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Die vorliegende Erfindung betrifft eine ein
Magnetfeld erzeugende Vorrichtung für ein Elektronen-Spin-
Resonanzsystem (nachfolgend als "ESR-System"
bezeichnet).
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ESR-Systeme werden im allgemeinen auf dem Gebiet der
Forschung und Entwicklung verwendet. Da ESR-Systeme
ungepaarte Elektronen erfassen können, die aufgrund
einer natürlichen Strahlenschädigung von Testobjekten
entstanden sind, und weil sie zur Messung des Alters
von sowohl archäologischen Funden wie auch
geologischen, mineralischen und fossilen Funden verwendet
werden können, sind sie in der letzten Zeit in
wachsendem Maße auf dem Feld der Archäologie und
Erdwissenschaften eingesetzt worden.
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Es ist im allgemeinen notwendig, mit einer ein
Magnetfeld erzeugenden Vorrichtung, die einen wichtigen
Teil eines ESR-Systems bildet, ein Magnetfeld von
ungefähr 0,3 bis 0,4 Tesla (3000-4000 Gauss) mit hoher
Genauigkeit und Gleichförmigkeit in dem Raum, in
welchem das Testobjekt angeordnet ist, zu erzeugen, und
es sollte bei einem solchen Typ einer ein Magnetfeld
erzeugenden Vorrichtung möglich sein, das Magnetfeld
zwischen den Magnetpolen der unter Freilassung eines
gewünschten Spaltes zwischen ihnen (für das darin
anzuordnende Testobjekt) einander gegenüberliegend
angeordneten Magnete zu verändern, wobei das
Magnetfeld so gestaltet sein sollte, daß es sogar nach
einer derartigen Veränderung einen hohen Grad von
Gleichförmigkeit behält.
Beschreibung des Standes der Technik
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Bei ein Magnetfeld erzeugenden Vorrichtungen, die für
ESR-Systeme verwendet werden, sind im allgemeinen
Elektromagnete eingesetzt worden. Es ist einfach, in
einem gewünschten Raum durch kontinuierliches Ändern
eines an die Elektromagnete angelegten Stroms ein
Magnetfeld zu erzeugen und kontinuierlich zu
verändem, aber dies bringt den Nachteil mit sich, daß die
Gesamtvorrichtung in ihren Dimensionen groß und teuer
wird.
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Es ist weiterhin eine Anordnung vorgeschlagen worden,
die als ein Magnetfeld erzeugende Quelle lediglich
Permanentmagnete verwendet derart, daß die
magnetische Feldstärke durch Veränderung des gegenseitigen
Abstandes (Länge des Raumes) zwischen den
Permanentmagneten verändert wird (siehe beispielsweise
EP-A-0 161 782).
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Diese Anordnung hat jedoch ebenfalls den Nachteil
gehabt, daß, wenn der gegenseitige Abstand verändert
wird, sich der Grad der Gleichförmigkeit des
Magnetfeldes aus unterschiedlichen Gründen, welche die
Abweichung der Achse eines der einander
gegenüberhegenden Permanentmagneten von der Achse des anderen
einschließen, verschlechtert.
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Es wird allgemein gefordert, daß der Grad der
Gleichförmigkeit des Magnetfeldes in einem ESR-System
besser als 0,01% ist und dementsprechend ist bisher
keine Vorrichtung bekannt, die einen Permanentmagnete
enthaltenden Magnetkreis aufweist und in der Lage
ist, diese Forderung zuverlässig zu erfüllen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht
darin, eine ein Magnetfeld erzeugende Vorrichtung für
ein ESR-System zu schaffen, welche die Möglichkeit
bietet, die magnetische Feldstärke im Meßspalt zu
verändern und in kontinuierlicher Weise mit hoher
Genauigkeit und Präzision fein einzustellen, wobei der
hohe Grad an Gleichförmigkeit bei der geforderten
magnetischen Feldstärke aufrechterhalten werden
sollte.
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Vorzugsweise liegt der Justierbereich, der erreicht
werden soll, in der Größenordnung von ±10&supmin;² Tesla
(100 Gauss) und vorzugsweise sollte die Justierung so
fein und möglichst stufenlos erfolgen, daß eine
Genauigkeit innerhalb von ±10&supmin;&sup4; Tesla (1 Gauss)
erhalten werden kann, und zwar immer bei einer
Gleichförmigkeit des Feldes im Meßspalt die besser ist als
0,01%.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung
besteht darin, eine ein Magnetfeld erzeugende
Vorrichtung zur Verwendung in einem ESR-System zu schaffen,
die klein dimensioniert und mit geringem
Kostenaufwand herzustellen ist, wobei eine weitere Aufgabe der
vorliegenden Erfindung darin besteht, eine ein
Magnetfeld erzeugende Vorrichtung für ein ESR-System zu
schaffen, die im Betrieb einen verbesserten
Wirkungsgrad
und eine größere Einfachheit aufweist.
