DE2823231A1

DE2823231A1 - Magnetometer with direct digital coding of test signal - counts pulses of hf generator and converts counter reading by d=a converter into current applied to probe

Info

Publication number: DE2823231A1
Application number: DE19782823231
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Bornhoefft; Gernot Dipl Phys Stremming; Gerhard Prof Dr Trenkler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1978-05-27
Filing date: 1978-05-27
Publication date: 1979-11-29
Also published as: DE2823231C2

Abstract

The magnetometer measures magnetic fields are field gradients. It has a probe whose one winding generates an auxiliary field which saturates the core magnetisation loop. The other winding delivers a test voltage depending on the flux density in the core. The auxiliary field is generated by a current produced by counting pulses of an h.f. generator by a digital counter whose reading is converted by a D-A convertor. The counter instantaneous reading is transferred to a store register when the measurement winding voltage reaches an extreme value. The digital value in the store register is the measure for the field intensity and direction.

Description

"Magnetometer mit direkter digitaler Verschlüsselung des"Magnetometer with direct digital encryption of the

Meßsignals Die Erfindung betrifft ein Magnetometer mit direkter digitaler Verschlüsselung des Meßsignals zur Messung magnetischer Felder und Feldgradienten, bestehend aus einer Sonde mit magnetisierbarem Kern und zwei Wicklungen, von denen eine zur Erzeugung eines Rilfsfeldes dient, das die Magnetisierungsschleife des Kerns bis in die Sättigung steuert und die andere über die Flußdichte im Kern eine Meßspannung liefert.Measurement signal The invention relates to a magnetometer with direct digital Encryption of the measurement signal for the measurement of magnetic fields and field gradients, consisting of a probe with a magnetizable core and two windings, one of which one is used to generate an auxiliary field, which the magnetization loop of the Kerns to saturation controls and the other on the flux density in the core one Measurement voltage supplies.

Bekanntlich liefern Magnetometer, welche durch ein Wechselfeld in Sättigung gesteuertes Kernmaterial verwenden, ein analoges Meßsignal, wenn zur Slgnalgewinnung das Oberwellenverfahren oder das Pulshöhenverfahren oder das Verfahren mit gekreuzten Feldern eingesetzt werden. Für die Umwandlung in ein digitales Meßsignal ist der zusätzliche Einsatz eines Digital-Analog-Umsetzers notwendig. Nachteil dieser Anordnungen sind die hohen Fehlergrenzen der oben angeführten Verfahren und der Zusatzfehler, den der Digital-Analog-Umsetzer bewirkt. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es, wie bekannt geworden ist, möglich, ein Feld durch einen Strom in einer Zylinderspule bekannter Geometrie zu erzeugen und den Strom in seiner Größe und Richtung so einzustellen, daß auch ein in der Spule angeordnetes Magnetometer die Feldstärke Null anzeigt. Wird zur Erzeugung des Stromes für die Zylinderspule ein Stufenkompensator oder eine ähnliche Einrichtung verwendet, die gesteuert von der Ausgangsspannung des Magnetometers den Strom so lange verstellt, bis das Feld im Inneren der Spule Null ist, so ergibt sich eine automatisch arbeitende Anordnung, bei der die Stellung der Schalter des Stufenkompensators der Größe des Feldes entspricht.It is known that magnetometers, which are driven by an alternating field in Use saturation controlled core material, an analog measurement signal, if for signal extraction the harmonic method or the pulse height method or the method with crossed Fields are used. For the conversion into a digital measurement signal is the additional use of a digital-to-analog converter is necessary. Disadvantage of these arrangements are the high error limits of the procedures listed above and the additional errors, caused by the digital-to-analog converter. To avoid these disadvantages, it is As has become known, a field can be generated by a current in a solenoid of known geometry and to adjust the current in its size and direction so that that a magnetometer arranged in the coil also shows the field strength zero. If a step compensator or is used to generate the current for the solenoid uses a similar device that is controlled by the output voltage of the Magnetometer adjusts the current until the field inside the coil is zero is, it turns out an automatically operating arrangement in which the position of the switch of the step compensator corresponds to the size of the field.

