DE2823231C2

DE2823231C2 - Magnetometer with direct digital encryption of the measurement signal

Info

Publication number: DE2823231C2
Application number: DE19782823231
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 2105 Seevetal Bornhöfft; Gernot Dipl.-Phys. 2000 Wedel Stremming; Gerhard Prof.Dr. 3300 Braunschweig 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: 1983-06-01
Also published as: DE2823231A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetometer mit direkter digitaler Verschlüsselung des Meßsignals gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The invention relates to a magnetometer with direct digital encryption of the measurement signal according to the The preamble of claim 1.

Bekanntlich liefern Magnetometer, welche durch ein Wechselfeld in Sättigung gesteuertes Kernmaterial verwenden, ein analoges Meßsignal, wenn zur Signalgewinnung 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 bekanntgeworden ist, möglich, ein Feld durch einen Strom in einer Zylinderspuie bekannter Geometrie zu erzeugen und den Strom in seiner GrößeIt is known that magnetometers supply which core material is controlled in saturation by an alternating field Use an analog measurement signal if the harmonic method or the pulse height method are used to obtain the signal or the method with crossed fields can be used. For converting to a digital one Measuring signal, 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 error caused by the digital-to-analog converter causes. In order to avoid these disadvantages, as has become known, it is possible to use a field by generating a stream in a cylinder track of known geometry and the stream in its size

so 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.set so and direction so that a magnetometer arranged in the coil also has the field strength zero indicates. A step compensator or similar is used to generate the current for the solenoid Device used that controlled the current so controlled by the output voltage of the magnetometer adjusted for a long time until the field inside the coil is zero, this results in an automatically working 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 by the additional winding for the Compensation in the construction volume increases considerably and the automatically working compensation circuit is complex in terms of equipment and must be available separately for each channel.

Aus der DE-AS 16 23 577 ist ein Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung gemäß dem Oberbegriff des eingangs genannten Anspruchs 1 bekannt, bei demDE-AS 16 23 577 discloses a magnetometer with direct time coding according to the preamble of the aforementioned claim 1 known in which

die induzierte Meßspannung mit Hilfe eines #C-G|jedes 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 und zur direkten Anzeige und Weiterverarbeitung entsprechend den Bedürfnissen des Anwenders angeboten. Die wesentlichen Nachteile d?sses Magnetometers liegen darin, daß der Code-Wandler zur Umsetzung des zeitverschlüsselten Signals in den Digitalbereich bei mehrkanäligen Geräten für jeden Kanal einzeln vorhanden sein muß und daß die Fehlergrenzen direkt von dem analog erzeugten Hilfswechselfeld abhängig sind.the induced measurement voltage using a # C-G | each is differentiated. Which is caused by a given magnetic field acting in the direction of the probe axis Time shift of the zero crossing of the differentiated measurement voltage is determined by direct Time encryption obtained as a digital value corresponding to the magnetic field and used for direct Display and further processing offered according to the needs of the user. The essential Disadvantages of this magnetometer are that the code converter is used to convert the time-encrypted Signal in the digital area for multi-channel devices must be available individually for each channel and that the error limits are directly dependent on the auxiliary alternating field generated analogously.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, mit Hilfe von Sonden mit magnetisierbaren periodisch in Sättigung gesteuertem Kemmaterial i'nter Vermeidung der Nachteile eines nachgeschalteten Digital-Analog-Umsetzers oder eines Code-Wandlers oder auch einer in einer Gegenkopplungsschleife liegenden digitalen Kompensationseinrichtung sowie eines analogen Funktionsgliedes zur Erzeugung des HilfswechselfeiJes den Meßwert der Feldstärke direkt in digitaler Form zu erhalten. Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.The invention is therefore based on the object, with the help of probes with magnetizable periodically in Saturation of controlled core material i'nter avoidance of the disadvantages of a downstream digital-to-analog converter or a code converter or a digital one lying in a negative feedback loop Compensation device and an analog functional element to generate the auxiliary change element Receive measured value of the field strength directly in digital form. This task is carried out by the in the characterizing Part of claim 1 specified features solved.

Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung ist vorgesehen, daß ein hochfrequenter Taktgenerator Impulse an eine digitale Zähleinheit Hefen und der jeweilige Wert der durch die Zähleinheit aufsummierten Taktimpulse durch einen Digital-Analog-Umsetzer in einen Strom umgewandelt wird, der eine zeitlich periodische Funktion, beispielsweise die Form einer Dreiecksfunktion oder einer Sägezahnspannung aufweisen kann. Dieser Strom durchfließt die Hilfswicklung einer zwei Wicklungen tragenden Sonde mit magnetisierbarem Kemmaterial. Die von der Meßwicklung abgegebene Spannung wird dazu benutzt, nach Differentiation durch ein Differenzierglied und Bewertung durch einen Spannungskoi.iparator bei sprunghafter Änderung seiner Ausgangsspannungsamplitude 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 Anfangswert im Zählzyklus erneut zu beginnen. Durch geeignete Wahl der Anfangs- oder Endwerte der Zähleinheit wird das magnetisierbar Kemmaterial bei jedem Zyklus in die Sättigung gesteuert.According to the solution according to the invention it is provided that a high-frequency clock generator generates pulses a digital yeast counting unit and the respective value the clock pulses summed up by the counting unit are converted into a current by a digital-to-analog converter is converted, which is a temporally periodic function, for example the shape of a triangle function or a sawtooth voltage. This current flows through the auxiliary winding of a two Winding probe with magnetizable core material. The one delivered by the measuring winding Voltage is used after differentiation by a differentiator and evaluation by a Voltage compensator in the event of a sudden change its output voltage amplitude corresponds to the current status of the counting unit on a storage register transferred, 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 one Maximum value and then start again after resetting to the start value in the counting cycle. By suitable choice of the start or end values of the counting unit will be the magnetizable core material every cycle controlled to saturation.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 beschrieben. Hierbei sind besondere Weiterbildungen, die sich auf ein Magnetometer mit zwei in ihren Achsen zueinander parallel angeordneten Sonden bzw. auf ein Magnetometer unter Verbindung von drei in ihren Achsen um 90° gegeneinander versetzten Sonden beziehen, in den Unteransprüchen 2 und 3 beansprucht. Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß mit nur einer Zähleinheit und nur einem Digital-Analog-Umsetzer eine mehrkanalige Erfassung der magnetischen Feldstärke z. B. in unterschiedlichen Richtungen oder Raumpunkten durchgeführt werden kann.Refinements of the invention are described in subclaims 2 to 6. Here are special Developments that focus on a magnetometer with two mutually parallel axes Probes or on a magnetometer with a connection of three in their axes at 90 ° to each other relate offset probes, claimed in the dependent claims 2 and 3. Another major benefit the invention consists in that with only one counting unit and only one digital-to-analog converter a multi-channel detection of the magnetic field strength z. B. in different directions or Space points can be carried out.

In der Zeichnung iit ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung beschrieben, und zwar zeigt Fig. 1 den Aufbau einej Magnetometers mit Einzelsonde in einem Blockschaltbild,In the drawing iit an embodiment according to the Invention described, namely Fig. 1 shows the structure of a magnetometer with a single probe in a block diagram,

Fig,2 Impulsdiagramme bei einem Magnetometer nach F i g, 1 undFig, 2 pulse diagrams in a magnetometer according to F i g, 1 and

Fig.3 das Blockschaltbild für ein Magnetometer mit Tripelsonde.3 shows the block diagram for a magnetometer with Triple probe.

Das in F i g. 1 dargestellte Magnetometer weist einen Taktgenerator 1 auf, der einen Zähltakt im Hochfrequenzbereich für eine nachgeschaltete digitale Zähleinheit 2 erzeugt Die digitale Zähleinheit besteht imThe in Fig. 1 shown magnetometer has a Clock generator 1, which has a counting clock in the high frequency range for a downstream digital counting unit 2 generated The digital counting unit consists of the

ίο einfachsten Fall aus asynchronen 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 4 besitzt 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 -?ie positive oder die negative Flanke, einen Impuls oder ein Potential des anliegenden Signals reagieren.ίο simplest case of asynchronous 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, tied together. The memory register 4 has according to the counter length used, which is derived from the desired resolution of the magnetometer results in memory cells in which the input Data can be written in as a function of a signal at the clock input of the memory cells. This Clock input can be on an edge, e.g. B -? Ie positive or the negative edge, a pulse or a potential of the applied signal react.

