DE2408547B2 - Magnetische gradientensonde - Google Patents
Magnetische gradientensondeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine magnetische Gradientensonde mit zwei Magnetfeidsensoren. deren magnetische
Achsen parallel zu einer gedachten Linie ausgerichtet sind, die in einem bestimmten Absland voneinander
entlang der gedachten Linie angebracht sind und deren elektrische Ausgänge so miteinander verbunden sind,
daß ein dem Gradienten der an den Orten der beiden Magnetfeidsensoren vorliegenden Magnetfelder entsprechendes
elektrisches Signal entsteht.
Derartige Sonden sind seit langem bekannt. Sie dienen neben dem Ermitteln und Messen von magnetischen
Feldgradienten an sich auch dem Aufsuchen von
ίο verborgenen ferromagnetischen Körpern, wie Minen.
Bombenblindgängern. Schiffen und dgl., indem man die von diesen Körpern hervorgerufenen Störungen des
magnetischen Erdfeldes zu ihrer Ortung benutzt.
Häufig bedient man sich dabei wegen ihrer hohen Empfindlichkeit und ihres einfachen Aufbaus der in
vielen verschiedenen Erscheinungsformen bekannten Oberwellensonden. Diese besitzen als Wandlerorgan
einen magnetisierbaren Kern, der von einem magnetischen
Wechselfeid bestimmter Frequenz bis in die Sättigung erregt wird, wobei in einer den Kern
umgehenden Spule, wenn das Erregermagnetfeld von einem zu messenden Magnetfeld überlagert ist.
geradzahlige Harmonische der o. g. Frequenz entstehen, deren Amplitude der Feldstärke des zu messenden
Magnetfeldes proportional ist. Grundsätzlich werden jedoch für die eingangs genannte Gradientensonde auch
Magnetfeidsensoren anderer Art eingesetzt.
In vielen Anwendungsfällen. insbesondere bei den
oben genannten Suchaufgaben, müssen Magnetfeldgradienten in der Größenordnung weniger γ
(Iv= 10 s Oe) aufgelöst werden, wahrend gleichzeitig
die Gradientcnsonde dem vollen magnetischen Erdfeld von ca. 0.3 Oc ausgesetzt ist. Um bei beliebigen
Lageänderungen der Gradientensonde jeden Einfluß des ungestörten magnetischen Erdfeldes unterdrücken
zu können, muß die Sonde zwei wichtige Forderungen
erfüllen:
1. Die beiden elektrisch gegeneinander geschalteten Magnetfeidsensoren müssen innerhalb des gesamten
Bereichs der in ihrer Umgebung möglichen magnetischen Feldstärken eine gleichbleibende
Empfindlichkeit aufweisen.
2. Die magnetisch empfindlichen Richtungen der beiden Magnetfeidsensoren. kurz ihre magnetisehen
Achsen, müssen sehr genau parallel zueinander, bzw. zu der oben genannten gedachten Linie
ausgerichtet sein.
Während man der ersten Forderung nachkommen kann, indem man das mittlere magnetische Erdfeld am
Ort beider Magnetfeldsensoren durch geeignete Gegenkopplungsspulen
auf einen Wert nahe Null herunterkompensiert, ist für die zweite Forderung noch keine
voll befriedigende Lösung bekannt. Bei einem seit vielen lahren eingesetzten Suchgerät sind die beiden Magnetfcldscnsoren
in das obere und untere Ende eines Trägerrohres eingebaut, wo jeweils das eine Ende eines
Magnetfeldsensors in einem Kugelgelenk gelagert ist und die Lage des anderen Endes über eine Stellschraube
verändert werden kann. Auf diese Weise läßt sich zwar für den Augenblick eine sehr genaue Parallelisierung
der beiden Sensoren erreichen, allein unter dem Einfluß des rauhen Sucheinsatzes tritt eine Dejustierung auf, die
eine Wiederholung des Parallelisierungsvorganges von Zeit zu Zeit erforderlich macht. Daran sind die
6> verschiedensien Ursachen beteiligt, wie Temperatureinflüsse,
Stoß- oder Biegebcanspruchung und dergleichen mehr. Fine Vorstellung von den notwendigen Anforderungen
an die Parallelität der beiden Magnetfeldsenso-
ren ernait man. wenn man erfährt, daß t B. cm Winkel
zwischen den magnetischen Achsen der beiden Magnetfeldsensoren von 1/100° bereits eine fühlbare Dejustierung
bedeuten kann. Natürlich ist das öftere Nachpara! lelisieren der Sonden sehr unerwünscht, da es den
Betriebsablauf stört. Zudem muß das Parallelisieren an
einem von Erdfeldstörungen freien Ort d. h. praktisch auf dem freien Feld, außerhalb geschlossener Ortschaften
durchgeführt werden.
