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Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Magnetometer zur Messung
magnetischer Felder und Feldgradienten mittels Sonden mit magnetisierbarem Kern,
der mit Hilfe eines Wechselfeldes periodisch bis in die Sättigung vormagnetisiert
wird (nachfolgend kurz Vormagnetisierung genannt) Derartige Magnetometer haben besondere
Bedeutung bei der Messung von planetaren und interplanetaren magnetischen Feldern,
von remanenten und induzierten Feldern ferromagnetischer Teile, von Werkstoffpermeabilitäten,
von Schirmfaktoren magnetischer Abschirmungen, von Feldverteilungen in Spulenanordnungen
sowie beim Auffinden magnetischer Körper in unmagnetischen Substanzen.
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Bei Magnetometern dieses Typs nutzt man den nichtlinearen Verlauf
der Magnetisierungskurve ferromagnetischer Stoffe zur Messung von MagnetfeldeTn.
Der magnetisierbare Kern wird mit einem magnetischen Wechselfeld Hv, das durch einen
Strom, der durch eine Vormagnetisierungsspule fließt, erzeugt wird, vormagnetisiert.
An einer weiteren Spule, der Induktionsspule, kann die induzierte Spannung Ui gemessen
werden. Die durch das zu messende Magnetfeld Hm bewirkte Änderung von U@ wird ausgewertet.
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Fig. 1 veranschaulicht diesen Vorgang für den Fall eines konstanten
Feldes Hm und einer sinusförmigen Vormagnetisierung Hv.
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Kurve 1 stellt die mittlere Magnetisierungskurve eines ferromagnetischen
Kerns dar. Kurve 2 die sinusförmige Vormagnetisierung Hv, Kurve 3 die Addition von
der Vormagnetisierung Hv und dem konstanten Feld Hm. Die Kurven 4 und 5 erhält man
durch Spiegelung der Kurven 2 und 3 an der Kurve 1. Sie stellen den zeitlichen Verlauf
der magnetischen Induktion BK im Kern für Hm = 0 (Kurve) bzw. Hm # 0 (Kurve 5) dar.
Durch Differentiation nach der Zeit erhält man die Induktionsspannung U. in Kurve
6 (Hm = 0) und Kurve 7 (Hm # 0).
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Oblicherweise wird eine Sonde (Fig. 2) aus einem dünnen, langen Streifen
oder Stab aus hochpermeablem Material aufgebaut, über dem sich in Form konzentrischer
Zylinderspulen die Vormagnetisierungs--und die Induktionsspule befinden. In der
Induktionsspule wird eine dem Differentialquotienten der magnetischen Induktion
BK proportionale Spannung U. erzeugt. Diese wird bei den bisher bekanntgewordenen
Magnetometern auf unterschiedliche Weise vetarbeitet, mit dem Ziel, eine dem zu
messenden magnetischen Feld H proportionale Ausgangsgröße zu rn erhalten. Das sogenannte
Grundwellenverfahren bleibt hier unberücksichtigt, da der magnetisierbare Kern nicht
bis in die Sättigung ausgesteuert wird (s. W.A. Geyger: Nonlinear Magnetic Devices,
New York, Toronto, London, 1964: R. Kühne: Magnetfeldmessusngen mit dem Eisenkernmagnetometer
nach dem Oberwellenverfahren, ATM V392; USA-Patente 2390051 und 2252059).
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Die bisher bekannten Magnetometer mit Sättigungsaussteuerung des Kerns
ermitteln die zu messende Feldstärke Hm aus der Induktionsspannung U. entweder durch
Messung a) der Gesamtspannung, b) des Spitzenwertes, c) der zweiten Harmonischen
oder d) der Zeitverschiebung der Extrema. Die Induktionsspannung kann dabei von
konstruktiv sehr verschieden ausgebildeten Sondentypen wie Einzel- oder Mehrfachsonden,
Brückensonden, Ringkernsonden oder Spaltsonden geliefert werden.
