DE6603608U

DE6603608U - Magnetometer

Info

Publication number: DE6603608U
Application number: DE6603608U
Authority: DE
Original assignee: Ford Motor Co
Current assignee: Ford Motor Co
Priority date: 1966-03-09
Filing date: 1967-03-04
Publication date: 1969-11-06
Also published as: GB1127083A; US3445760A

Description

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DR. A. KÖHLER M. SCHROEDER

_ PATENTANWÄLTE

TELEFON: 374742 8 MÖNCHEN 13 TELEGRAMME: CARBOPAT FRANZ-JOSEPH-STRASSE 48

F-1742

Ford Motor Company_s Dearborn» Michigan* V.St.A.

Magnetometer

Die Erfindung betrifft ein supraleitendes Magnetometer.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in einer Einrichtung zur Feststellung und Messung magnetischer Felder von sehr kleiner Größe. Das erfindungsgemäße Magnetometer ist insbesondere dafür geeignet, sehr schwache magnetische Felder is
Submikrogaußbereich festzustellen. Die Anzeigeempfindlichkeit dieser Einrichtung liegt in der Größenordnung von
10"¹⁰ Gauß.

Das erfindungsgemäße Magnetometer besteht aus einer Vielzahl von leitenden Elementen; die durch Isolierung getrennt sind und die miteinander unter Ausbildung mindestens eines von dem magnetischen Fluß durchsetzten Rohres verbunden sind und wovon zumindest zwei der leitenden Elemente durch eine elektrische Verbindung verbunden sind, wobei sowohl die
leitenden Elemente als auch die elektrische Verbindung aus einem supraleitenden Metall gefertigt sind.

Di2 Vorrichtung ist aus Metall gefertigt, das bei niedrigen Temperaturen elektrisch supraleitend ist, und wendet die
"schwache Kontaktgabe"-Eigensenaft von Quanteninterferenzverrichtungen an.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert, worin Fig. 1 eine auseinandergelegte Ansicht der Teile einer

Magnetometeranordnung gemäß der Erfindung, Pig. 2 eine Stirnansicht, teilweise im Schnitt, des Magnetometereleiaentes der Magnetometeranordnung nach

Fig. 1 entlang II-II und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines "bevorzugten Stromlaufes darstellt, der für das Magnetometer der Fig. 1 und 2 angewandt wird.

Die "bevorzugte Form des Magnetometers ist in Fig. 2 dargestellt, das zwei metallische supraleitende Elemente 1,2 enthält, welche durch eine isolierende Trennschicht 3 verbunden sind. Diese Verbindung kann aus irgendeinem geeigneten ^Tlebstoff gefertigt sein. Die isolierende Trennschicht beet.ht vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial, beispielsweise dem handelsüblichen "Mylar". Die beiden supraleitenden Elemente sind zu einem Rohr vereinigt und bilden einen zentralen Durchgang durch den Körper des Magnetometers. Sine geeignete Abmessung für den Außendurchmesser des in Fig. 2 gezeigten Magnetometers beträgt 1 cm.

Das Magnetometer wird so orientiert, daß ein Teil des zu bestimmenden magnetischen Feldes durch das zentrale leitende Rohr verläuft. Dieses zentrale Rohr kann die Form einer doppelten trichterförmigen Öffnung haben, die die geringste Querschnittsfläche nahe der Mitte des Magnetometers hat, so daß der zu messende magnetische Fluß im Bereich der Mitte der Einrichtung konzentriert wird. Selbstverständlich kann das zentrale Rohr auch von irgendeiner anderen gewünschten Form sein.