Aus US-PS 32 81660 ist ein Suchgerat mit einer
Gradientensonde bekannt, deren beide Magnetfeldsensoren
an den Enden eines in seiner Mine befestigten
federnden Rohres eingebaut sind. Die P.irallelisierung
der beiden Sensoren wird ausgeführt, indem man die
beiden Enden des Rohres gegenüber der Mitte in /uei
zueinander senkrechten Richtungen und senkrecht /ur Rohrachsrichtung auslenkt. Zu diesem Zweck sind
entsprechend der gewünschten Abbiegenchtun^ an ilen
beiden Rohrenden Längsschlitze an unterschiedlichen Stellen des Rohrumfanges vorgesehen, die eine zo
Auslenkung der Rohrenden in definierte Richtungen möglich machen. Von erheblichem Nachteil bei der
beschriebenen Ausführung einer Gradientensonde ist es. daß insbesondere bei inhomogener Erwärmung.
etwa durch Sonneneinstrahlung, sich unerwünscht hohe 2<
Spannungen des die Sensoren tragenden Rohres ergaben, die entsprechend hohe Parallelitätsfehler der
Sensoren zur Folge hatten. Ein weiterer Nachteil kann dann erblickt werden, daß die notwendigerweise starke
Ausfuhrung der Rohre Verstelleinrichiungcn erforderte.
die hohe Kräfte aufzunehmen in der Lage waren.
Die Erfindung macht sich demgemäß eine Gradientensonde
zur Aufgabe, die sich auf einfache Weise sehr genau und stabil parallelisieren läßt. Diese Aufgabe v, ird
gelost durch eine Gradientensonde, die gemäß Patentanspruch 1 gekennzeichnet ist. Dabei ergeben sich zu ei
sehr wichtige Vorteile. Durch die Aufhängung der Magnetfeldsensoren an Spanndrähten ergibt sich zum
einen eine gute Konstanz der Parallelisierung. da auch bei einer Verbiegung der tragenden Konstruktionsolemente
die Parallelität der Spanndrähte erhalten bleibt,
zum anderen bietet sich eine sehr einfache Möglichkeit zum genauen Einstellen der Parallelität. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Wnter.insprüchen
beschrieben. 4i
Im folgenden soll die Erfindung anhand einiger Figuren näher erläutert werden. Es zeigen im einzelnen
F 1 g. 1 eine Gradientensonde im Schnitt.
F 1 g. 2 ein Prinzipschaltbild der dargestellten Sonde.
F 1 g. 3 ein Detail einer abgewandelten Gradientensonde.
In Fig. 1 ist eine mögliche Ausführungsform der
erfindungsgemäßen Gradientensonde im Schnitt dargestellt. Im gewählten Beispiel worden Magnetfeldsensoren,
die nach dem Oberwellenprinzip arbeiten, benutzt, es können jedoch auch durchaus andere geeignete
Magnetfeldsensoiren eingesetzt werden. Auch soll die Erfindung nicht auf den im vorliegenden Beispiel
angeführten besonders vorteilhaften Fall 'ingeschränkt sein, bei dem die Spanndrähte gleichzeitig zur
Herstellung des Erregcrmagnetfeldes dienen.