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Zur Messung des Feldstärkegradienten werden mindestens zwei räumlich
getrennte Einzelsonden bzw. Brückensonden oder Ringkernsonden elektrisch so geschaltet,
daß der Gleichanteil der von beiden Sonden gemessenen Feldstärke sich aufhebt und
nur die Differenz feldstärke zur Anzeige gelangt.
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Zu a): Ein Magnetometer, das die Gesamtspannung einer Sonde verwendet,
ist bisher nur von I.M. Kelly angegeben worden (s. I.M. Kelly: Magnetic Field Measurement
with Peaking Strips, Rev. of Sci. Instr. 22 [1951], S. 256). Hierzu wird die von
einer einzelnen Sonde gelieferte Induktionsspannung als Vertikalablenkung und der
Vormagnetisierungsstrom der Sonde als Horizontalablenkung auf einem Elektronenstrahloszilloskopen
sichtbar gemacht und das entstehende Schirmbild zur Messung benutzt. Bei Einwirkung
der
zu messenden Feldstärke verschiebt sich das Bild in horizontaler Richtung. Aus der
Größe der Verschiebung kann man den Wert der Feldstärke ermitteln.
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Zu b): Bei diesen Magnetometern, die zuerst von Vaquier (USA-Patent
2406870) angegeben wurden, ist in jedem Fall eine Doppelsonde, Ringkernsonde oder
Brückensonde notwendig. Eine derartige Doppelsonde besteht aus zwei parallel nebeneinanderliegenden
Einzelsonden, deren Vormagnetisierungs- und Induktionsspulen derart elektrisch geschaltet
sind, daß die Kerne zu gleichen Zeiten entgegengesetzt vormagnetisiert werden und
die von beiden Sonden gemeinsam gelieferte Induktionsspannung frei von ungradzahligen
Harmonischen ist. Die Induktionsspannung enthält dann eine Folge von Impulsen, deren
Höhe ein Maß für die Feldstärke ist. Ober eine Spitzenwertgleichrichtung können
dann die Impulshöhen direkt zur Anzeige gebracht werden. Es sind nun verschiedene
Varianten in der Ausführung der Sonden möglich. Ausführungen mit Brückensonden geben
Tolles, Vacquier und Wykoff an (s. W.E. Tolles: Applications of the saturable core
magnetometer, Proc. of National Electron. Conf., III [1947], S. 504-513: V. Vaquier,
R.F. Simons, W.A. Hull: A Magnetic Airborne Detector Rev. of Sci. Instr., 18 [1947],
S. 483-487; R.D. Wykoff: The Gulf Airborne Magnetometer, Geophysics, 13 [1948],
S. 182). G. Muffly-verwendet eine Doppelsonde, bei der die Meßwicklung beiden Einzelsonden
gemeinsam ist (G.
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Muffly: The Airborne Magnetometer, Geophysics, 12 [1946], S. 321-334).
0. Schmidt gibt eine Variante des Verfahrens an, bei der eine Doppelsonde ausgangsseitig
verstimmt wird (USA-Patent 2560132).
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Zu c): Am bekanntesten und am weitesten verbreitet sind die Magnetometer,
die die zweite Harmonische in der Induktionsspannung Ui als Nachweis des zu messenden
Feldes Hm benutzen.
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Bei den Magnetometern mit Einzel sonde wird die Induktionsspannung
auf eine Verstärkeranordnung gegeben, die eine auf die zweite Harmonische abgestimmte
Pilteranordnung enthält. Man erreicht dadurch, daß-nur die zweite Harmonische genügend
kräftig zur Anzeige gelangt. Durch eine nachgeschaltete phasengesteuerte Gleichrichtung,
die über einen Frequenzverdoppler von der Vormagnetisierungsspannung gespeist wird,
erhält man eine Anzeige des zu messenden Feldes H nach Bem -trag und Richtung. Eine
derartige Anordnung beschreiben Rose und Bloom (P.C. Rose, I.N. Bloom: A Saturated
Core Recording Magnetometer, Cand. J. Res. A28 [1950], S. 153-163) Größere Anwendungen
hat die Doppel- oder Differenzsonde gefunden, bei der zwei räumlich parallel neben-
oder hintereinanderliegende Einzelsonden so geschaltet sind, daß die beiden Einzelsonden
zu gleichen Zeiten entgegengesetzt vormagnetisiert werden und die von beiden Sonden
gemeinsam gelieferte Induktionsspannung frei von ungradzahligen Harmonischen ist.