Die wesentlichen Nachteile dieses Verfahrens sind, daß die Sonde durch die Zusatzwicklung für die Kompensation im Bauvolumen sich erheblich vergrößert und die automatisch arbeitende Kompensationsschaltung apparativ aufwendig ist und für jeden Kanal getrennt vorhanden sein muß.The main disadvantages of this method are that the probe through the additional winding for the compensation in the construction volume increases considerably and the automatically operating compensation circuit is complex in terms of equipment and must be available separately for each channel.

Aus der DE-PS 1 623 577 ist ein Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung gemäß dem Oberbegriff des eingangs genannten Anspruchs 1 bekannt, bei dem die induzierte Meßspannung differenziert wird. Die durch ein gegebenes, in Richtung der Sondenachse wirkendes magnetisches Feld bewirkte zeitliche Verschiebung des Nulldurchgangs der differenzierten Meßspannung wird durch direkte Zeitverschlüsselung als ein dem magnetischen Felde entsprechender Digitalwert gewonnen. Die wesentlichen Nachteile dieses Magnetometers liegen darin, daß der Code-Wandler bei mehrkanäligenGeräten für jeden Kanal einzeln vorhanden sein muß und daß die Fehlergrenzen direkt von dem analog erzeugten Hilfswechselfeld abhängig sind.DE-PS 1 623 577 discloses a magnetometer with direct time coding known according to the preamble of claim 1 mentioned above, in which the induced Measurement voltage is differentiated. The given by a, in the direction of the probe axis acting magnetic field caused the time shift of the zero crossing of the differentiated measurement voltage is given by direct time coding as a magnetic one Field corresponding digital value obtained. The main disadvantages of this magnetometer lie in the fact that the code converter in multi-channel devices for each channel individually must be present and that the error limits come directly from the auxiliary alternating field generated in an analog manner are dependent.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe von Sonden mit magnetisierbaren periodisch in Sättigung gesteuertem Kernmaterial unter Vermeidung der Nachteile eines nachgeschalteten Digitalanalogumsetzers oder eines Code-Wandlers oder auch einer in einer Gegenkopplungsschleife liegenden digitalen Kompensationseinrichtung den Meßwert der Feldstärke direkt in digitaler Form zu erhalten.The invention is therefore based on the object with the aid of probes with magnetizable core material periodically controlled in saturation with avoidance the disadvantages of a downstream digital to analog converter or a code converter or a digital compensation device located in a negative feedback loop to receive the measured value of the field strength directly in digital form.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Hilfsfeld durch einen Strom erzeugt wird, der durch die Zählung der Impulse eines hochfrequenten Generators mit Hilfe einer digitalen Zähleinheit und einer Digital-Analog-Umsetzung des Wertes der Zähleinheit mittels eines Digital-Analog-Wandlers gewonnen wird, daß der augenblickliche Stand der Zähleinheit dann in ein Speicherregister übernommen wird, wenn die Spannung der Meßwicklung einen Extremwert annimst, daß der im Speicherregister enthaltene Digitalwert als Maß für die Größe und Richtung des Feldes dient, in dem sich die Sonde befindet, daß die Zähleinheit nach Erreichen eines vorgegebenen Hilfswertes sich selbsttätig zurücksetzt und den Zählzyklus erneut beginnt und daß entweder der Anfangs- oder der Endwert des jeweiligen Zählzyklus der Zähleinheit den magnetisierbaren Kern in die Sättigung steuert.The object is achieved according to the invention in that the auxiliary field is generated by a current that is generated by counting the pulses of a high frequency Generator with the help of a digital counting unit and a digital-to-analog conversion the value of the counting unit is obtained by means of a digital-to-analog converter, that the current status of the counting unit is then transferred to a memory register becomes, when the voltage of the measuring winding assumes an extreme value, that that in the storage register The digital value contained serves as a measure of the size and direction of the field in which the probe is located that the counting unit after reaching a predetermined auxiliary value resets itself and starts the counting cycle again and that either the start or end value of the respective counting cycle of the counting unit is the magnetizable Controls core to saturation.

Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, daß ein hochfrequenter Taktgenerator Impulse an eine digitale Zähleinheit liefert und der jeweilige Wert der durch die Zähleinheit aufsummierten Taktimpulse durch einen Digitalanalogumsetzer in einen Gleichstrom umgeformt wird. Dieser Gleichstrom durchfließt die Rilfswicklung einer zwei Wicklungen tragenden Sonde mit magnetisierbarem Kernmaterial. Die von der Meßwicklung abgegebene Spannung wird dazu benutzt, bei Erreichen eines Extremwertes den augenblicklichen Stand der Zähleinheit auf ein Speicherregister zu übertragen, so daß der in dem Speicherregister befindliche digitale Wert ein Maß für die Größe und Richtung des Feldes ist, in dem sich die Sonde befindet. Die Zähleinheit zählt bis zu einem vorgegebenen Höchstwert weiter, um dann nach Rücksetzung auf den hnfangswert im Zählzyklus erneut zu beginnen. Durch geeignete Wahl der Anfangs- oder Endwerte der Zähleinheit wird das magnetisierbare Kernmaterial bei jedem Zyklus in die Sättigung gesteuert.According to the solution according to the invention it is provided that a high frequency Clock generator supplies pulses to a digital counting unit and the respective value of the clock pulses summed up by the counting unit by a digital to analog converter is converted into a direct current. This direct current flows through the auxiliary winding a probe with two windings and a magnetizable core material. The from The voltage emitted by the measuring winding is used when an extreme value is reached to transfer the current status of the counting unit to a storage register, so that the digital value in the storage register is a measure of the size and is the direction of the field in which the probe is located. The counting unit counts up to a specified maximum value, and then after resetting to the initial value to start again in the counting cycle. By suitable choice of the start or end values the counting unit saturates the magnetizable core material with each cycle controlled.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 10 beschrieben. Hierbei sind besondere erfindungsgemäße Weiterbildungen, die sich auf ein Magnetometer mit zwei in ihren Achsen zueinander parallel angeordneten Sonden bzw. auf ein Magnetometer unter Verwendung von drei in ihren Achsen um 90° gegeneinander versetzten Sonden beziehen, in den Unteransprüchen 8 und 9 beansprucht.Refinements of the invention are set out in subclaims 2 to 10 described. Here are special developments according to the invention that relate to a magnetometer with two probes arranged parallel to each other on their axes or on a magnetometer using three in their axes at 90 ° to each other relate offset probes, claimed in the dependent claims 8 and 9.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung beschrieben, und zwar zeigt Figur 1 den Aufbau eines Magnetometers mit Einzelsonde in einem Blockschaltbild, Figur 2 Impuls diagramme bei einem Magnetometer nach Fig. 1 und Figur 3 das Blockschaltbild für ein Magnetometer mit Tripelsonde.In the drawing, an embodiment according to the invention is described, Figure 1 shows the structure of a magnetometer with a single probe in a block diagram, Figure 2 pulse diagrams in a magnetometer according to FIG. 1 and Figure 3 the block diagram for a magnetometer with triple probe.

Das in Fig. 1 dargestellte Magnetometer weist einen Taktgenerator 1 auf, der einen Zähltaktim Hocbfrequenzbereicb für eine nachgeschaltete digitale Zähleinheit 2 erzeugt.The magnetometer shown in Fig. 1 has a clock generator 1, which has a counting clock in the Hocbfrequenzbereicb for a downstream digital Counting unit 2 is generated.

Die digitale Zähleinheit besteht im einfachsten Fall aus as-ynchronen oder synchronen Binärzählern. Die Ausgänge der jeweiligen Zählerstufen sind mit einem Digital-Analog-Wandler 3 und einem Speicherregister 4, z. B. Flip-Flops oder Eingabebausteine einer frei programmierbaren digitalen Verarbeitungseinheit, verbunden. Das Speicherregister 4besitzt entsprechend der benutzten Zählerlänge, die sich aus der gewünschten Auflösung des Magnetometers ergibt, Speicherzellen, in die die am Eingang anliegenden Daten abhängig von einem Signal am Takteingang der Speicherzellen eingeschrieben werden können. Dieser Takteingang kann auf eine Flanke, z. B. die positive oder die negative Flanke, einen Impuls oder ein Potential des anliegenden Signals reagieren.In the simplest case, the digital counting unit consists of asynchronous ones or synchronous binary counters. The outputs of the respective counter stages are with a digital-to-analog converter 3 and a storage register 4, e.g. B. flip-flops or Input modules of a freely programmable digital processing unit, connected. The memory register 4 has corresponding to the counter length used, which is derived from the desired resolution of the magnetometer results in memory cells in which the am Data present at the input depends on a signal at the clock input of the memory cells can be enrolled. This clock input can be applied to an edge, e.g. B. the positive or negative edge, a pulse or a potential of the applied Respond to the signal.