Die wesentlichen Bestandteile der Gradientensonde nach F i g. 1 sind die beiden Magnetfeldsensnren I und 2
zwei Spanndrahtstücke 3 und 4. die im \orhegendet
Beispiel zu einem Draht 5 gehören, zwei Parallelisie- '·.-rungseinrichtungen
6 und 7, eine Spanneinrichtung 8. ein Schutzrohr 9 und eine Grundplatte 10. Die beiden
Sensoren I und 2 sind genau gleich aufgebaut. Ihr wichtigstes Teil ist das den Kern der Oberwellensonden
bildende Röhrchen II. bzw. 12. das aus hochwertigem
ferromagnetischem Ma»erial besteht und vor dem Einbau einer speziellen Ausgluhbehandlung unterzogen
werden muß. um frei von inneren Spannungen zu sein. Die Achse dieses Rohrchens bildet gleichzeitig im
wesentlichen die magnetische Achse des Sensors, d.h.
nur eine in diese Achse fallende Komponente eines magnetischen Feldvektors wird vom Sensor wahrgenommen.
Durch eine ringförmige Klebestelle 13 ist das
Röhrchen 11 mit einem Ende am Drahtstück 3 befestigt.
Dadurch wird ein Verspannen des Röhrchens bei Ausdehnung unter Temperatureinfluß vermieden. Seitliche
Bewegungen des freien Endes von Röhrchen 11 können vermieden werden, indem man etwas Fett oder
Öl in den Raum zwischen Röhrchen 11 und Drahtstuck 3
bringt. Auf ein Spulenrohrchen 14 ist eine zylindrische Wicklung 15 aufgebracht. Beide miteinander sind in ein
Tragröhrchen 17 eingeschoben, das mittels eines Bügels
18 am Stab 19 montiert ist. Obwohl die erfindungsgemaße
Gradientensonde auch mit am Röhrchen 11 befestigter Wicklung ausgeführt werden kann, wird hier
,ils besonders vorteilhaft die Aufhängung der Wicklung
unabhängig vom durch den Spanndraht getragenen Sondenkern angegeben. Damit soll die mit dem
Spanndraht verbundene Masse klein gehalten werden,
um auch Auslenkungen des Spanndrahtes möglichst in engen Grenzen zu halten. Die Ireien Enden 20, 21 und
22, 23 der Wicklungen 15 und 16 sind nach draußen
geführt.
Der Spanndraht 5 ist. wie schon weiter oben gesagt,
gleichzeitig für die magnetische Erregung der Röhrchen
11 und 12 vorgesehen. Zu diesem Zweck wird in die Drahtenden 25 bzw. 26 ein Wechselstrom / dor
Frequenz /"eingeleitet, der die beiden Röhrchen 11 und
12 bis in die Sättigung zirkulär magnetisiert. Der Strom /
nimmt dabei seinen Weg von Drahtende 25 über das Drahtstück 3, die U-förmige Schleife 27 und das
Drahtstück 4 zum Drahtende 26.
Die notwendige hohe mechanische Spannung des Drahtes 5 wird von der Spanneinrichtung 8 hergestellt.
Diese ist durch den Stab 19 mit der Grundplatte 10 starr \erbunden. Im angedrehten unteren Ende 28 des Stabes
19 gleitet eine genau eingepaßte Buchse 29, die selbst in einen Spannbügel 30 aus elektrisch nicht leitendem
Material eingesetzt ist. Eine kräftige Spiralfeder 31 drückt die Buchse 29 mit dem Spannbügel 30 nach unten
und spannt dabei den in einer Profilrinne 32 am Umfang des Spannbügels geführten Draht 5.
Um ein Verdrehen von Buchse 29 und Spannbügel 30
gegenüber dem Stab 19 zu verhindern, ist in das Stabende 28 ein Keil 33 eingesetzt, der in der "siut 34
gleiten kann. Die Spanneinrichtung 8 sorgt dafür, dal? die beiden Drahtstücke 3 und 4 stets weitgehend parallel
zur Mittellinie 35, d.h. zur gedachten Achse der Gradientensonde bleiben.