Aus der gemeinsamen Induktionsspannung wird anschließend durch ein auf die doppelte
Vormagnetisierungsfrequenz abgestimmtes Filter die zweite Harmonische herausgesiebt.
Die Amplitude der zweiten Harmonischen ist der zu messenden Feldstärke proportional:
Um neben dem Betrag der Feldstärke auch die Richtung zu erhalten, ist noch eine
phasengesteuerte Gleichrichtung notwendig, deren Steuerspannung durch Frequenzverdopplung
der Vormagnetisierungsspannung erzeugt wird.
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Bei diesem Magnetometer können die verschiedensten Sondentypen zum
Einsatz gelangen. So beschreiben Meck und Hector eine Anordnung, die eine Meßsonde
mit gemeinsamer Induktionswicklung verwendet (H.J. Meck, F.S. Hector: A Recording
Magnetic Variometer, Canad. Journ. of
Physics, 33 [1955], S. 364-368),
desgleichen Serson (P.H. Serson: An Electrical Recording Magnetometer, Cand. Journ.
of Physics, 3 [1957], S. 1387-1394).
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Förster verwendet hauptsächlich den oben beschriebenen Sondentyp (F.
Förster: Ein Verfahren zur Messung Zeitschrift für Metallkunde, 46 [1955], S. 358
bis 370). Meßanordnungen mit Ringkernsonden werden von Aschenbrenner und Goubau
sowie von Lawrence angegeben (H. Aschenbrenner, G. Goubau: Eine Anordnung zur Registrierung
..., Hochfrequenztechnik und Elektroakustik, 47 t19361; L.G. Lawrence: Elektronik
für die Geophysik, Elektronik, [1964], S. 323). Eine Meßanordnung mit Spaltsonde,
die zum Abtasten der auf Magnetband gespeicherten Aufzeichnungen dient, ist von
Willaschek beschrieben worden (K. Willaschek: Flußempfindlicher Wiedergabekopf in
der Magnetspeichertechnik, Zeitschrift f. Messen, Steuern, Regeln, 8 [1965].
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Eine Meßanordnung nach dem Oberwellenverfahren mit Winkelsonden, bei
denen das Vormagnetisierungsfeld und das zu messende Feld senkrecht zueinander stehen,
wodurch die ungradzahligen Harmonischen wiederum unterdrückt werden, beschreibr
Palmer [J.M. Palmer: A Small Sensitive Magnetometer, Proc. of I.E.E., II (19533>
S. 545 bis 555). Eine derartige Sondenanordnung ist auch patentiert (USA-Patent
2856581).
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Einen umfassenden Oberblick-über die verschiedenen Sondentypen nach
dem Oberwellenverfahren geben Greiner (J. Greiner: Feldmessungen nach dem Oberwellenverfahren,
Nachrichtentechnik, 9 [1959] und Primdahl (F. Primdahl: The Fluxgate Magnetometer,
J. Physics E, 12 [1979], S.
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241-253). Ober Methoden zur Verwendung der Sonden bei der Messung
des Feldgradienten wird von Moris und Pedersen ein Oberblick gegeben (R.M. Moris,
B.Q. Pedersen: Disign
of a Second Harmonic ..., Rev. of Sci. rnstr.
32, (19613, S. 444-448).
