DE2933129C2

DE2933129C2 - Device for measuring magnetic fields

Info

Publication number: DE2933129C2
Application number: DE19792933129
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Prof. Dr. 4400 Münster Meyer zu Reckendorf
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1979-08-16
Filing date: 1979-08-16
Publication date: 1982-07-22
Also published as: DE2933129A1

Description

a) daß der Kem der Spulen aus einem in die Sättigung gesteuerten Kernmaterial besteht;a) that the core of the coils consists of a core material controlled in the saturation;

b) daß die Spulen der Oszillatoren gegensinnig geschaltet, parallel zueinander angeordnet und beide Spulen dem zu messenden Magnetfeld ausgesetzt sind.b) that the coils of the oscillators are connected in opposite directions, arranged in parallel to each other and both coils are exposed to the magnetic field to be measured.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kernmaterial aus Mumetall besteht2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the core material made of mumetal consists

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oszillatoren mit Silikonkautschuk umhüllt sind.3. Apparatus according to claim 1 to 2, characterized in that the oscillators with silicone rubber are wrapped.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum .Messen von Magnetfeldern nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device for measuring magnetic fields according to the preamble of the claim 1.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der DE-OS 22 45 191 bekannt Die MsßgenaJgkeit dieser Vorrichtung ist jedoch relativ stark temperaturabhängig. Messungen über längere Zeitr? _tme, wie sie z. B. erforderlich sind, wenn Änderungen des Erdmagnetfeldes festgestellt werden sollen, sind mit dieser Vorrichtung nicht möglich. Es sind zwar nach anderen Meßprinzipien arbeitende Vorrichtungen zur Messung von Magnetfeldern bekannt, wie z. B. Feldwaagen, Fluß-Gate-Magnetometer, Protonenpräzessions-Magnetometer, die die erforderliche Genauigkeit aufweisen. Diese sind jedoch sehr aufwendig in der Herstellung und Anwendung.Such a device is known from DE-OS 22 45 191. However, the size of this device is relatively strongly dependent on temperature. Measurements over a long period of time _t me how they z. B. are required if changes in the earth's magnetic field are to be determined, are not possible with this device. Although there are working according to other measuring principles devices for measuring magnetic fields known such. B. field balances, flux gate magnetometer, proton precession magnetometer, which have the required accuracy. However, these are very complex to manufacture and use.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Messung von Magnetfeldern zu schaffen, die eine sehr hohe Meßgenauigkeit besitzt sich für Langzeitmessungen eignet und mit relativ geringem Aufwand herstellbar und anwendbar ist.The object of the invention is therefore to provide a device for measuring magnetic fields that has a very high measuring accuracy is suitable for long-term measurements and with relatively little effort manufacturable and applicable.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 aufgeführten Maßnahmen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den Ansprüchen 2 und 3 enthalten.This object is achieved by the measures listed in the characterizing part of claim 1. Further Refinements are contained in claims 2 and 3.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigtThe invention is explained in more detail using exemplary embodiments. It shows

F i g. I Oscillator circuit for controlling one each Saturation core oscillator with inductance JL,

Fig,2a, 2b Blockschaltbilder der elektronischen Schaltung des Magnetometers in zwei Ausfuhrungsformen, Fig, 2a, 2b block diagrams of the electronic Circuit of the magnetometer in two embodiments,

Fig,3 Registrierkurvenauszug des Erdmagnetfeldes an einem magnetisch ruhigen Tag,Fig. 3 Excerpt from the registration curve of the earth's magnetic field on a magnetically calm day

F i g. 4 Registrierkurvenauszug des Erdmagnetfeldes an einem magnetisch gestörten Tag.
In F i g. 1 ist die Oszillatorschaltung zur Ansteuerung eines Saturationskern-Oszillators gezeichnet Der zweite Oszillator ist genauso aufgebaut Die Spulen sind jedoch gegensinnig geschaltet und parallel zueinander angeordnet Durch Einfügen der Kondensatoren C₁, C₁ und G wird die Transistorkapazität erhöht Durch WahlF i g. 4 Excerpt from the registration curve of the earth's magnetic field on a magnetically disturbed day.
In Fig. 1, the oscillator circuit for controlling an oscillator Saturationskern drawn The second oscillator has the same structure, however, the coils are connected in opposite directions and parallel to each other, by inserting the capacitors C _1, C _1, and G, the transistor capacitance is increased extension