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Die vorliegende Erfindung ist in Anspruch 1 und den
abhängigen Ansprüchen definiert.
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In ihrem breitesten Aspekt sieht die vorliegende
Erfindung eine ein Magnetfeld erzeugende Vorrichtung
für ein Elektronen-Spin-Resonanzsystem ("ESR") vor,
bei welcher zwei Permanentmagnete an zwei Armen eines
Joches derart befestigt sind, daß diese Magnete mit
Abstand einander gegenüberliegend angeordnet sind,
wobei zwischen diesen Magneten ein Haupt-Flußspalt
liegt und es ist gemäß der Erfindung ein Mittel zum
kontinuierlichen Ändern der Feldstärke des
Magnetfeldes im zwischen diesen Magneten liegenden
Haupt-Flußspalt vorgesehen, wobei das besagte Mittel
zwei bewegbare Jochteile aufweist, die zwischen den
Jocharmen angeordnet sind und jedes der besagten
bewegbaren Jochteile in indirektem Kontakt mit einem
der Jocharme steht und die besagten bewegbaren
Jochteile so einander gegenüberliegend angeordnet
sind, daß sie zwischen sich einen Hilfs-Flußspalt
begrenzen, wodurch der sich durch den besagten Haupt-
Flußspalt erstreckende Flußweg auch durch die
besagten Jocharme, die besagten bewegbaren Jochteile
und den besagten Hilfs-Spalt verläuft, und es ist ein
Mittel vorhanden, durch welches die beiden besagten
bewegbaren Jochteile gleichzeitig aufeinander zu und
voneinander weg bewegbar sind, so daß der zwischen
den besagten bewegbaren Jochteilen gebildete Hilfs-
Flußspalt kontinuierlich veränderbar ist.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Länge und der Widerstand
des magnetischen Flußweges im Bezugauf eine
Mittelebene, in welcher der Haupt-Flußspalt liegt, im
wesentlichen gleich und symmetrisch sind.
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Es ist vorzugsweise ein Mittel zum Anlegen eines
Magnetfeldes an die Pole der den oder jeden Hilfs-
Flußspalt begrenzenden Teile mittels mindestens einer
Induktionsspule vorgesehen, um dadurch den Fluß in
dem besagten Hilfs-Flußspalt zu vergrößern oder zu
verkleinern und somit die Änderungsempfindlichkeit
für das Magnetfeld im Haupt-Flußspalt als Reaktion
auf die Bewegung der besagten bewegbaren Jochteile zu
modifizieren.
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Die Erfindung schafft eine ein Magnetfeld erzeugende
Vorrichtung für ein Elektronen-Spin-Resonanzsystem
(ESR) mit einem Paar von Permanentmagneten, die
innerhalb eines festen Joches angeordnet sind, durch
welche in einem Raum ein Magnetfeld erzeugt wird, der
eine konstante Größe besitzt und zwischen den
einander gegenüberliegenden Polen der beiden
Permanentmagnete definiert ist und einen Haupt-Flußspalt bildet
zur Aufnahme eines Testobjekts, welches einem
Magnetfeld von 0,3 bis 0,4 Telsa (3000- 4000 Gauss)
ausgesetzt wird. Dieses System besitzt mindestens einen
mit dem festen Joch verbundenen und in dem
magnetischen Flußweg, der sich durch den Haupt-Flußspalt
erstreckt, angeordneten Hilfs-Flußspalt, der zwischen
einander gegenüberliegenden Magnetpolen definiert
ist, von denen mindestens einer bewegbar ist, um eine
Veränderung der Größe dieses Hilfs-Flußspalts zu
erreichen, so daß der Widerstand des sich durch die
besagten Permanentmagnete, das besagte Joch und jeden
Hilfs-Flußspalt erstreckenden Flußweges verändert
wird und dadurch die Feldstärke im festen Flußspalt
verändert wird.