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Zu d): Ein Magnetometer, daß die Zeitverschiebung der Extrema der
Induktionsspannung verwendet, wurde zuerst von Trenkler beschrieben. Bei dem Magnetometer
mit Einzelsonde wird die Induktionsspannung zum besseren Auffinden der Extrema elektronisch
differenziert. Die Zeitverschiebung der Nulldurchgänge des differenzierten Signals,
die sich bei Anwesenheit eines Magnetfeldes ergibt, wird zur Bestimmung von H, verwendet.
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Eine größere Meßgenauigkeit erhält man bei Verwendung einer Doppelsonde,
bei der zwei parallel liegende Einzelsonden so geschaltet sind, daß die Kerne der
beiden Einzelsonden zu gleichen Zeiten entgegengesetzt vormagnetisiert werden; Ein
äußeres Magnetfeld bewirkt dann eine Verschiebung der beiden Induktionsspannungen
in entgegengesetzten Richtungen. Die Zeitspanne von einem Nulldurchgang der differenzierten
Induktionsspannung der einen Sonde bis zu dem entsprechenden Nulldurchgang der anderen
Sonde ist das Maß für das zu messende Feld Hm. Die Zeitdifferenz läßt sich z.B.
durch Auszählen von Schwingungen eines Oszillators bekannter Frequenz bestimmen.
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Bei diesem Verfahren können die Sonden nach verschiedenen Gesichtspunkten
aufgebaut werden. Trenkler verwendet Kerne mit vermindertem Querschnitt in der Mitte
(G. Trenkler: Die Messung schwacher magnetischer Felder mittels Magnetometer mit
direkter Zeitverschlüsselung, Diss., Braunschweig, [1968].Bei Heinicke kommen auch
Kerne mit konstantem Querschnitt zum Einsatz (W. Heinicke: Messung von magnetischen
Feldern und Felddifferenzen mit Saturationskernsonden nach dem Verfahren mit direkter
Zeitverschlüsselung, Diss., Braunschweig, [1976]).
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Den von den verschiedenen Autoren unter a, b und c angegebenen Verfahren
zur Messung der magnetischen Feldstärke mit Hilfe eines Magnetometers mit Sättigungsaussteuerung
des Kerns haftet gemeinsam als grundsätzlicher Nachteil an, daß eine digitale Anzeige
der gemessenen Feldstärke direkt nicht möglich ist, sondern nur durch Zwischenschaltung
eines Analog-Digitalwandlers. Dies bedingt einen apparativen Mehraufwand und eine
verminderte Meßgenauigkeit. Ein weiterer, den unter a bis c aufgeführten Magnetometern
anhaftender Nachteil ist, daß wegen der für die Gewinnung des Meßwerts erforderlichen
Mittelwertbildung die Grenzfrequenz der Meßanordnung stark herabgesetzt wird. Eine
Abhilfe durch Heraufsetzen der Erregerfrequenz des Vormagnetisierungsstroms sind
durch das starke Anwachsen der Wirbelstromverluste Grenzen gesetzt.
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Das unter d aufgeführte Magnetometer ist in der Lage, durch direkte
Zeitverschlüsselung aus der Induktionsspannung Ui die zu messende Feldstärke Hm
als Digitalwert zu gewinnen. Die zu messenden Zeitdifferenzen sind bei kleinen Magnetfeldstärken
jedoch sehr kurz. Bei einer Feldstärke von 1 mA/m zum Beispiel liegt die zu messende
Zeitspanne in der Größenordnung einer Nanosekunde, was nur mit großem Aufwand aufzulösen
ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, durch Integration von Teilen
der Induktionsspannung Ui die zu messende magnetische Feldstärke Hm bzw. den Feldgradienten
als Digitalwert zu.gewinnen. Dadurch ist auf einfachem Wege eine digitale Anzeige,
Registrierung und Weiterverarbeitung sowie eine von Störungen und Nichtlinearitäten
der Obertragungsstrecke freie Fernübertragung des Meßwertes möglich, und der apparative
Aufwand bei der Anzeige des Meßwerts läßt sich verringern.