Der Digital-Analog-Wandler 3 wird zur Erzeugung des Vormagnetisierungsstroms /_w der Sonde 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 eingestelltThe digital-to-analog converter 3 is used to generate the bias _{current / w of} the probe. If it has a current output, the bias winding of the probe 5 can be connected directly. The required measuring range of the probe 5 is then set with the aid of the number of turns of the premagnetization winding

Bei Verwendung eines Digital-Analog-Wandlers mit Spannungsausgang wird der Vormagnetisierungsstrom durch einen Spannungs-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 Übersetzungsverhältnis des Wandlers bzw. der Größe des Vorwiderstands eingestellt.When using a digital-to-analog converter with voltage output, the bias current is the bias winding is connected to its output by a voltage-current converter will. In the simplest case, this voltage-current converter can be a series resistor. Of the The required measuring range of the probe is then determined by the transmission ratio of the transducer or the size of the series resistor is set.

Die in die Meßwicklung der Sonde 5 induzierte Meßspannung U_n, wird mit Hilfe eines bandbegrenzten /?C-C!iedes 6 differenziert. Die differenzierte Meßspannung AU Ja fist das Eingangssignal eines als Spannungskomparator 7 geschalteten Operationsverstärkers. Mit Hilfe des vom Ausgang des Operationsverstärkers zum nichtinvertierten Eingang geführten Netzwerkes geeigneten Frequenzgangs sind die Hysterese und die Flankensteilheit des Spannungskomparators 7 einstellbar. The measuring voltage U _n induced in the measuring winding of the probe 5 is differentiated with the aid of a band-limited / CC! Ied 6. The differentiated measurement voltage AU Ja f is the input signal of an operational amplifier connected as a voltage comparator 7. With the help of the network leading from the output of the operational amplifier to the non-inverted input suitable frequency response, the hysteresis and the edge steepness of the voltage comparator 7 can be set.

Das Ausgangssignal des Spannungskomparators 7 kann im einfachsten Fall direkt oder invertiert auf den Speichertakteingang des Speicherregisters 4 gelegt werden. Damit wird beim Wechsel der Polarität der Ausganijsspannung des Spannungskomparators 7, der bei dem Nulldurchgang der differenzierten Meßspannung AU_nJAt erfolgt, der Stand der die momentane Amplitude des Vormagnetisierungsstroms bestimmenden digitalen Zähleinheit 2 von dem Speicherregister 4 übernommen. Der Stand der digitalen Zähleinheit 2 ist dem Meßwert, also Jem zu messenden Magnetfeld H_m direkt proportional.In the simplest case, the output signal of the voltage comparator 7 can be applied directly or inverted to the memory clock input of the memory register 4. When the polarity of the output voltage of the voltage comparator 7 changes, which occurs at the zero crossing of the differentiated measurement voltage AU _n JAt , the status of the digital counting unit 2 determining the instantaneous amplitude of the bias current is taken over by the storage register 4. The level of the digital counting unit 2 is directly proportional to the measured value, that is to say to the magnetic field H _{m to be measured.}

Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist wie folgt:
Taktgenerator !,digitale Zähleinheit 2 unü Digital-Analog-Wandler 3 erzeugen zusammen mit einem gegebenenfalls vorhandenen Spannungs-Strom-Wandler einen Vormagneli&ierungssliom Ih mit geeigneter Kurvenform, der durch die nicht näher bezeichnete Vormagnetisierungswicklung der Sonde 5 fließt und das HilfsfeldThe mode of operation of this arrangement is as follows:
Clock generator!, Digital counting unit 2 and digital-to-analog converter 3, together with an optionally available voltage-to-current converter, generate a pre-magnetization signal Ih with a suitable curve shape, which flows through the pre-magnetization coil (not shown) of probe 5 and the auxiliary field

• erzeugt. Die Kurvenform des Vormagnetisierungsstromes Ihkann wie in Fig.2b gezeigt, ein Sägezahn 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 Hilfe eines passiven oder aktiven Netzwerkes zwischen digitaler Zähleinheit 2 und Digital-Analog-Wandler 3, welches auch ein vorprogrammierbares Read-Only-Memory sein kann, erzeugt werden.• generated. The curve shape of the bias current Ih can, as shown in FIG. 2b, be a sawtooth; Sinusoidal, triangular curves and curves which are appropriately distorted in order to achieve a high or low sensitivity in a certain measuring range are also possible. This distortion can e.g. B. with the help of a passive or active network between digital counting unit 2 and digital-to-analog converter 3, which can also be a pre-programmable read-only memory, can be generated.

Der Vormagnetisierungsstrom Ih ist so eingestellt, daß der magnetisierbar 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 Ih seinen Nulldurchgang hat. Am Ende des Sägezahnes (Fig. 2b) wird in die Meßwicklung ein negativer Spannungsimpuls induziert, der aufgrund der großen Steilheit des Vormagnetisierungsstroms /«größer ist als der positive Spannungsimpuls, aber nicht zur Auswertung des Sondensignals herangezogen wird, da er keinen Meßwert beeinhaltet. Bei positiven Magnetfeldern H_n, verschiebt sich der positive Spannungsimpuls. Dabei tritt das Maximum des positiven Spannungsimpulses dann auf, wenn das zu messende Feld //_mund das mit Hilfe des Vormagnetisierungsstromes Ih erzeugte Hilfsfeld gleich sind. Zu diesem Zeitpunkt entspricht auch der Stand der den Vormagnetisierungsstrom bestimmenden digitalen Zähleinheit 2 dem zu messenden Feld.The bias current Ih is set so that the magnetizable core of the probe 5 is safely driven into saturation. If the probe 5 is in the field-free space, a positive voltage pulse is induced in the measuring winding of the probe 5 when the bias current Ih has its zero crossing. At the end of the sawtooth (Fig. 2b) a negative voltage pulse is induced in the measuring winding, which is greater than the positive voltage pulse due to the steepness of the bias current / «, but is not used to evaluate the probe signal because it does not contain any measured value. With positive magnetic fields H _n , the positive voltage pulse shifts. The maximum of the positive voltage pulse occurs when the field to be measured // _m and the auxiliary field generated with the help of the bias current Ih are the same. At this point in time, the level of the digital counting unit 2 determining the bias current also corresponds to the field to be measured.

Zur Bestimmung des Maximums der induzierten Meßspannung wird diese bandbegrenzt differenziert. Damit werden aus den Maxima Nulldurchgänge (F i g. 2c) der differenzierten induzierten Meßspannung. Diese werden mit dem Spannungskomparator 7 ausgewertet, der beim Nulldurchgang der differenzierten induzierten Meßspannung aUmldt 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 ailjdt nahezu Null ist, zurückgeschaltet.To determine the maximum of the induced measurement voltage, this is differentiated in a band-limited manner. The maxima thus become zero crossings (FIG. 2c) of the differentiated induced measurement voltage. These are evaluated with the voltage comparator 7, which aUmldt switches the polarity of its output voltage at the zero crossing of the differentiated induced measurement voltage. The voltage comparator 7 is equipped with a small hysteresis in order to prevent it from being switched back at the times when the differentiated induced measurement voltage is almost zero.

Das Umschalten des Spannungskomparators 7 erfolgt in einer Periode des Vormagnetisierungsstroms Ih zweimal, nämlich dann, wenn das durch den Vormagnetisierungsstrom /«erzeugte Hilfsfeld und das zu messende Feld H_n, 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 Spannungskomparator 7 zu Beginn einer Periode eine genau definierte Anfangsstellung hat Wenn das Vormagnetisierungsfeld und Meßfeld gleich sind, ändert der Spannungskomparator 7 immer in einer definierten Richtung seine Ausgangspolarität. Dieses kann z. B. wie in Fig. 2f gezeigt die negative Flanke des Spannungskomparatorausgangssignals 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 twice in a period of the bias current Ih , namely when the auxiliary field generated by the bias current / «and the field to be measured H _n are the same and when the bias current Ih returns to its level at the end of its period Initial value jumps. Since this switching takes place in different directions, it is ensured that the voltage comparator 7 has a precisely defined starting position at the beginning of a period. If the bias field and measuring field are the same, the voltage comparator 7 always changes its output polarity in a defined direction. This can e.g. B. as shown in Fig. 2f, the negative edge of the voltage comparator output signal Ua. The output signal of the voltage comparator 7 is applied to the memory clock input of the memory register 4. The memory register 4 accepts the content of the digital counting unit 2 present at its inputs on the negative edge of the output signal of the voltage comparator. This corresponds to the content of the memory register 4 at the end of a measurement period that z. B. can be determined by the positive edge of the output signal of the voltage comparator 7 or by the overflow of the binary counter, the status of the digital counting unit 2 when the maximum measurement 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 Speicherregister 4 übernommen wird, kann eine entsprechende Funktionseinheit vorgesehen werden.Used instead of an edge-triggered storage register If a potential- or pulse-controlled storage register is used, it must be equipped with suitable control logic ensure that the status of the digital counting unit 2 is only saved if the Maximum of the induced measurement voltage occurs and is held until the end of the measurement period. In order to prevent overlaps 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 the storage register 4 a corresponding functional unit can be provided.