Der 3igita'-Analog-THandler 3 wird zur Erzeugung des Sondenvormagnetisierungsstroms IR verwendet. Wenn er einen Stromausgang besitzt, kann die Vormagnetisierungswicklung der Sonde 5 direkt angeschlossen werden Der erforderliche Meßbereich der Sonde 5 wird dann mit Hilfe der Windungszahl der Vormagnetisierungswicklung eingestellt.The 3igita'-Analog-THandler 3 is used to generate the probe bias current IR used. If it has a current output, the bias winding can connected directly to probe 5 The required measuring range of probe 5 is then set with the help of the number of turns of the bias winding.

Bei Verwendung eines Digital-Analog-Wandlers mit Spannung ausgang wird der Vormagnetisierungsstrom durch einen Spannung Stromwandler erzeugt, an dessen Ausgang die Vormagnetisierungswicklung angeschlossen wird. Im einfachsten Fall kann dieser Spannungs-Stromwandler ein Vorwiderstand sein. Der erforderliche Meßbereich der Sonde wird dann mit dem thersetzungsverhältnis des Wandlers bzw. der Größe des Vorwiderstands eingestellt.When using a digital-to-analog converter with voltage output the bias current is generated by a voltage current transformer on whose Output the bias winding is connected. In the simplest case it can this voltage-current converter can be a series resistor. The required measuring range the probe is then with the decomposition ratio of the converter or the size of the Series resistor set.

Die in die Meßwicklung der Sonde 5 induzierte Meßspannung Um wird mit Eilfe eines bandbegrenzten RC-Gliedes 6 differenziert.The measuring voltage Um induced in the measuring winding of the probe 5 becomes differentiated with the aid of a band-limited RC element 6.

Sie kann auch mittels eines Integriergliedes integriert werden.It can also be integrated by means of an integrating link.

Die differenzierte Meßspannung dU=/dt ist das Eingangssignal eines als Spannungskomparator 7 geschalteten Operationsverstärkers. I1it Hilfe des vom Ausgang des Operationsverstärkers 7 zum nichtinvertierten Eingang geführten Netzwerkes geeigneten Brequenzgangs sind die Rysterese und die Flankensteilheit des Komparators 7 einstellbar.The differentiated measurement voltage dU = / dt is the input signal of a as a voltage comparator 7 connected operational amplifier. With the help of the dated Output of the operational amplifier 7 to the non-inverted input guided network suitable frequency response are the rysteresis and the edge steepness of the comparator 7 adjustable.

Das Ausgangssignal des Spannungskomparators 7 kann im einfachsten Fall direkt oder invertiert auf den Speichertakteingang des Registers 4 gelegt werden. Damit wird beim Wechsel der Polarität der Ausgangsspannung des Spannungskomparators 7, der bei dem Nulldurchgang der differenzierten Meßspannung dUi dt erfolgt, der Stand der die momentane Amplitude des Vormagnetisierungsstroms bestimmenden digitalen Zähleinheit 2 von dem Speicherregister 4 übernommen. Ber Stand der digitalen Zähleinheit 2 ist dem Meßwert, also dem zu messenden Magnetfeld HmX direkt proportional.The output signal of the voltage comparator 7 can be in the simplest In this case, they can be applied directly or inverted to the memory clock input of register 4. This means that when the polarity is changed, the output voltage of the voltage comparator 7, which takes place at the zero crossing of the differentiated measurement voltage dUi dt, the Status of the digital which determines the instantaneous amplitude of the bias current Counting unit 2 of that Memory register 4 accepted. About stand of the digital counting unit 2 is the measured value, that is to say the magnetic field to be measured HmX directly proportional.

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt: Taktgenerator 1, digitale Zähleinheit 2 und Digital-Analog-Wandler 3 erzeugen zusammen mit einem gegebenenfalls vorhandenen Spannungs-Strom-Wandler einen Strom 1H mit geeigneter Kurvenform, der durch die nicht näher bezeichnete Vormagnetisierungswicklung der Sonde 5 fließt und das Rilfsfeld erzeugt.The mode of operation of this arrangement is as follows: Clock generator 1, digital counting unit 2 and digital-to-analog converter 3 generate together with one possibly existing voltage-current converter a current 1H with a suitable Curve shape created by the unspecified bias winding of the Probe 5 flows and generates the auxiliary field.

