DE2953035A1

DE2953035A1 - Vorrichtung zur stabilisierung von magnetfeldern

Info

Publication number: DE2953035A1
Application number: DE19792953035
Authority: DE
Inventors: Friedhelm Dipl Ing Caspers
Original assignee: Individual
Current assignee: Caspers Friedhelm Dipl-Ing 4630 Bochum De Ar
Priority date: 1979-01-24
Filing date: 1979-01-24
Publication date: 1980-11-13

Description

Vorrichtung zur Stabilisierung von Magnetfeldern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Stabilisierung von Magnetfeldern unter Ausnutzung der ferromagnetischen Resonanz (FMR) eines ferromagnetischen Körpers Zur hochgenauen Messung und Stahilisierung der magnetischen Feldstärke wird allgemein die NMR-Sonde (NMR = Nuclear-Magnetic-Resonanz)verwendet, Sie hat im wesentlichen zwei Nachteile, die sich bei speziellen Anwendungen sehr störend bemerkbar machen: 1. Der aktive Bereich der Sonde ist mit 1 cm2 x 0,5 cm relativ groß.
Außerdem mui3 innerhalb dieses Bereichs das zu messende Magnetfeld nahezu homogen sein. Die Sonde ist deshalb nur in den Fällen anwendbar, wo räumlich genügend weit ausgedehnt Magnetfelder zur Verfügung stehen.
2. Zur Detektion des NMR-Signals ist ggf. eine Magnetfeldmodulation erforderlich, die sich bei gewissen Anwendungen störend bemerkbar machen kann.
Eine weitere gebräuchliche Methode, Magnetfelder zu messen und zu stabilisieren, ist die Hallsonde, deren Genauigkeit jedoch bei ca. 1°/oo liegt.
Außerdem ist die Hallspannung nicht proportional dem angelegten Magnetfeld und stark von der Temperatur abhängig.
Nach Rzewuski,M.N., Stuchly, S.S., Tarnawecky, M.Z., " Measurement of Current ind EHV and UHV Transmission Line using YIC-tu@ed Devices.
5 @MC-Proceedings S. 218 - 222 " ist eine Magnetfeldmessung mit einem YI@-abgestimmter Oszillator YIG = Yttrium-Iron-Garnat) bekannt. Die Resonanzfrequenz dient zur Detektion der magnetischen Feldstärke.
Aus den Eigenschaften der FMR ergeben sich folgende Bedingungen,unter denen eine solche Vorrichtung betrieben werden muß.
1. Infolge des hohen gyromagnetischen Verhältnisses liegen die Resonanzfrequenzen im Mikrowellenbereich.
2. Das zu stabilisierende Magnetfeld muß so groß sein, daß die ferromagnetische Probe, deren FMR detektiert wird, gesättigt ist. D.h.,das innere Magnetfeld der Probe muß mindestens gleich der Sättigungsmagnetisierung des verwendeten ferromagnetischen Materials sein. Dies bedingt, daß man mit Materialien ohne innere Anisotorpiefelder erst ab etwa 1000 Oe arbeiten kann. Durch Benutzen von Ferritmaterialien mit hohen inneren Anisotropiefeldern, (z.8. von hexagonal Barium Ferriten) ist allerdings es möglich, diesen Nachteil zu umgehen.
Als Meßsonde wird ein YIG-Filter (YIG = Yttrium-Iron-Garnat) benutzt.
Die Größe der Meßsonde (Volumen der YIG-Kugel bzw. des Rotationsellipso;ds) beträgt nur etwa 0,25 mm3 und ist damit wesentlich geringer als die Größe einer NMR-Sonde.
Die Güte der YIG-Filter hängt wesentlich vom verwendeten ferromagnetischen Material ab. Als Meßsondenmaterial muß ein Material mit kleiner Linienbreite benutzt werden. YIG-Einkrlstalle sind für diesen Zweck Tit Linienbreiten kleiner als 0,5 Oerstedt erhält ich. Die Anisotropie von Einkristallen erfordert eine genaue Justierung der Ferritkörper entlang de magnetisch leichten Achse. Nimmt rian etwas größere Linienbreiten ( ca.
2,0 Oerstedt) in Kauf, so können auch polykristalline Materialien verwendet werden. Damit wird dte Sonde praktisch isotrop.
Die Erftndung wird anhand der Zeichnung näher mit einem Ausführungsbeispiel erläutert und zwar in Fig. 1 in einer Schaltung zur Stabilisierung von Magnetfeldern. Näch Fig. 1 wird ein frequenzstabiler (besser als 10-4 der Bandmittenfrequenz) Mikrowellenoszillator 1 mit fester Bandmittenfrequenz Uber seinen Eingang la mittels eines NF-Oszillators 9 mit etwa 1000 Hz um seine Bandmittenfreouenz frequenzmoduliert. Das Mikrowellensional 1b des Oszillators wird duf eine YIG-Sonde gegeben unc nach dieser Sonde durch @nen Detektor 6 detektiert. Das Ausganqs- @ignal des Detektors 6 wird auf den Signaleingang 7b des phasenemp@ind lichen Gleichrichters 7 geweben. Dessen Referenzeingang 7a ist direkt mit dem NF-Modulationsoszillator 9 verbunden. Der Ausgang 7c das phasenemphindlichen Gleichrichters 7 steuert über einen Verstarker 8 d Strom in einer Korrektorstpule 4 und scmit das Magnetfeld zwischen den Polscnuhen 2. Die Bandmittenfrequenz des Oszillators 1 ist so eingestellt, daß sie dem zu stabilisierenden Magnetfeld, das durch die Feldspulen 3 erzeugt wird, entspricht, und zwar umgerechnet über das gyromagnetische Verhältnis.
Als FMR-Meßsonde kann eine YIG-Kugel verwendet werden, aber auch ein langgestrecktes Ellipsoid aus ferromagnetischem material. Durch den hohen Entmagnetisierungsfaktor des Ellipsoids wird das innere Feld der FMR-Meßsonde und damit auch die Bandmittenfrequenz des frequenzmodulierten Mikrowellenoszillators relativ klein gehalten. Diese Vorrichtung eignet sich zur Pressung hoher magnetischer Feldstarken. Jedoch geht dadurch die Isotropie der Meßsonde verloren.

Claims

Vorrichtung zur Stabilisierung von Magnetfeldern PATENTANSPRUCH 1. Vorrichtung zur Stabilisierung von Magnetfelde@n dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßsonde (5) bestehend aus einerYIG ( Yttrium-Eisen-Granat ) Kugel vorgesehen ist, deren Resonanzfrequenz ein Maß für den Ist-Wert des Magnetfeldes aarstellt und die sich in zu stabilisierenden Magnetfe @ befindet, und daß ein Regelkreis vorgesehen ist bestehend aus einem bezüglich seiner Bandmittenfrequenz frequenzt@ i@en Mikrowellenoszillator (1), der mittels eines NF-Oszillators (9) @ seine Bandmitterfrequenz frequenzmodu ert ist,und daß ein phasen-@@ f@@dlicher Gleichrichter (@) vorgesehen ist, der einer Signalein-@ang (70) und einen mit dem Ausgang des NF-Oszillators verbundenen kaf@renzeingang (7a) sowie einen Ausgang (7c) aufweist, der über einen Verstärker (8) de@ Strom in einer Korrektorspule (4) und somit das Magnetfeld zwischen den @ols@nuhen (2 Steuert, wobei die B@ @-mittenfreq enz des Oszillators (@) so eingestellt ist, daß sie dem zu stabilisierenden Magnetfeld entspricht.