Eine elektrische Verbindung oder Kontakt 5 wird zwischen den beiden supraleitenden Elementen des Magnetometers mit-

tels zwei angespitzten Kopfschrauben 4 hergestellt, die als Kontaktspitzen wirken und in geeignete Öffnungen in einem der supraleitenden Elemente 1,2 eingesetzt sind. Die angespitzten Enden der Kopfschrauben 4 durchdringen die Isolierung 3 zwischen den beiden supraleitenden Elementen und lassen einen elektrischen Stromfluß zu. Durch Einstellung dieser beiden, gegebenenfalls durch Federblätter 21 gestützten Kopfschrauben 4 kann der maximale Suprastrom durch das Magnetometer eingestellt werden. Die Bedeutung dieses Suprastromes wird nachfolgend erläutert.

Elektrische Verbindungen 5¹, wie sie in Pig. 1 gezeigt sind, sind vorgesehen, um dem Magnetometer Strom zuzuführen und von dem Magnetometer Strom abzunehmen und um eine geeignete elektrische Verbindungen zur Messung der zwischen den beiden supraleitenden Elementen auftretenden Spannung zu ermöglichen. Die Wirkung dieser Anordnung wird nachfolgend erläutert.

Die beiden supraleitenden Elemente t, 2 und die Kopfschrauben 4 sind aus einem Metall gefertigt, das bei niedrigen Temperaturen supraleitend wird= Derartige Metalle sind bekannt= Bei der Ausführung eines bevorzugten in Betrieb genommenen Magnetometers, wurde Vanadium für die beiden supraleitenden Elemente 1,2 verwendet, und die Kopfschrauben 4 bestanden aus Niob. Die vorliegende Erfindung soll jedoch in keiner ¥eise hierauf begrenzt sein.

Ein Beispiel für eine mögliche Form einer Magnetometeranordnung, die zur Aufnahme des Magnetometers nach "Fig. 2 geeignet ist, ist in Pig. 1 dargestellt. Eine geeignete Bandage 6 verläuft um die supraleitenden Elemente 1, 2, um sie gegen Auseinanderfallen zu sichern. Der Magnetometerkörper wird in

eine zylindrische Isolierung 7 eingesetzt. Ein hohler zylindrischer Behälter 8, von dem ein !ei! weggeschnitten ist, ist zur Aufnahme des Magnetometers und der zylindrischen Isolierung 7 bestimmt. Eine geeignete Befestigung wird mittels eines geeignet geformten Bügels 9 erreicht, der teilweise die zylindrische Isolierung 7 umfaßt und an dem Behälter mittels geeigneter Befestigungen festgemacht ist.

In dem Körper des Behälters 8 befindet sich dem weggeschnittenen Teil desselben gegenüber ein Schlitz von variierender Tiefe. Von diesem Schlitz aus sind Durchgänge 22 durch die Wand des Behälters ausgebildet, die die Durchführung der zugespitzten Kopfschrauben 4, die als Kontaktspitzen dienen, erlauben. Ein Paar Bolzenschlüssel 10 sind in dem Schlitz mittels geeigneter Klammern und Befestigungsmittel befestigt und arbeiten mit den Köpfen der angespitzten Kopfschrauben 4 zusammen. Auf den Wellen dieser Bolzenschlüssel sind Schnecken 11 angebracht, längsdurchgänge 22 sind von dem Schlitz zu einer Endwand des Behälters ausgebildet, die das Durchstscksn von Einstell"slles. 12 siit in der ITähe ihrsr Enden ausgebildeten Schnecken 13 ermöglichen;"Es ist ersichtlich, daß diese Schnecken 13 mit den Scimeekensehrauben 11 zusammenwirken, so daß das Verdrehen der Einstellwelle eine Drehung der angespitzten Kopfschrauben 4 bewirkt, wodurch der elektrische Kontakt zwischen den supraleitenden Elementen 1, 2 des Magnetometers eingestellt werden kann.

Eine bevorzugte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Magnetometers enthält zwei leitende Elemente 1, 2, die durch Isolierung 3 getrennt sind und die miteinander unter Bildung eines vom magnetischen Fluß durchsetzten Rohres verbunden sind, und mindestens zwei elektrische Verbindungen 5, die

benachbarte Flächen der beiden leitenden Elemente 1, 2 durch die Isolierung 3 verbinden, wobei die leitenden Elemente und die elektrischen Verbindungen jeweils aus einem supraleitenden Metall gefertigt sind.