is von Kondensatoren mit kleinem Temperaturkoeffizienten, z. B. MKH-Kondensatoren, wird die Temperaturabhängigkeit der Schaltung reduziert Änderungen des äußeren Magnetfeldes setzen die Frequenz des einen Oszillators herauf und die des anderen herunter. Durch die gegensinnige Schaltung der Oszillator-Spulen beeinflußt eine Temperaturdrift beider Oszillatoren die Meßfrequenz nur noch geringfügig.is of capacitors with a small temperature coefficient, z. B. MKH capacitors, the temperature dependence of the circuit is reduced changes in the external magnetic field raise the frequency of one oscillator and lower that of the other. By the opposing switching of the oscillator coils affects a temperature drift in both oscillators Measurement frequency only slightly.

In Fig.2a ist eine Ausführungsform der elektronischen Schaltung als Blockschaltbild aufgezeichnet Die Oszillatorfrequenzen f\ und h der Oszillatoren 1 und 2 werden verstärkt in Verstärkern und einem digitalen Mischer zugeführt, in dem die Differenz f\ — h der beiden Oszillatorfrequenzen gebildet wird. Die Differenzfrequenz f\ — h wird in einem Frequenz-Spannungs-Wandler in eine analoge Gleichspannung umgesetzt. Da sich Änderungen des Erdmagnetfeldes (einige nT) mit Ausnahme magnetischer Stürme im Bereich um wenige Hz Differenzfrequenz und damit wenige mV Gleichspannung bewegen, wird in einem Subtrahierverstärker eine hochstabile Referenzspannung von der Meßspannung subtrahiert, so daß die im mV-Bereich liegenden Schwankungen der Meßspannung nach Durchlaufen eines Impedanzwandlers einem Registriergerät (Kompensationsschreiber im 10 mV-Bereich) zugeführt werden können.2a shows an embodiment of the electronic circuit as a block diagram. The oscillator frequencies f \ and h of oscillators 1 and 2 are amplified and fed to amplifiers and a digital mixer in which the difference f \ - h of the two oscillator frequencies is formed. The difference frequency f \ - h is converted into an analog direct voltage in a frequency-voltage converter. Since changes in the earth's magnetic field (a few nT), with the exception of magnetic storms, are in the range of a few Hz differential frequency and thus a few mV DC voltage, a highly stable reference voltage is subtracted from the measurement voltage in a subtraction amplifier, so that the fluctuations in the mV range of the measurement voltage Passing through an impedance converter can be fed to a recording device (compensation recorder in the 10 mV range).

Fig.2b zeigt eine Ausführung der Meßschaltung ohne Verwendung eines Mischers. Die Oszillatorfrequenzen werden in getrennten Frequenz-Spannungs-Wandlern in Gleichspannungen umgewandelt und diese2b shows an embodiment of the measuring circuit without using a mixer. The oscillator frequencies are in separate frequency-to-voltage converters converted into DC voltages and this

« in einem Subtrahierverstärker mit Hilfe einer Referenzspannung auf den erforderlichen mV-Bereich gebracht. Typische Registrierkurvenausschnitte zeigen Fig.3 an einem magnetisch ruhigen und Fig.4 an einem magnetisch gestörten Tag.«In a subtracting amplifier with the help of a reference voltage brought to the required mV range. Typical registration curve sections are shown in Fig. 3 on a magnetically calm and Fig. 4 on one magnetically disturbed day.

Die Empfindlichkeit des Meßinstruments bewegt sich im Bereich einiger nT, wie Messungen im Magnetfeld einer Helmholtz-Spule ergaben, und ist natürlich abhängig vom erforderlichen Signal-Rausch-Verhältnis. Die Meßergebnisse zeigen, daß das Gerät zurThe sensitivity of the measuring instrument is in the range of a few nT, like measurements in a magnetic field a Helmholtz coil and is natural depending on the required signal-to-noise ratio. The measurement results show that the device for

Registrierung der Änderungen des Erdmagnetfeldes über längere Zeiträume hervorragend geeignet ist.Registration of changes in the earth's magnetic field over long periods of time is ideally suited.

For this purpose 4 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

U Device for measuring magnetic fields, in which two oscillators are provided, the inductances of which are formed by coils with a magnetic core and the frequency difference between the two oscillators is indicated by means of a difference frequency measuring device, characterized by the combination of the following features: