is in the space between point 1, where its limitation is required, and the sensing coil 6 should be homogeneous, a compensation occurs everywhere on a surface that resembles an ellipsoid of revolution, the axis of which coincides with the Axis of both coils 6 and 2 coincides. Of the most distant points on this surface, one is at the location of the sensing coil 6 and the second (the point of secondary compensation) opposite the first symmetrical to the center of the compensation coil 2. If the external interfering alternating field is not homogeneous, the symmetry of these points with respect to the center of the compensation coil is disturbed. The location of the secondary compensation of the field can, however, be along the common axis of the sensing coil 6 and the compensation coil 2 can be moved by using the third movable coil 8, which is mounted so that by its advance between the sensing coil 6 and the compensation coil 2, the magnetic field of the compensation coil 2 in the direction against the sensing coil 6 can be changed. As a result, the effective distance of the sensing coil 6 from the compensation coil 2 is changed and therefore also the distance of the point of secondary compensation from the center of the compensation coil 2. The third, movable coil 8 is open rotatably mounted on the pin 81 which is provided on the positioning carriage 82 which can be displaced along the guide 83. This arrangement
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ermöglicht, immer die Stelle zu finden, wo der Punkt der sekundären Kompensation liegen soll, ohne Rücksicht auf eine Inhomogenitätdesstörenden mangetischen Wechselfeldes, was hinsichtlich der Anforderungen an die mechanische Konstruktion der Anordnung vorteilhaft ist.allows to always find the place where the point of the secondary Compensation should be, regardless of an inhomogeneity of the disturbing mangetic alternating field, which is advantageous in terms of the requirements for the mechanical construction of the arrangement is.
Die zuletzt erwähnten Eigenschaften können auch so erzielt werden, daß die dritte Spule 8 auf andere Art als gemeinsam mit der Kompensationsspule 2 gespeist wird, ggf. kann die dritte Spule 8 weggelassen und ihre Wirkung durch einen besonderen Kreis im elektrischen Teil der Rückkopplungsschleife ersetzt werden.The last-mentioned properties can also be achieved so that the third coil 8 in a different way than together with the compensation coil 2 is fed, if necessary, the third coil 8 can be omitted and its effect through a special circle in electrical part of the feedback loop.
Falls an der Stelle, wo die Kompensation des magnetischen Wechselfeldes gefordert wird, eine Abschirmung durch einen leitenden Mantel 11 vorliegt, ist es zweckmäßig, die beschriebene Anordnung durch die Hilfsspule 9 zu ergänzen, deren Stromkreis durch eine bestimmte Impedanz 10 geschlossen ist. Die Hilfsspule 9 hat auf die Verteilung des magnetischen Feldes des Systems der Spulen 2, 6, 8 einen Einfluß, der dem Einfluß von Wirbelströmen im leitenden Mantel 11 äquivalent ist. Die Hilfsspule 9 besteht zum Beispiel aus einem massiven Metallring, der im Raum zwischen der Fühlspule 6 und der Kompensationsspule 2 beweglich gelagert ist, zum Beispiel drehbar an einem Zapfen 91, der auf dem entlang der Führung 83 verschiebbaren Stellwagen 92 angeordnet ist.If at the point where the compensation of the alternating magnetic field is required, shielding by a conductive one Sheath 11 is present, it is useful to supplement the arrangement described by the auxiliary coil 9, whose circuit through a certain impedance 10 is closed. The auxiliary coil 9 has to distribute the magnetic field of the system of coils 2, 6, 8 an influence that the influence of eddy currents in the conductive Jacket 11 is equivalent. The auxiliary coil 9 consists, for example, of a solid metal ring in the space between the sensing coil 6 and the compensation coil 2 is movably mounted, for example rotatable on a pin 91 which is arranged on the positioning carriage 92 which can be displaced along the guide 83.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht, ein magnetisches Wechselfeld auch an Stellen zu kompensieren, wo aus Konstruktions-The arrangement according to the invention makes it possible to compensate for an alternating magnetic field even in places where constructional
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gründen keine Fühlspule angeordnet werden kann. Gleichzeitig ermöglicht sie auf einfache Art, den Einfluß von Wirbelströmen in einem Mantel aus leitendem Material zu beachten und zu kompensieren , durch welchen bei einer Reihe von Anordnungen die Stelle umgeben ist, wo eine Kompensation des störenden magnetischen Vechselfeldes gefordert wird.found no sensing coil can be arranged. At the same time enables it is a simple way of observing and compensating for the influence of eddy currents in a jacket made of conductive material which, in a number of arrangements, surround the point where compensation for the disruptive magnetic V Wechselfeldes is required.
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