Die Kurvenform des Vormagnetisierungsstromes 1H kann wie in Fig. 2 b) gezeigt, eine Rampe sein; infrage kommen auch sinusförmige, dreiecksförmige Kurven und Kurven, die zur Erzielung einer hohen oder einer geringen Empfindlichkeit in einem bestimmten Meßbereich entsprechend verzerrt sind. Diese Verzerrung kann z. B. mit Rilfe eines passiven oder aktiven Netzwerkes zwischen digitaler Zähleinheit 2 und Digital-Analog-Wandler 3, welches auch ein programmierbares Read-Only-Memory sein kann, erzeugt werden.The curve shape of the bias current 1H can be as in FIG. 2 b) shown to be a ramp; Sinusoidal, triangular curves are also possible and curves used to achieve high or low sensitivity in are distorted according to a certain measuring range. This distortion can e.g. B. with the aid of a passive or active network between digital counting unit 2 and digital-to-analog converter 3, which also has a programmable read-only memory can be generated.

Der Vormagnetisierungsstrom IH ist so eingestellt, daß der magnetisierbare Kern der Sonde 5 sicher bis in die Sättigung ausgesteuert wird. Befindet sich die Sonde 5 im feldfreien Raum, so wird in die Meßwicklung der Sonde 5 ein positiver Spannungsimpuls induziert, wenn der Vormagnetisierungsstrom seinen Nulldurchgang hat. Am Ende der Rampe (Fig. 2b) wird in die Meßwicklung ein negativer Spannungsimpuls induziert, der aufgrund der großen Steilheit des Vormagnetisierungsstroms IR größer ist als der positive Spannungsimpuls, aber nicht zur Auswertung des Sondensignals herangezogen wird, da er keinen Meßwert beinhaltet.The bias current IH is set so that the magnetizable Core of the probe 5 is safely driven to saturation. Is the If probe 5 is in the field-free space, the measuring winding of probe 5 becomes positive Voltage pulse induced when the bias current crosses zero Has. At the end of the ramp (FIG. 2b), a negative voltage pulse is generated in the measuring winding induced, which is greater due to the steepness of the bias current IR is than the positive voltage pulse, but not for evaluating the probe signal is used because it does not contain any measured value.

Bei positiven Magnetfeldern Rm verschiebt sich der positive Spannungsimpuls. Dabei tritt das Maximum des positiven Spannungsimpulses dann auf, wenn das zu messende Feld Hm und das mit Hilfe des Vormagnetisierungsstroms IH erzeugte Hilfsfeld gleich sind. Zu diesem Zeitpunkt entspricht auch der Stand der den Vormagnetisierungsstrom bestimmenden digitalen Zähleinheit 2 dem zu messenden Feld.In the case of positive magnetic fields Rm, the positive voltage pulse shifts. The maximum of the positive voltage pulse occurs when the to be measured Field Hm and the auxiliary field generated with the aid of the bias current IH are the same are. At this point in time, the level also corresponds to the bias current determining digital counting unit 2 the field to be measured.

Zur Bestimmung des Maximums der induzierten Meßspannung wird diese bandbegrenzt differenziert. Damit werden aus den Maxima Nulldurchgänge (FIg. 2e) der differenzierten induzierten Meßspannung. Diese werden mit dem Spannungskomparator 7 ausgewertet, der beim Nulldurchgang der differenzierten induzierten Meßspannung dU=/dt die Polarität seiner Ausgangsspannung umschaltet. Der Spannungskomparator 7 ist mit einer kleinen Hysterese ausgestattet, um zu verhindern, daß er zu den Zeiten, wo die differenzierte induzierte Meßspannung dU=/dt nahezu Null ist, zurückschaltet.To determine the maximum of the induced measurement voltage, this differentiated band-limited. This results in zero crossings from the maxima (Fig. 2e) the differentiated induced measurement voltage. These are with the voltage comparator 7 evaluated, the one at the zero crossing of the differentiated induced measuring voltage dU = / dt switches the polarity of its output voltage. The voltage comparator 7 is equipped with a small hysteresis to prevent it from going to the Times when the differentiated induced measurement voltage dU = / dt is almost zero switches back.