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Entsprechend einem anderen Aspekt sieht die
vorliegende Erfindung eine ein Magnetfeld erzeugende
Vorrichtung für ein ESR-System vor, bei welcher ein
Solenoid oder eine Induktionsspule um mindestens ein
bewegbares Jochteil herum angeordnet ist, zur
stabilen und linearen Veränderung der magnetischen
Feldstärke in dem Raum bei verbesserter
Betriebsbereitschaft und ein Gleichstrom an die Solenoid-Spule
angelegt wird zur Überlagerung eines schwachen
Magnetfeldes, beispielsweise von etwa ±10&supmin;² Tesla, (100
Gauss) in dem Raum, wodurch das Magnetfeld im Raum
variabel gemacht wird.
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Durch diese Maßnahmen wird ein zuverlässiges System
geschaffen mit der Möglichkeit, die Feldstärke im
festen Fluß-Spalt kontinuierlich mit einer
Feinjustierung innerhalb vorgegebener Grenzen,
beispielsweise im Bereich von ±10&supmin;² Tesla (100 Gauss) zu
verändern, wobei in dem festen Fluß-Spalt, in welchem
sich das zu messende Testobjekt befindet, eine
Gleichförmigkeit der Feldstärke aufrechterhalten
wird, die besser als 0,01% ist. Wie weiter unten
erläutert wird, können diese Einstellungen gewöhnlich
mit einer Genauigkeit von beispielsweise +/-10&supmin;&sup4;
Tesla (1 Gauss) durchgeführt werden.
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Im folgenden wird die Erfindung in ihren
unterschiedlichen Aspekten unter Bezugnahme auf die begleitenden
Zeichnungen beschrieben, in denen:
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Fig. 1 eine teilweise in vertikaler Richtung ge
schnittene Seitenansicht einer vierten
Ausführungsform einer ein Magnetfeld erzeugenden Vorrichtung
für ein ESR-System nach der vorliegenden Erfindung
zeigt;
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Fig. 2 eine teilweise in vertikaler Richtung
geschnittene Seitenansicht der Ausführungsform nach
Fig. 1 zeigt, welche durch Anordnung einer
Induktionsspule modifiziert ist;
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Fig. 3(a) und 3(b) einen vertikalen Querschnitt und
eine Aufsicht auf eine Ausführungsform eines
Magnetpolstücks zum Einbau in ein ESR-System nach der
vorliegenden Erfindung zeigen,
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Fig. 4(a) und 4(b) einen vertikalen Querschnitt und
eine Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform
eines Magnetpolstücks zum Einbau in ein ESR-System
nach der vorliegenden Erfindung zeigen;
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Fig. 5 eine graphische Darstellung ist, welche die
Verteilung des Magnetfelds in einem Raum zeigt zur
Veranschaulichung der Funktion der bewegbaren Joche
in einer ein Magnetfeld erzeugenden Vorrichtung für
ein ESR-System gemäß Fig. 2;
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Fig. 6 eine graphische Darstellung ist, welche die
Änderung des Magnetfeldes in einem Raum zeigt zur
Veranschaulichung der Funktion einer
Induktionsoder Solenoid-Spule in einer ein Magnetfeld
erzeugenden Vorrichtung für ein ESR-System gemäß Fig. 2.
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Nach Fig.1 wird ein Haupt-Flußspalt 2 festgelegter
Größe zwischen einem Paar von Permanentmagneten 3a
und 3b gebildet, die an einem Paar fester Joche 1a
und ib angeordnet sind. Magnetische Polstücke 4a und
4b sind, wie dargestellt, jeweils an den einander
gegenüberliegenden Oberflächen der Permanentmagnete 3a
und 3b befestigt. Ein Prüfstück wird in dem Meßraum
oder Haupt-Flußspalt 2 angeordnet und einem
Magnetfeld ausgesetzt. Nicht dargestellte Detektormittel
sind zur Messung der charakteristischen Eigenschaften
des zu untersuchenden Prüfstückes vorgesehen.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Konstruktion ist
senkrecht zur Mittelebene des Flußspaltes 2 eine
Welle 13 angeordnet und es sind auf der Welle 13 zwei
Gewinde ausgebildet, die sich ineinander
entgegengesetzten Richtungen im oberen und unteren Teil der
Buchse, bezogen auf die Mittelebene des Haupt-
Flußspaltes 2, erstrecken. Ein Paar bewegbarer Joche
30a und 30b sind über Schraubgewinde mit der Welle 13
gekoppelt, die verdreht werden kann zur Änderung des
die bewegbaren Jochteile trennenden Abstandes und
damit zur Veränderung der Größe des Raumes 9.