Die beiden für die exakte Parallelisierung der beiden Sensoren 1 und 2 vorgesehenen Paralielisierungseinrichtungen
6 und 7 sind im Aufbau genau gleich, jedoch um 90" gegeneinander versetzt angeordnet. Mit der
ersteren wird eine Verschiebung des Endes von
Drahtstück 3 in Richtung von Pfeil 38. mit der letzteren ■ ine Verschiebung des Endes von Drahtsück 4 in
l<'i"htung senkrecht zur Zeichenebene ermöglicht. Als
Bedienungsorgane sind in beiden Fällen Stellschrauben
vorgesehen, von denen im vorliegenden Schnitt nur Schraube 39 sichtbar ist. Diese besitzt /ur Betätigung
einen Vierkantkopf 40 und ist durch ein Feingewinde in
Richtung von Pfeil 38 gegenüber der Grundplatte 10 bewegbar. Die Spitze der Schraube 39 greift an die
Vorderseite eines Schlittens 41 an, der aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff besteht. Die Rückseite des
Schlittens 41 stützt sich mit einer Reihe von Blattfedern 42 gegen die Grundplatte 10 ab, so daß der Schlitten
durch Betätigung der Schraube 39 in Richtung von Pfeil 38 hin und her bewegt werden kann. Eine Flanke des
Schlittens 41 gleitet dabei auf einer ihr gegenüber liegenden Fläche der Grundplatte 10 und wird von
einem Satz Blattfedern auf diese Fläche angedrückt. Die Blattfedern sind im vorliegenden Schnitt bei der
Parallelisierungseinrichtung 6 nicht sichtbar, entsprechen jedoch den Blattfedern 43 der identischen
Parallelisierungseinrichtung 7. Der durch eine Bohrung des Schlittens 41 geführte Spanndraht 5 wird von einem
Klermikonus 44, der in eine konische Öffnung des Schlittens gepreßt ist, festgehalten und gegen die
Spannkraft der Spanneinrichtung 8 abgesichert.
Aus dem Dargestellten läßt sich leicht die Verbesserung der Konstanz der Parallelisierung erkennen. Ein
Verbiegen des Stabes 19 in beliebigen Richtungen bewirkt lediglich eine entsprechende gemeinsame
Richtungsänderung beider Spanndrahtstücke 3 und 4, nicht jedoch eine Änderung ihrer Parallelität. Dagegen
wirkte sich bei den bisherigen Gradientensonden jede Durchbiegung des die Feldsensoren tragenden Rohres
unmittelbar parallelitätsschädigend aus.
F i g. 2 zeigt ein vereinfachtes Prinzipschaltbild für die im vorliegenden Beispiel dargestellte Oberwellensonden.
Darin ist 45 ein Stromgenerator, der den zum Betrieb der Sonde nötigen Erregerstrom / für die
Sondenkerne 11 und 12 mit der Frequenz /"erzeugt und
durch den Draht 5 schickt. Die Wicklungen 15 und 16 sind mit den Differenzeingängen 46 und 47 eines
Differenzmagnetometers 48 verbunden und speisen dieses mit einer Spannung der Frequenz 2/" entsprechend
dem Magnetfeldgradienten der Orte der Magnet-
feldsensorcn 1 und 2, der am Meßinstrument 49 zui
Anzeige kommt. Die Basis des angezeigten Magnetfeldgradienten wird dabei gebildet durch den Absland s der
beiden Magnetfeldsensoren 1 und 2.
F i g. 3 zeigt eine Abwandlung der Spanneinrichtung Der Spanndraht 5 wird wieder über einen Spannbügel
51 geführt, der dem in Fig. 1 gezeigten Spannbügel 30
entsprechen kann, aber in einem anderen Schnitt dargestellt ist. Spannbügel 51 ist starr verbunden mit
einem Winkel 52, dessen Rückseite auf der Gleitfläche 53 eines Klotzes 54 aufliegt und der dadurch am
Verdrehen gehindert wird. An der Unterseite des Winkels 52 greift über eine Schraube 55 eine Feder 56
an, die über eine zweite Schraube 57 am Boden 58 des Schutzrohres 59 angebracht ist. Grundsätzlich sind noch
andere Arten der Aufhängung des Spanndrahtes 5 möglich. So kann statt des starren Spannbügels 30 oder
51 auch eine Umlenkrolle vorgesehen werden, an deren Rundheit und Lagerung jedoch hohe Anforderungen zu
stellen wären. Selbstverständlich ist im Rahmen der Erfindung auch eine von einander unabhängige
Aufhängung der unteren Enden der Drahtstücke 3 und 4 möglich, wobei gleichzeitig eine oder auch beide
Parallelisierungseinrichiungen am unteren Ende der Drahtstücke vorgesehen sein können.