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Die Aufgabe wird bei einer Sonde mit magnetisierbarem Kern und zwei
getrennten Wicklungen, bei der eine Wicklung mit Hilfe eines Wechselstroms Iv ein
Vormagnetisierungsfeld Hv erzeugt, das die Magnetisierungskurve des Kerns bis in
die Sättigung aussteuert und in der anderen Wicklung eine Induktionsspannung U.
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erzeugt, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß bestimmte Stücke
der
Induktionsspannung, die durch ein gegebenes in Richtung der Sondenachse wirkendes
magnetisches Feld Hm verändert werden, elektronisch aufintegriert werden, so daß
die Aüsgangsspannung des Integrierers ein Maß für das zu messende magnetische Feld
H ist.
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m Um den Wert des Magnetfeldes Hm in digitaler Form darstellen zu
können, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Referenzspannung
Uref bekannter Größe, deren Polarität entgegengesetzt zum Vorzeichen des Integrals
ist, an den Eingang des Integrierers gelegt, und die Zeit T, während der die Spannung
Uref anliegen muß, um den Ausgang des Integrierers auf Null zu bringen, ist ein
Maß für die Größe des Integrals.
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Um die Linearität des Magnetometers zu erhöhen, wird in einer dritten
weiteren Ausbildung der Erfindung das Digitalwort, das in der oben angegebenen Weise
gewonnen wurde, einem Digital-Analogwandler zugeführt, dessen Analogausgang mit
einer zusätzlich auf dem Sensor aufgebrachten Spule, der Gegenkoppelspule, verbunden
ist. Analog-Digitalwandler und Gegenkoppelspule sind elektrisch so geschaltet, daß
ein vom Sensor gemessenes Magnetfeld durch ein in der Gegenkoppelspule erzeugtes
Magnetfeld aufgehoben wird und der Sensor nur noch als Null indikator dient.
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Damit neben der digitalen Anzeige und Registrierung der magnetischen
Feldstärke auch eine Anzeige oder Registrierung mittels analoger Meß- oder Registriergeräte
möglich ist, wird in einer vierten weiteren Ausbildung der Erfindung der Strom durch
die Gegenkoppelspule, die wie oben angegeben geschaltet ist, über einen Widerstand
bekannter Größe geleitet und der Spannungsabfall mit einem Elektrometerverstärker
gemessen, so daß ein Signal für analoge Meß- und Registriergeräte zur Verfügung
steht.
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Um die Empfindlichkeit zu verdoppeln und das Signal- zu Rauschverhältnis
zu verbessern, wird in einer fünften weiteren Ausgestaltung der Erfindung eine Sondenkonfiguration
z.B. Doppelsonde oder Ringkernsonde verwendet, bei der zwei parallel liegende
Einzelsonden
so geschaltet sind, daß die Kerne zu gleichen Zeiten entgegengesetzt vormagnetisiert
werden und die von beiden Sonden gemeinsam gelieferte Induktionsspannung frei von
ungradzahligen Harmonischen ist. Die Induktionsspannung enthält in diesem Falle
eine Folge von Impulsen mit wechselndem Vorzeichen, deren Spannungs-Zeit-Integral
ein direktes Maß fur das herrschende Magnetfeld H ist.
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m Um mit einem derartigen Magnetometer den Gradienten des Magnetfeldes
zu messen, werden in einer sechsten weiteren Ausbildung der Erfindung zwei Einzelsonden
parallel zueinander in einem gewissen Abstand angeordnet und die Vormagnetisierungs-
und Induktionsspulen der Einzel sonden derat verschaltet, daß die Induktionsspannung
nur aus einer Folge von Spannungsimpulsen besteht, deren Spannungs-Zeit-Integral
proportional dem Magnetfeldgradienten ist.
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Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher
beschrieben. Fig. 3 zeigt den Aufbau eines blagnetometers mit Einzelsonde. Die Anordnung
besteht aus einem Wechselstromgenerator (1) mit der Frequenz f im mittleren Tonfrequenzbereich.