Das Umschalten des Spannungskomparators 7 erfolgt in einer Periode des Vormagnetisierungsstroms IH zweimal, nämlich dann, wenn das durch den Vormagnetisierungsstrom IE erzeugte Hilfsfeld und das zu messende Feld HM gleich sind und dann, wenn der Vormagnetisierungsstrom IH am Ende seiner Periode wieder auf seinen Anfangswert springt. Da dieses Umschalten in unterschiedlichen Richtungen erfolgt, ist sichergestellt, daß der Komparator 7 zu Beginn einer Periode eine genau definierte Anfangsstellung hat. TMenn das Vormagnetisierungsfeld und Meßfeld gleich sind, ändert der Spannungskomparator 7 immer in einer definierten Richtung seine Ausgangspolarität. Dieses kann z. 3, wie in Fig. 2f) gezeigt, die negative Flanke des Komparatorausgangssignals UA sein. Das Ausgangssignal des Spannungskomparators 7 wird auf den Speichertakteingang des Speicherregisters 4 gelegt. Das Speicherregister 4 übernimmt den an seinen Eingängen anstehenden Inhalt der digitalen Zähleinheit 2 bei der negativen Flanke des Ausgangssignals des Spannungskomparators. Damit entspricht der Inhalt des Speicherregisters 4 am Ende einer Meßperiode, die z. B. durch die positive Flanke des Ausgangssignals des Spannungskomparators 7 oder durch den Überlauf des Binärzählers festgelegt werden kann, dem Stand der digitalen Zähleinheit 2, wenn das Maximum der Meßspannung auftrat, und damit dem zu messenden äußeren magnetischen Feld.The switching of the voltage comparator 7 takes place in one period of the bias current IH twice, namely when that is due to the bias current IE generated auxiliary field and the field to be measured HM are the same and if the Bias current IH returns to its initial value at the end of its period jumps. Since this switching takes place in different directions, it is ensured that that the comparator 7 has a precisely defined starting position at the beginning of a period Has. TMIf the bias field and the measuring field are the same, the voltage comparator changes 7 always has its output polarity in a defined direction. This can e.g. 3, as shown in Fig. 2f), the negative edge of the comparator output signal UA. The output signal of the voltage comparator 7 is applied to the memory clock input of Storage register 4 placed. The storage register 4 takes over the at its inputs pending content of digital counting unit 2 on the negative edge of the output signal of the voltage comparator. The content of the memory register thus corresponds to 4 am End of a measurement period that z. B. by the positive edge of the output signal of the Voltage comparator 7 or can be determined by the overflow of the binary counter can, the status of the digital counting unit 2, when the maximum of the measuring voltage occurred, and thus the external magnetic field to be measured.

Wird anstelle eines flankengesteuerten Speicherregisters ein potential- oder impulsgesteuertes Speicherregister verwendet, so muß mit geeigneter Steuerlogik gewährleistet sein, daß der Stand der digitalen Zähleinheit 2 nur dann gespeichert wird, wenn das Maximum der induzierten Meßspannung auftritt und bis zum Ende der Meßperiode gehalten wird. Um zu verhindern, daß durch Überschneidungen zwischen dem Zähltakt der digitalen Zähleinheit 2 und der Flanke des Ausgangssignals des Spannungskomparators 7 ein falscher Zählerstand in das Register 4 übernommen wird, kann eine entsprechende Funktionseinheit vorgesehen werden'.If, instead of an edge-controlled memory register, a potential- or pulse-controlled memory register is used, it must be equipped with suitable control logic it must be ensured that the status of the digital counting unit 2 is only saved is when the maximum of the induced measurement voltage occurs and until the end of the Measurement period is held. To prevent overlap between the counting cycle of the digital counting unit 2 and the edge of the output signal of the Voltage comparator 7 an incorrect counter reading is transferred to register 4, a corresponding functional unit can be provided '.

Das in Fig. 3 gezeigte Magnetometer mit Uripelsonde-wird vorzugsweise dazu verwendet, den Vektor des örtlichen Magnetfeldes in seiner Richtung und seiner Größe zu messen.The magnetometer with Uripel probe shown in FIG. 3 is preferred used to track the vector of the local magnetic field in its direction and its Measure size.