Das in Fig.3 gezeigte Magnetometer mit Tripelsonde wird vorzugsweise dazu verwendet, den Vektor des örtlichen Magnetfeldes in seiner Richtung und seiner Größe zu messen. Bei diesem Aufbau zeigt sich, daß das Dreiachs-Magnetometer mit nur geringem gerätetechnischen Mehraufwand gegenüber dem Ausführungsbeispiel für ein Magnetometer mit Einzelsonde (Fig. I) auskommt.The magnetometer shown in Fig. 3 with triple probe is preferably used to determine the vector of the local magnetic field in its direction and its Measure size. This structure shows that the three-axis magnetometer has only little technical equipment Additional effort compared to the embodiment for a magnetometer with a single probe (Fig. I) gets by.

Die Speisung der drei einzelnen Sonden 51,52 und 53 erfolgt aus einem gemeinsamen Vormagnetisierungsgenerator, der aus dem Taktgenerator 1, der digitalen Zähleinh*it 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 Vormagnetisierungswicklungen Abgleichwiderstände 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-Wandlung und der Abgleich des Vormagnetisierungsstromes Ih mit in Reihe geschalteten Widerständen vorgenommen wird.The three individual probes 51, 52 and 53 are fed from a common premagnetization generator, which consists of the clock generator 1, the digital counting unit 2 and the digital-to-analog converter 3. The bias windings of the three individual probes 51, 52 and 53 are connected in series if a digital-to-analog converter 3 with a current output is used. To adjust the bias currents of the individual probes 51, 52 and 53, balancing resistors can then be connected in parallel to the individual bias windings. When using a digital-to-analog converter 3 with a voltage output, the individual probes 51, 52 and 53 are connected in parallel, the voltage-to-current conversion and the adjustment of the bias current Ih being carried out with series-connected resistors.

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-Analoe-Wandler 3 als auch die drei Speicherregister 41, 42 und 43 parallel an der digitalen Zähleinheit 2 angeschlossen. Die Funktionsweise dieser Anordnung entspricht im Prinzip der Anordnung mit Einzelsonde aus Fig. '. In dem Moment, wo das zu messende Feld H_n, und das durch den durch die Vormagnetisierungswicklung fließenden Vormagnetisierungsstrom Ih erzeugte Hilfsfeld Hh gleich sind, tritt das Maximum der in die Meßwicklung induzierten Spannung U_n, auf. Dieses Maximum wird durch Differentiation in einen Nulldurchgang der differenzierten Meßspannung überführt und von einem nachgeschalteten Spannungskcmparator 71, 72 bzw. 73, dessen Ausgangsspannung bei den Nulldurchgängen der Eingangsspannung umschaltet, untersucht. Bei der dem Nulidurchgang 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.Each individual probe 51, 52 and 53 is followed by a combination of differentiators 61, 62 and 63 and voltage comparators 71, 72 and 73. In addition, a storage register 41, 42 or 43 is provided for each probe, in which the measured value can be stored. Therefore, both the digital-to-analog converter 3 and the three storage registers 41, 42 and 43 are connected in parallel to the digital counting unit 2. The mode of operation of this arrangement corresponds in principle to the arrangement with a single probe from FIG. At the moment when the field to be measured H _n and the auxiliary field Hh generated by the bias current Ih flowing through the bias winding are equal, the maximum of the voltage U _n induced in the measuring winding occurs. This maximum is converted into a zero crossing of the differentiated measurement voltage by differentiation and examined by a downstream voltage comparator 71, 72 or 73, the output voltage of which switches over at the zero crossings of the input voltage. At the edge of the output signal of the voltage comparator 71, 72 or 73 associated with the zero crossing of the differentiated induced measurement voltage, the status of the digital counting unit 2 is transferred to the memory register associated with the probe 51, 52 or 53 and is thus available as a measured value at the end of the measurement period Disposal.