Zusätzlich kann, solange die Entfernung zwischen den
einander gegenüberliegenden Oberflächen der
bewegbaren
Jochteile kontinuierlich geändert werden kann,
zur Veränderung des magnetischen Widerstandes des
magnetischen Weges die Gestalt usw. der bewegbaren
Joche nach Wunsch ausgewählt werden und es kann
weiterhin irgendein bekanntes Bewegungsmittel, wie
beispielsweise ein Zahnstangenantrieb, ein
Hydraulikkolben und ein Gleitmechanismus verwendet werden.
Vorzugsweise werden die Flußwege an den beiden Seiten
des Haupt-Flußspaltes 2 so ähnlich wie möglich
ausgebildet und der oder jeder Hilfs-Flußspalt 9
symmetrisch im Flußweg angeordnet, so daß der Flußweg 2
Teile mit im wesentlichen gleicher Länge und gleichem
Widerstand aufweist.
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Wenn die Größe des Hilfs-Flußspaltes 9 geändert wird,
beispielsweise der Abstand zwischen den einander
gegenüberliegenden Polflächen der Jochteile verändert
wird, kann das Magnetfeld in dem zwischen den
Permanentmagneten 3a und 3b definierten Haupt-Flußspalt 2
kontinuierlich und stufenlos in einer Feinjustierung
mit einem hohen Grad von Genauigkeit verändert
werden. Es ist aber wünschenswert, die folgenden Punkte
in Betracht zu ziehen, um eine lineare Veränderung
des Magnetfeldes im Haupt-Flußspalt unter
Aufrechterhaltung einer hohen Genauigkeit, d.h. von weniger als
± 10&sup4; Tesla (1 Gauss) zu erreichen.
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So sollte in Betracht gezogen werden, daß die
Änderung des Abstandes im Raum zwischen den einander
gegenüberliegenden Oberflächen eines Paares von
bewegbaren Jochteilen nicht immer in einer proportionalen
Beziehung zur Änderung des Magnetfeldes im Raum
verläuft und entsprechend ist es zur Veränderung des
Magnetfeldes mit einer gewünschten Genauigkeit
wünschenswert, die Änderungen der magnetischen
Feldstärke mittels bekannter Meßmittel zu überwachen. Auf
der Grundlage der gemessenen Werte kann dann eine
Steuerung der Schließ- oder Öffnungsbewegungen eines
Paares von bewegbaren Jochteilen erhalten werden.
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Bei der vorliegenden Erfindung kann die Gestalt der
festen Jocharme, an denen die Permanentmagnete
angeordnet sind, wahlweise, beispielsweise in der Form
einer rechteckigen Platte oder dergleichen
ausgebildet sein, in Abhängigkeit von der Gestalt der
verwendeten Permanentmagnete, der magnetischen
Charaktenstiken usw.. Im Hinblick auf die als ein Magnetfeld
erzeugende Quelle dienenden Permanentmagnete ist es
wtinschenswert, eine bekannte Materialart, Gestalt
usw. auszuwählen, beispielsweise Magnete aus einer
Seltenerdgruppe oder aus einem Ferritmaterial in
Abhängigkeit von der erforderlichen magnetischen
Feldstärke und der Größe der Vorrichtung. Insbesondere
ist es dort, wo eine Reduktion der Größe gefordert
wird wünschenswert, einen FeB-R-Serienmagnet zu
verwenden (in welchem R hauptsächlich aus Nd und Pr
zusammengesetzte Seltenerdelemente bedeutet) (z.B.
NEOMAX, Handelsname: hergestellt von Sumitomo Special
Metal Co) der eine hohe Energiequelle besitzt. Zur
Bildung jedes Permanentmagneten kann eine Mehrzahl
von blockförmigen Permanentmagneten kombiniert und
integriert werden in Abhängigkeit von der gewünschten
Größe und Ausbildung.
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Weiterhin kann an jeder der einander
gegenüberliegenden Oberflächen des Paares von Permanentmagneten ein
magnetisches Polstück angeordnet werden, um den Grad
der Gleichförmigkeit des Magnetfeldes entsprechend
den Erfordernissen zu verbessern. Das magnetische
Polstück trägt zur Mäßigung der Streuung in den
magnetischen Eigenschaften der Permanentmagnete bei und
trägt weiterhin zur wirksamen Konzentration des
magnetischen Flusses in dem den Haupt-Flußspalt
bildenden Raum bei, insbesondere in dem Fall, wo mehrere
blockförmige Permanentmagnete verwendet werden.