In einer bevorzugten Form des erfindungsgemäßen Magnetometers enthält dieses ein Paar von bogenförmigen leitenden Bauteilen, die durch Isolierung getrennt sind und miteinander zur Begrenzung eines Durchganges für den magnetischen Fluß verbunden sind, mindestens zwei elektrische, benachbarte Flächen der leitenden Elemente verbindende Verbindungen, die aus einstellbaren, schraubbaren Bauteilen, die sich durch die Isolierung erstrecken, bestehen, und einer ersten Einrichtung zur Zuführung von elektrischem Strom zu diesen Bauteilen und zu dessen Ableitung und aus einer zweiten Einrichtung zur Messung des über die Verbindungen entwickelten elektrischen Potentials.

Bevorzugt weisen die leitenden Elemente zwei halbzylindrische Bauteile auf, die den Durchgang für den magnetischen Fluß begrenzen.

Das Verstehen der A^orliegenden Erfindung erfordert eine Kenntnis der Arbeitsweise von mehrfach verbundenen supraleitenden Quanteninterferenzeinrichtungen. Eine Deutung der Theorie der Funktion derartiger Anordnungen ist zwar möglich, wäre jedoch im vorliegenden Fall sehr umfangreich. Jedoch ist eine derartige theoretische Erklärung für einen Fachmann nicht notwendig, um das erfindungsgemäße Magnetometer aufzubauen und zu verwenden.

Ein Stromlauf, wie er beim Betrieb dieser Einrichtung verwendet werden kann, ist aus Fig. 3 der Zeichnung ersieht-

lieh. Sine geeignete Stromquelle, beispielsweise die gezeigte Batterie 14, ist über Leitungen 15» 16 mit jedem der beiden supraleitenden Elemente 1, 2 des Magnetometers verbunden. Ein variierbarer Widerstand 17 ist in Stromkreis zwischen die Stromquelle 14 und das Magnetometer geschaltet, um die dem Magnetometer zuge^ührte Strommenge zu regeln. Ein Galvanometer 18 ist mittels geeigneter leitungen 19» mit den beiden supraleitenden Elementen 1, 2 des Magnetometers und über eine der angespitzten Kopfschrauben verbunden.

Beim Betrieb wird das Magnetometer zuerst gekühlt, bis die Metalle sämtliche im supraleitenden Zustand sind. Eine geeignete Temperatur hierfür wurde bei 4⁰K gefunden. Das zu messende magnetische Feld wird in dem durch die beiden supraleitenden Elemente des Magnetometers gebildeten Rohr zur Wirkung gebracht. Die angespitzten Kopfschrauben werden so eingestellt, daß sie die Isolierung durchdringen und daß Stromdurchgang zwischen den beiden supraleitenden Elementen ermöglicht wird. Diese Kontaktspitzen stellen eine Verbindung dar, die gewöhnlich auf dem Fachgebiet mit "schwacher Kontaktgabe" (weak links) bezeichnet wird.

Für eine spezielle Einstellung der angespitzten, als Kontaktpunkte dienenden Kopfschrauben 4 variiert der maximale Suprastrom zwischen den supraleitenden Elementen periodisch mit dem durch das Rohr gehenden magnetischen Fluß. Diese

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Periode beträgt etwa 2 χ 10 Gauß cm Flußlinien. Der maximale Suprastrom wird definiert durch den Minimalstrom, der eine Spannung über die schwache Kontaktgabe erzeugt, da, falls der maximale Suprastrom erreicht wird, die supraleitenden Elemente ihre Eigenschaft der Supraleitfähigkeit verlieren. Die Größe der magnetischen Felder entsprechend den maximalen Supraleitströmen von unterschiedlicher Größe läßt sich leicht bei einer bestimmten Einstellung der Schraubenkontaktspitzen berechnen.