Der Generator speist mit dem Strom Iv, der in diesem Beispiel einen dreieckförmigen
Verlauf hat, die Vormagnetisierungsspule. An der Induktionsspule der Sonde wird
die Induktionsspannung U. abgegriffen und einem elektronisch gesteuerten Schalter
zugeführt. Dieser Schalter verbindet den folgenden Spannungsintegrierer (2) wahlweise
mit der Induktionsspannung oder flit einer Referenzspannungsquelle. Dar s sich anschließende
Komparator (3) ändert seinen Ausgangszustand schlagartig, wenn das Vorzeichen der
Ausgangsspannung des Integrierers wechselt.
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Die folgende Steuerlogik (4) betätigt zum einen den elektronischen
Schalter und gibt zum anderen am Ausgang eine Folge von rechteckförmigen Spannungsimpulsen
ab. Die Ausgangsspannung Ua der Steuerlogik kann einem digitalen Anzeige- oder Registriergerät
zugeführt werden. Außerdem kann sie mit Hilfe eines den arithmetischen Mittelwert
anzeigenden Spannungsmesser oder Registriergeräts analog gemessen oder registriert
werden.
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Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende: Der vom Wechselstromgenerator
gelieferte dreieckförmige Strom Iv (Fig. 4, Kurve 1) muß eine so große Amplitude
besitzen, daß der magnetisierbare Kern der Sonde sicher bis in die Sättigung ausgesteuert
wird. Befindet sich die Sonde im feldfreien Raum, so liegt der Arbeitspunkt des
Vormagnetisierungsfeldes in der Mitte der Magnetisierungskurve des Kerns und die
sich ergebende Induktionsspannung hat einen völlig symmetrischen Verlauf (siehe
Fig. 1, Kurve 6 und Fig. 4, Kurve 2). Bringt man jetzt die Sonde in ein magnetisches
Feld der Größe Hm, das die Richtung der Sondenachse besitzt, so verschiebt sich
die Lage des Arbeitspunktes auf der Magnetisierungskurve und die Flanken der Induktionsspannung
verschieben sich zeitlich gegen den Verlauf im feldfreien Fall (Fig. 4, Kurve 2
(Hm = 0) und Kurve 3 (Hm # 0)). Integriert man die Stücke de Induktionsspannung
von t1 bis 1/4 r und t2 bis 3/4 T (Fig. 4, Kurve 4 (Hm = 0) und Kurve 5 (Hm # 0))
auf, so erhält man am Ausgang des Integrierers einen Spannungsverlauf, der für den
magnetfreien Fall zur Zeit T T den Wert Null annimmt. Wirkt jedoch @@@@@@ @@@@ zur
@@@@ 4 @ @@@ @@@@ @@@@ @@@@@@@ @@@@@ @@@@@ ein Magnetfeld auf den Sensor, so nimmt
die Spannung U0 bei @/4 T T einen Wert an, der proportional zum herrschenden Magnetfeld
Hm ist (Fig. 4, Kurve 6 (Hm = 0) und Kurve 7 (Hm # 0)).
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Um die Größe der Spannung U0 zu diesem Zeitpunkt zu bestimmen, verbindet
man den Eingang des Integrierers solange mit einer Referenzspannung Uref, bis die
Spannung U0 den Wert Null erreicht hat. Die Zeit r = t3 - 3/4 T ist direkt proportional
zu U0 (3/4 T) und damit ein Maß für das herrschende Magnetfeld Hm.
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Am Ausgang Ua dier Steuerlogik erscheint ein rechteckförmiger Spannungsimpuls,
dessen Breite als Information die Größe des magnetischen Feldes Hm enthält (Fig.
4, Kurve 8). Die Ausgangsspannung kann nun auf bekannte Weise weiterverarbeitet
werden, z.B. können im einfachsten. Falle die Schwingungen eines Oszillators bekannter
Frequenz während der Zeit t gezählt werden, und man erhält damit ein Digitalwort,
das ein direktes Maß für die Größe des zu messenden Feldes Hm ist.
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Für eine analoge Anzeige des Meßergebnisses legt man z.B.