Bei diesem Aufbau zeigt sich, daß das Dreiachs-Magnetometer mit nur geringem gerätetechnischen Mehraufwand gegenüber dem Ausführungsbeispielfür ein Magnetometer mit Sinzelsonde (Fig. 1) auskommt.This setup shows that the three-axis magnetometer with only little additional outlay in terms of equipment compared to the exemplary embodiment for a Magnetometer with single probe (Fig. 1) gets by.

Die Speisung der drei einzelnen Sonden 51, 52 und 53 erfolgt aus einem gemeinsamen Vormagnetisierungsgenerator, der aus dem Taktgenerator 1, der digitalen Zähleinheit 2 und dem Digital-Analog-Wandler 3 besteht. Die Vormagnetisierungswicklungen der drei einzelnen Sonden 51, 52 und 53 sind in Reihe geschaltet, wenn ein Digital-Analog-Wandler 3 mit Stromausgang verwendet wird. Zum Abgleich der Vormagnetisierungsströme der einzelnen Sonden 51, 52 und 53 können dann den einzelnen VormagnetisierungswicklungenAbgleichwiderstände parallel geschaltet werden. Bei Verwendung eines Digital-Analog-Wandlers 3 mit Spannungsausgang werden die einzelnen Sonden 51, 52 und 53 parallel geschaltet, wobei die Spannungs-Strom-TMandlung und der Abgleich des Vormagnetisierungsstroms IE mit in Reihe geschalteten Widerständen vorgenommen wird.The three individual probes 51, 52 and 53 are fed from one common bias generator, which consists of the Clock generator 1, the digital counting unit 2 and the digital-to-analog converter 3. The bias windings the three individual probes 51, 52 and 53 are connected in series if a digital-to-analog converter 3 with current output is used. To adjust the bias currents of the individual probes 51, 52 and 53 can then be used for balancing resistors for the individual bias windings can be connected in parallel. When using a digital-to-analog converter 3 with voltage output the individual probes 51, 52 and 53 are connected in parallel, with the voltage-current conversion and the balancing of the bias current IE with series-connected resistors is made.

Jeder einzelnen Sonde 51, 52 und 53 ist eine Kombination aus Differenzierer 61, 62 und 63 und Spannungskomparator 71, 72 und 73 nachgeschaltet. Außerdem ist pro Sonde ein Speicherregister 41, 42 bzw. 43 vorgesehen, in dem der Meßwert gespeichert werden kann. Deshalb sind sowohl Digital-Analog-Wandler 3 als auch die drei Speicherregister 41, 42 und 43 parallel an der digitalen Zähleinheit 2 angeschlossen.Each individual probe 51, 52 and 53 is a combination of differentiators 61, 62 and 63 and voltage comparators 71, 72 and 73 connected downstream. Also is A storage register 41, 42 or 43 is provided for each probe, in which the measured value is stored can be. Therefore, both digital-to-analog converters are 3 and the three storage registers 41, 42 and 43 connected in parallel to the digital counting unit 2.

Die Funktionsweise dieser Anordnung entspricht im Prinzip der Anordnung mit Sinzelsonde aus Fig. 1. In dem Moment, wo das zu messende Feld Em und das durch den durch die Vormagnetisierungswicklung fließenden Vormagnetisierungsstrom IH erzeugte Hilfsfeld E gleich sind, tritt das Maximum der in die Meßwicklung induzierten Spannung Um auf. Dieses Maximum wird durch Differentiation in einen Nulldurchgang der differenzierten induzierten Meßspannung überführt und von einem nachgeschalteten Spannungskomparator 71, 72 bzw. 73 , dessen Ausgangs spannung bei den Null durchgängen der Eingangsspannung umschaltet, untersucht. Bei der dem Nulldurchgang der differenzierten induzierten Meßspannung zugeordneten Flanke des Ausgangssignals des Spannungskomparators 71, 72 bzw. 73 wird der Stand der digitalen Zähleinheit 2 in das der Sonde 51, 52 bzw. 53 zugeordnete Speicherregister übernommen und steht somit am Ende der Meßperiode als Meßwert zur Verfügung.The mode of operation of this arrangement corresponds in principle to the arrangement with single probe from Fig. 1. At the moment when the field to be measured Em and the generated the bias current IH flowing through the bias winding Auxiliary field E are equal, the maximum of the voltage induced in the measuring winding occurs In order to. This maximum is differentiated by differentiation into a zero crossing of the induced measurement voltage and transferred from a downstream voltage comparator 71, 72 or 73, whose output voltage is at the zero crossings of the input voltage switches over, investigates. At the zero crossing of the differentiated induced Measuring voltage associated edge of the Output signal of the voltage comparator 71, 72 or 73, the reading of the digital counting unit 2 becomes that of the probe 51, 52 or 53 assigned memory registers and is thus at the end of the measurement period available as a measured value.