Obwohl die möglicherweise am Draht auftretenden Schwingungen wegen der Spannung des Drahtes eine
Frequenz aufweisen, die in den meisten Fällen wegen ihrer Höhe nicht mehr störend ist, soll hier noch ein
Mittel genannt werden, mit dem auf einfache Weise solchen Schwingungen entgegengewirkt werden kann.
In der Gegend des mutmaßlichen Schwingungsbauches, der infolge der geringen Masse der Röhrchen 11 und 12
nur unwesentlich von der Mitte der Drahtstücke 3 oder 5 abliegt, durchläuft das Drahtstück ein Röhrchen, das
ebenfalls am Stab 19 befestigt sein kann und das eine durch Kapillarwirkung im Röhrchen haftende schwingungsdämpfende
Flüssigkeit enthält.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (8)
1. Magnetische Gradientensonde mit zwei Magnetfeldsensoren,
deren magnetische Achsen parallel zu einer gedachten Linie ausgerichtet sind, die in
einem bestimmten Abstand voneinander entlang der gedachten Linie angebracht sind und deren elektrische
Ausgänge so miteinander verbunden sind, daß ein dem Gradienten der an den Orten der beiden
Magnetfeldsensoren vorliegenden Magnetfelder entsprechendes elektrisches Signal entsteht, dadurch
gekennzeichnet, daß die beiden Magnetfeidsensoren (I, 2). zumindest aber die deren
magnetischen Achse bestimmenden Elemente (U, 12) an je einem von zwei parallel zueinander und zur
genannten gedachten Linie (35) verlaufenden gespannten Drahtstücken (3, 4) befestigt sind, wobei
zumindest an einem Ende eines j^den der beiden Drahtsiiicke (3, 4) eine Parallelisierungseinrichturig
(δ, 7) vorgesehen ist. deren eine (6) ein Verschieben des Endes des ihr zugeordneten Drahtstückes (3) in
einer ersten Richtung senkrecht zur Achsrichtung des Drahtstückes (3) erlaubt, deren /weile (7) ein
Verschieben des Endes des ihr zugeordneten Drahtstückes (4) in einer zweiten Richtung senkrecht
zur Achsrichtung des Drahtstückes (4) erlaubt.
2. Magnetische Gradientensonde nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Drahtstucke
(3, 4) durch eine oder mehrere federn (31) gespannt sind.
3. Magnetische Gradientensonde nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichne', daß die beiden
Drahtstucke (3, 4) zu einem Draht (5) gehören, der durch eine Umlenkeinnchtung(30) umgelenkt uirti.
4. Magnetische Gradientensonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Magnetfeidsensoren (I, 2) Oberwellensonden mit rohrförmigen Sondenkernen
(H, 12) sind, die koaxial auf die Drahtstücke (3, 4)
aufgezogen sind.
5. Magnetische Gradientensonde nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die beiden rohrförmigen
Sondenkerne (11, 12) jeweils mit einem Ende an den Drahtstücken (3,4) befestigt sind.
6. Magnetische Gradientensonde nach einem der Ansprüche 4 oder 5. dadurch gekennzeichnet, daß
die Empfängerwicklungen (15, 16) der beiden Magnetfeidsensoren (1, 2) unabhängig von den
Sondenkernen (11, 12) und von den Drahtslücken (3, 4) aufgehängt sind.
7. Magnetische Gradientensonde nach einem der Ansprüche 4, 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß
die Sondenkerne (11, 12) von einem Strom durch die beiden Drahtstücke (3,4) magnetisch erregt werden.
8. Magnetische Gradientensonde nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß die Drahtstücke (3, 4) zur Bedämpfung mechanischer Schwingungen im Bereich eines
Schwingungsbauches ein eine Flüssigkeit einhaltendes Röhrchen durchlaufen.
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
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Publication number | Publication date |
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US3982179A (en) | 1976-09-21 |
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