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einen Drehspulspannungsmesser an die Ausgangsklemmen. Da der
Zeigerausschlag
eines derartigen Instruments dem Tastverhältnis l/T-direkt proportional ist, ist
die Anzeige des Geräts ein Maß für die zu messende Feldstärke H m Das zweite Ausführungsbeispiel
zeigt in Fig. 5 eine Meßanordnung mit Doppelsonde. Die Anordnung besteht aus einer
Wechselstromquelle (1) mit einer Frequenz f für die Erzeugung des Vormagnetisierungsfeldes
sowie einer Doppelsonde, Schalter, Integrierer (2), Komparator (3) und Steuerlogik
(4), wie sie schon beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden. Die Arbeitsweise
dieser Anordnung entspricht der des ersten Ausführungsbeispiels bis auf die Wirkungsweise
der Doppelsonde. Die Wechselstromquelle speist die Sonden mit einem Strom Iv (Fig.
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6, Kurve 1), der die gleiche Form und Amplitude hat wie im letzten
Beispiel. Die Vormagnetisierungsspulen der beiden Einzelsonden sind derart in Serie
geschaltet, daß die beiden Kerne zu jeder Zeit gleich stark, aber in entgegengesetzter
Richtung vormagnetisiert werden. Die Induktionsspulen der Sonden werden derart elektrisch
verschaltet, daß sich alle ungradzahligen Vielfachen der Erregerfrequenz f gegenseitig
auslöschen, und die Sonde in diesem Falle Spannungsimpulse mit wechselndem Vorzeichen
abgibt (Kurve 2). Das Spannungs-Zeit-Integral eines jeden Impulses ist proportional
dem in Richtung der Kerne herrschenden Magnetfeld Hm. Mit der nachfolgenden Schaltung
aus Schalter, Integrierer, Komparator und Steuerlogik wird der Wert des Integrals
eines jeden positiven Impulses in der im ersten Beispiel beschriebenen Weise bestimmt
(Ausgangsspannung des Integrierers U0 siehe Kurve 3). Die Ausgangsspannung Ua besteht
aus Rechteckimpulsen (Kurve 4) mit einer Folgefrequenz 2f, deren Breite ein direktes
Maß für die Stärke des magnetischen Feldes Mm ist. Die Weiterverarbeitung kann in
der bereits erwähnten Weise erfolgen.
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Durch Anordnung der Einzelsonden in einer bestimmten Entfernung voneinander
und Drehen einer Einzelsonde um den Winkel von 1800 kann mit der im zweiten Beispiel
beschriebenen Anordnung der Gradient der magnetischen Feldstärke gemessen werden.
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Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß das Integral über bestimmte Stücke der Induktionsspannung als Maß für die magnetische
Feldstärke Hm verwandt wird, anstatt wie bei den bisherigen Ausführungen die Höhe
der Amplitude der Induktionsspannung. Dadurch ist unter Umgehung eines Analog-Digitalwandlers
eine einfache Digitalisierung des Meßwertes möglich. Digital lassen sich die Meßwerte
der magnetischen Feldstärke ohne Informationsverlust selbst bei starken Störungen
und Nichtlinearitäten der Obertragungsstrecke über sehr weite Entfernungen übermitteln.
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Da im Gegensatz zu den bisher bekannten analogen Magnetometern keine
Filter oder Speicherglieder im Zuge der Meßanordnung zur Gewinnung des Meßwertes
benötigt werden, ist bei gleicher Erregerfrequenz die Meßgeschwindigkeit wesentlich
höher.
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Ein Vorteil gegenüber dem einzigen bekannten digitalen Magnetometer
nach dem Zeitverschlüsselungsverfahren ist die wesentlich größere Breite der Rechteckimpulse,
die ein direktes Maß für die Stärke des magnetischen Feldes H ist. Dadurch läßt
rn sich der Wert viel genauer bestimmen und das Magnetometer ist daher sehr gut
zur Messung kleiner Feldstärken geeignet.