DE3213197A1

DE3213197A1 - Sonde zur zeitverschluesselten erfassung von magnetischen feldern

Info

Publication number: DE3213197A1
Application number: DE19823213197
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 2105 Seevetal Bornhöfft; Gerhard Prof. Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Trenkler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: STN Systemtechnik Nord GmbH
Priority date: 1982-04-08
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1983-10-20
Also published as: DK165076B; DK136183A; DK165076C; DE3213197C2; DK136183D0

Description

"Sande zur zeitverschlüsselten Erfassung von magnetischen Feldern"

Die Erfindung betrifft eine Sonde gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanepruches.

Aus der DE-PS 16 23 577 sind Sonden mit magnetisierbarem Kern bekannt, der eine Querschnittsverminderung im Bereich der Mitte besitzt, und die eine von einem Wechselstrom durchf lossene Vormagnetisierungsiuicklung, welche das Kernmaterial periodisch in die Sättigung steuert sauiie eine Induktionswicklung aufweisen, deren Ausgangsspannung differenziert wird, um den zeitlichen Abstand der Nulldurchgänge der differenzierten Induktionsspannung als Meßwert für die magnetische FluBdichte auszuwerten. Die kleinste auflösbare FluQdichteänderung wird durch die dem Nutzsignal überlagerten Rausch- und Stäraignale bestimmt. Bei einem ungunstigen Nutzsignal/Störsignal-Uerhältnis kann die Auswertung des differenzierten Signals zu unsicheren Ergebnissen führen.

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Aufgabe der Erfindung ist es daher, Sonden mit magnetisierbaren, periodisch in Sättigung gesteuerten Kernen aufzubauen, bei denen bezüglich der GröBe dar Auflösung cer zu messenden magnetischen Flufldichte eine wesentliche Verbesaerung und damit ein größerer MeBbereichsumfang erzielt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäS durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst. Damit uiird der Vorteil erreicht, daB der Anteil der Rausch- und Störsignale in der Ausgangsspannung minimiert und die Änderungsgeschuindigkeit des Anstiegs der Ausgangsspannung der Induktionsuicklung maximiert und so eine große Auflösung und ein weiter MeBbereichsumfang erhalten uird.

LJeiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer bekannten Sande mit einem Diagramm der Induktionsspannung und der differenzierten Induktionsspannung,

Fig. 2 ein Ersatzachaltbild für die Sonde und Fig. 3 einen Längsschnitt durch eine Sonde nach der Erfindung.

Nach Fig. 1 ist ein Sondenkern 1 mit einer Querschnittsverminderung 2 etwa in Kernmitte versehen. Im Bereich der Querschnittsverminderung ist eine Induktionsspule 3 angeordnet, während über den nicht van der Induktionsuicklung bedeckten Kernabschnitten die Uarmagnetieierungsuiicklung *♦ vorgesehen ist, die von dem Uormagnetisierungsstrom i durchflossen üjird. Die in der Wicklung 3 induzierte Spannung u, uird einer Differenzierstufe 5 zugeführt, die eine differenzierte Spannung u_ ausgibt. Dem Nutzsignal u. der Induktionsuicklung 3

— 3 —

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der Sande überlagerte Rauach- und St3rsignale u bewirken eine zeitliche Unscharfe Δ L dea Nulldurchgangea der differen zierten Induktionsspannung u_ und begrenzen damit die Auflösung und den MeQbereichsumfang. Öle GröQe von -Δ L kann in erster Näherung zu

Δ L . ^r

•abgeschätzt werden. Eine Minimierung von Δ Τ* gelingt, uenn

y\ / dU N

u —> 0 und j j ^Λ —^ oO geht; dieses wird durch einen geeigneten geometrischen und elektrischen Aufbau der Sonde angestrebt. Gleichzeitig erhöht sich damit der MeBbereichsumfang U, uenn

u =« τ / 2 Δ L

gilt.

/ du p. \
Ein hohes (—-rr—I Λ uird erreicht, uenn ala Sondenkern 1

\ Qt ' Ut

ein magnetisierbarer lüerkstoff mit hoher Permeabilität bei geringer magnetischer Feldstärke, hoher Ummagnetiaierungsgeschuindigkeit und hohem spezifischem Widerstand eingesetzt uird, uie z. B. magnetiaierbares amorphes Metall. Um die hohe FluBänderungsgeschuindigkeit im Sondenkern 1 ausnutzen zu können, ist die Induktionsuicklung 3 kapazitätsarm (C.—> 0) auszuführen, uie Fig. 2 verdeutlicht, uenn R. ein ahmscher Belastungsujiderstand ist.

Über

^ui ^Λ

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1 +■ ^J" ^Li	2L	^R	L	C	i	BAD	ORIGINAL
1 - CJ)		i¹

id Ib/

HH 82/11

ergibt sich, daB Frequenzen oberhalb f. = —₌₌

1 π μ

2 U _{1 1}

unterdruckt werden und den Anstieg ^UD in seiner GröSe begrenzen.