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Infolgedessen wird der Strom in das Magnetometer eingeführt und von ihm abgenommen. Aufgrund der Supraleitfähigkeit der verwendeten Metalle tritt kein elektrischer Widerstand auf, und keine Spannungen werden um das Magnetometer herum ausgebildet. Durch das Abstimmen des variierbaren Widerstandes wird die Größe des dem Magnetometer zugeführten Stromes erhöht. Wenn der maximale Supraleitstrom erreicht wird, wird eine Spannung über der schwachen Kontaktgabe erzeugt. Diese Spannung ergibt einen augenblicklichen Ausschlag des Galvanometers 18, was eine sehr leichte Bestimmung des maximalen Suprastromes erlaubt. Da dieser maximale Suprastrom eine Punktion des durch die zentrale Öffnung des Magnetometers gehenden magnetischen Flusses ist, kann die Größe dieses magnetischen Flusses le-'icht bestimmt werden.

Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß die Anwendung dieses Magnetometers nicht auf die spezielle, in Fig. 3 gezeigte Schalturg beschränkt ist. Beispielsweise kann anstelle der in Fig. 3 gezeigten Gleichstromquelle eine Wechselstromquelle eingesetzt werden. Bei einer derartigen Anordnung lassen sich die Spannungseigenschaften leicht mit einem Oszilloskop verfolgen.

Das im vorstehenden beschriebene bevorzugte Magnetometer war aus zwei supraleitenden Elementen mit zwei schwachen Kontaktgaben hergestellt. Ss ist zu betonen, daß diese Magnetometerausbildung nicht die einzige mögliche Form ist. Insbesondere können mehrere schwache Kontaktgaben, die eine Vielzahl von Flächen einschließen, verwendet werden, um die Empfindlichkeit der Vorrichtung zu erhöhen. Es ist deshalb selbstverständlich, daß die Einrichtung aus jeder gewünschten Anzahl von Teilen hergestellt werden kann und daß das zentrale Rohr oder die zentralen Rohre jede gewünschte Form besitzen können.

Claims

iiche

1. Magnetometer, bestehend aus einer Vielzahl von leitenden Elementen (1, 2), die durch eine Isolierung (3) getrennt sind und miteinander zu mindestens einem von dem magnetischen J¹IuB durchsetzten Rohr verbunden sind und wovon zumindest zwei der leitenden Elemente (1, ?.) durch eine elektrische Verbindung (5) verbunden sind, wobei die leitenden Elemente (1, 2) und die elektrische Verbindung (5) aus einem supraleitenden Metall gefertigt sind.

2. Magnetometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Elemente (1, 2) aus zwei halbzylindrischen Teilen bestehen, die ein von dem magnetischen Fluß durchsetztes Rohr bilden.

3. Magnetometer nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch zwei leitende Elemente und mindestens zwei elektrische Verbindungen, die benachbarte Flächen der beiden leitenden Elemente durch die Isolierung verbinden,

4. Magnetometer nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Verbindungen (5) aus einstellbaren, schraubbaren Bauteilen (4) bestehen.,,

5· Magnetometer räch Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Paar gekrümmte leitende Bauteile (1, 2) zur Ausbildung eines vom magnetischen Fluß durchsetzten Rohres, mindestens zwei elektrische, benachbarte Flächen der leitenden Elemente verbindende Verbindungen (5), die aus einstellbaren, sich durch die Isolierung erstreckenden

Schraubenbauteilen (4) bestehen, und aas Einrichtungen (14 bis 17) zum Einleiten und Ableiten von Strom zu den Bauteilen und Einrichtungen (18 bis 20) zur Bestimmung des über diese Verbindungen entwickelten elektrischen Potentials. .

Magnetometer nach Anspruch 4 odsr 5, gekennzeichnet durch von dem Magnetometer entfernt liegende Regeleinrichtungen (10 bis 13) zur Einstellung der schraubbaren Bauteile (4).