Da jeder einzelnen Sonde getrennte Auswertezweige nachgeschaltet sind, und die Speicherung des Meßwertes vom Vormagnetisierungsstrom 111 entkoppelt vorgenommen ist, sind in diesem Aufbau Beeinflussungen der einzelnen Meßwerte untereinander ausgeschlossen.Since each individual probe is followed by separate evaluation branches, and the measured value is stored decoupled from the bias current 111 is, in this structure the individual measured values are influenced by one another locked out.

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Claims

Claims 1. Magnetometer with direct digital encryption of the measurement signal for measuring magnetic fields and field gradients, consisting of a probe with a magnetizable core and two windings, one of which is used for generation an auxiliary field is used that pulls the magnetization loop of the core down to saturation controls and the other supplies a measuring voltage via the flux density in the core, thereby characterized in that the auxiliary field is generated by a current flowing through the Counting of the impulses of a highly sequential generator with groove of a digital counting unit and a digital-to-analog conversion of the value of the counting unit (2) by means of a DigiQal-: nalog converter (3) is obtained that the current status of the counting unit is then transferred to a storage register when the voltage of the measuring winding assumes an extreme value that the digital value contained in the memory register as Measure for the size and direction of the field in which the probe is located, that the counting unit is automatic after reaching a predetermined auxiliary value resets and the cycle begins again and that either the hufangs- or the end value of the respective counting cycle of the counting unit affects the magnetizable core controls into saturation.

2. Magnetometer according to claim 1, characterized in that a differentiating element for differentiation of the measuring voltage is provided and that the zero crossings of the differentiated measuring voltage the acceptance of the respective value of the counting unit in the memory register.

3. Magnetometer according to claim 1, characterized in that the measuring voltage is integrated by means of an integration element and the zero crossings of the integrated Measuring voltage the acceptance of the respective value of the counting unit in the storage register cause.

4. Magnetometer according to Mis claim 2 or 3, characterized in that the integrated or differentiated measurement voltage is fed to a voltage comparator becomes, the jump in the zero crossing of the integrated or differentiated measuring voltage the amplitude of its output voltage changes, and that the voltage jump takes over of the respective value of the counting unit in the memory register.

5. magnetometer according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the digital counting unit is circuitry designed so that the current has the shape of a triangular function due to the auxiliary winding.

6. Magnetometer according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the digital counting unit is circuitry designed so that the current has the form of a sawtooth voltage due to the auxiliary winding.

7. Magnetometer according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the digital counting unit is circuitry designed so that the current through the auxiliary winding is a periodic function, its rate of rise can be changed due to special requirements.

8. Magnetometer according to one of claims 1 to 7 using of two probes arranged parallel to one another in their axes, characterized in that that two the probes allocated storage registers as well as only each a clock generator, a counting unit and a DigiJal-Analog-Emsetzer are provided, that the digital-to-analog converter has both auxiliary windings of the probes at the same time Power is supplied and that the measuring voltages of the individual probes take over the Effect the value of the digital counting unit in the assigned memory register, so that the sum or difference of the values of the storage registers is a measure of the sum or is the difference in the magnetic fields in which the probes are located.

9. Magnetometer according to one of claims 1 to 7 using of three probes offset from one another in their axes by 90 °, characterized in that that the sands three storage registers as well as a clock generator, a counting unit and a digital to analog converter that runs the auxiliary windings of the three probes simultaneously supplied with power, are assigned and that the measuring voltages of the probes take over the value of the digital counting unit in the assigned memory register, so that the values contained in the individual memory registers are a measure of the are three spatial components of the field in which the probes are located.

10. Magnetometer according to one of claims 1 to 9, characterized in that that the used to take over the value of the counting unit in the memory register Takeover command with a corresponding functional unit with the basic cycle of the Clock generator is linked in such a way that no incorrect values of the counting unit in the memory registers are accepted.