Gleichzeitig ist Ober f. = - zu erkennen, daß nur dann

du '' i R

ein großes D zu erwarte?^ iat, wenn der Quotient L / L.

ausreichend ^roB iat. Dies kann bei gegebenem R, durch eine quadratische lilindungaflache der Induktianswicklung und bei Sondenkernen mit Querschnittsverminderung 2 durch Anordnung der Induktions-üJicklung über dem Gebiet größter Querschnittaverminderung erreicht werden.

Eine Sonde dieser Art zeigt Fig. 3. Die Vormagnetisierungswicklung U und die kapazitätsarme Induktionswicklung 3 sind über den Sondenkern 1 aus magnetisierbarem amorphem Metall sowie den umgebenden Luftraum miteinander verkoppelt. Die Impedanz der Induktionsiuicklung 3 ist an die nicht dargestellte Auswerteschaltung angepasst. Die Wicklung 3 ist über der Querachnittsverminderung 2 des Sondenkerns 1 angebracht. Die daa IMutzsignal verfälschende Kopplung über den Luftfluß kann durch eine von Uormagnetisierungsatrom durchflossene Zusatzwicklung 6 im Bereich der Induktionswicklung 3 mit entgegengesetztem Uicklungasinn weitgehend beseitigt werden.

Um die Einkopplung äußerer elektrischer Störfelder zu verhindern, werden die Wicklungen 3, t* und 6 auf einen geschlitzten nicht magnetisierbaren, leitfähigen Tragkörper 7 aufgebracht, der in geeigneter Weise geerdet ist. Der Tragkörper kann auch aus zwei Halbschalen bestehen, die gegeneinander isoliert sind. Die Sonde wird in einen ebenfalls geerdeten elektrisch leitfähigen, nicht magnetisierbaren Abschirmkörper θ eingebracht, der nicht geschlitzt ist, dessen Wandstärke aber so bemessen ist, daß magnetische Wechselfeider oberhalb einer gegebenen Frequenz nicht in das Innere des Abschirmkörpers θ eindringen können. Damit wird das Nutzsignal der Induktionsspule 3 auch von Mußeren magnetischen Störfeldern befreit.

BAD ORIGINAL ^C0PY

Claims

Licentia Patent-Verujaltunga-GmbH PTL-HH/Sa/mar Theador-Stern-Kai 1 HH 82/11 D-6DQO Frankfurt 70 06.OU.1982 Patentansprüche

1. Sonde zur Erfassung magnetischer Gleich- und Uechselfeider nach Grö8e und Richtung, bestehend aus einem magnetsisierbaren Kern mit einer Uürmagnetisierungs- und einer Induktlonswicklung, welcher durch einen durch die Uormagnetlsierungswicklung fliessenden Wechselstrom periodisch in die Sättigung gesteuert wird, wobei die Induktionsuiicklung eine Spannung liefert, welche nach Differentiation den MeBwert des magnetischen Feldes als Zeitverschlüsselung enthält, und die Sonde geometrisch so aufgebaut ist, da8 der magnetisierbar Kern eine Querschnittsverminderung in der Umgebung der Kernmitte besitzt, über der sich die Induktionswicklung befindet, während die Vormagnetisierungswicklung über dem nicht von der Induktionswicklung bedeckten Kernbereich angeordnet ist', dadurch gekennzeichnet, da3 durch den geometrischen Aufbau der Sonde die magnetischen und elektrischen Eigenschaften so eingestellt werden, daB die Ausgangsspannung bei gegebenem Uormagnetisierungsstrom hinsichtlich des Abstandes der Amplitude des Nutzsignals von

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der Amplitude der Rau9ch- und StSrsignale einen maximalen üJert erreicht, wobei das Nutzsignal eine möglichst große Änderungsgeschuiindigkeit des Anstieges besitzt.

2. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Induktionsuiicklung (3) kapazitStaarm ausgeführt ist.

3. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsuiicklung (3) in ihrer Impedanz an die nachfolgende elektrische Ldeiterverarbeitungsschaltung angepasst ist.

k. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Induktionsüjicklung (3) einen rechteckfÖrmigen Uickelguerschnitt besitzt und sich über dem Kernabschnitt mit stärkster Querschnittsverminderung (2) befindet.

5. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kernmaterial magnetisierbar, amorphe Metalle verwendet werden.

6. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB ein Teil der Windungen (6) der V/ormagnetisierungsuiicklung (Ό mit entgegengesetztem Windungssinn im Bereich der Induktionsuiicklung (3) angeordnet ist.

7. Sonde nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB eine leitfähige Hülle (8) vorgesehen ist, deren lilanddicke so bemessen ist, daß magnetische tdechselfeider oberhalb einer gegebenen Frequenz von der Sonde abgeschirmt werden.

Θ. Sande nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, da8 die Wicklungen (3, *♦, 6) auf einen längsgeschlitzten, nicht magnetisierbarer, leitfähigen Tragkörper (7) aufgebracht sind.

9. Sonde nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Tragkörper (7) aus zwei voneinander isolierten, nicht magnetisierbaren, leitfähigen Halbschalen besteht, welche den magnetisierbaren Kern (1) umschließen.