Da jeder einzelnen Sonde getrennte Auswertezweige ?i nachgeschaltet sind, und die Speicherung des Meßwertes vom Vormagnetisierungsstrom Ih entkoppelt vorge- ά nommen ist, sind in diesem Aufbau Beeinflussungen der a, einzelnen Meßwerte untereinander ausgeschlossen. 5 jfSince each individual probe separate Auswertezweige? Downstream of i, and the storage of the measured value to the bias current Ih decoupled superiors ά taken is, influences of a, individual measured values are mutually excluded in this building. 5 jf

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims

Claims: 28 213 231

1. Magnetoti.iter with direct digital encryption of the measurement signal for measuring magnetic fields using a probe with a magnetizable core and two windings, one of which is used to generate an auxiliary field that controls the magnetization loop of the core down to saturation and the other via the flux density in the core supplies a measuring voltage, a differentiating element for differentiating the measuring voltage and a voltage comparator connected downstream of the differentiating element, which suddenly changes the amplitude of its output voltage when the differentiated measuring voltage crosses zero and whose output voltage is used to measure the magnetic fields, characterized in that a clock generator (1), a downstream digital counting unit (2) and a digital-to-analog converter (3) to generate the Vormagnetiwtrungsstromes (I _H ) for the auxiliary field by counting the pulses of the clock generator (1) and subsequent digital-to-analog conversion of the who tes of the counting unit (2) are provided that the outputs of the digital counting unit (2) are electrically connected to the inputs of a memory register (4), to whose memory clock input the output of the voltage comparator (7) is connected, that the memory register (4) when the polarity of the output voltage of the voltage comparator (7) changes, which takes place at the zero crossing of the differentiated measurement voltage (d U _n Jat) , the instantaneous level of the digital counting unit (2), which is directly proportional to the magnetic field to be measured (H _{n), takes over} at the measured value output of the memory register (4) it can be seen that the digital counting unit (2) resets itself automatically after reaching a predetermined auxiliary value and the counting cycle starts again, and that either the start or end value of the respective counting cycle of the digital counting unit (2) is the magnetizable core of the probe (S) controls the saturation.

2. Magnetometer according to claim 1 using two probes arranged parallel to one another in their axes, for measuring the gradient of the local magnetic field in its direction and size or for measuring the sum or difference of the components of the local magnetic field, characterized in that the A storage register is assigned to both probes, which are connected in parallel to the digital counting unit, that the digital-to-analog converter supplies both auxiliary windings of the probes with bias current (Ih) at the same time, and that the measuring voltages of the individual probes take over the value of the digital counting unit in the assigned storage registers so that the values contained in the storage registers are measures for the measured components at the location of the two probes, from which the gradient of this component of the magnetic field, the sum or difference of the components of the magnetic fields in which the probes are located are located, can be determined are.

3. Magnetometer according to claim 1 using three in their axes at 90 ° to each other offset probes, for measuring the vector des

local magnetic field in its direction and size, characterized in that the three probes (51,52,53) are each assigned a storage register (4t, 42, 43) which are connected in parallel to the digital counting unit (2) that the Digital-to-analog converter (3), which supplies the auxiliary windings of the three probes (51,52,53) with bias current (Ih ) at the same time, and that the measuring voltages of the probes (51, 52, 53) take over the value of the digital counting unit ( 2) in the assigned storage registers (4t, 42, 43) so that the values contained in the individual storage registers (41, 42, 43) are for the three spatial components of the field in which the scaden (51, 52, 53) and can be used to determine the field vector.

4. Magnetometer according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the bias current (Ih) through the auxiliary winding has a periodic function over time.

5. Magnetometer according to claim 4, characterized in that the bias current (Ih) through the auxiliary windings has the shape of a triangular function in its time sequence.

6. Magnetometer according to claim 4, characterized in that the bias current (Ih) through the auxiliary winding has the form of a saw tooth voltage in its temporal sequence