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Bei der Konstruktion der magnetischen Polstücke ist
es, wie in den Fig. 3 und 4 dargestellt,
wünschenswert, einen ringförmigen Vorsprung 41 mit
trapezförmigem Querschnitt an der Peripherie des magnetischen
Polstücks 4 anzuordnen und/oder einen konvexen
Vorsprung 42 mit trapezförmigem Querschnitt im mittleren
Teil anzuordnen. Weiterhin können zahlreiche andere
Konstruktionen verwendet werden, wie beispielsweise
die Anwendung von mehreren magnetischen Stücken zur
Einstellung des magnetischen Feldes, die an einer
erforderlichen Stelle an den einander
gegenüberliegenden Oberflächen des Raumes zwischen den magnetischen
Polstücken 4 in der erforderlichen Weise angeordnet
sind.
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Wie weiterhin aus Fig. 1 zu erkennen, ist jedes der
bewegbaren Joche 30a und 30b in eine aus einem Paar
von Buchsen 15a und 15b eingepaßt, die aus
magnetischem Material bestehen und koaxial zur Welle 13
zwischen den plattenartigen Jocharmen 1a und 1b
angeordnet sind, so daß sich die bewegbaren Jochteile 30a
und 30b entsprechend der Drehung der Welle 13
gleitend in ihnen entlang bewegen und in Abhängigkeit von
der Drehrichtung im Hinblick auf die zentrale
Spaltebene 16 näher aneinandergerückt oder weiter
voneinander entfernt werden.
Funktionsweise
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Mit der oben beschriebenen, in Fig. 1 dargestellten
Anordnung wird in der ein Magnetfeld erzeugenden
Vorrichtung für ein ESR-System ein mit gestrichelter
Linie C dargestellter magnetischer Weg erzeugt, d.h.
ein magnetischer Weg, in welchem der magnetische Fluß
vom Permanentmagnet 3a über den plattenartigen
Jocharm 1a, die Buchse 15a, das bewegbare Jochteil 30a,
den Jochspalt 9, das bewegbare Jochteil 30b, die
Buchse 15b, den plattenartigen Jocharm 1b, den
Permanentmagnet 3b, das magnetische Polstück 4b, den
Haupt-Flußspalt 2 und das magnetische Polstück 4a
fließt.
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Wenn dann die bewegbaren Joche 30a und 30b vorwärts
und rückwärts bewegt werden, d.h. durch Drehung der
Welle 13 näher zusammengebracht oder weiter
voneinander entfernt werden, kann der gegenseitige Abstand
zwischen einem Paar bewegbarer Joche 30a und 30b,
d.h. der Hilfs-Flußspalt 9 kontinuierlich verändert
werden zur ebenfalls kontinuierlichen Veränderung der
im Haupt-Flußspalt 2 zwischen den magnetischen
Polstücken
4a und 4b herrschenden magnetischen
Feldstärke. Das bedeutet, wenn der Abstand zwischen den
bewegbaren Jochen 30a und 30b größer gemacht wird,
die magnetische Feldstärke im Haupt-Flußspalt 2 klein
wird und umgekehrt.
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Für die Anwendung auf ein ESR-System ist es
notwendig, das magnetische Feld innerhalb eines Bereiches
bis etwa ± 10&supmin;² Tesla (100 Gauss) linear zu
verändem. Eine solche Veränderung des magnetischen Feldes
sollte jedoch mit großer Genauigkeit erreicht werden,
und wenn man sich dabei nur auf die Bewegung der
bewegbaren Joche verläßt, kann es einige Fälle geben,
beispielsweise bei sehr großen oder sehr kleinen
Meßsystemen, wo die Steuerung der bewegbaren Joche
schwierig wird oder die gesamte Vorrichtung zu
kompliziert oder zu teuer oder unfähig zu einer leichten
und zuverlässigen Funktion wird.
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Im Hinblick auf diesen Umstand wird gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung eine
verbesserte Ausführungsform mit einer Konstruktion
erreicht, bei welcher in einem oder mehreren der
(variablen) Hilfs-Flußspalte mittels Solenoid- oder
Induktionsspuleneinrichtungen, welche um die diese
Hilfs-Flußspalte definierenden, bewegbaren Jochmittel
herum angeordnet sind, ein sekundäres Magnetfeld
absichtlich induziert wird. Eine solche Konstruktion
wird weiter unten unter Bezugnahme auf Fig. 2
beschrieben.
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Dann ist es durch Erzeugung eines Magnetfeldes
vorgegebener Stärke in einem Raum zwischen einander
gegenüberliegenden Polflächen von bewegbaren Jochteilen
mit gesteuertem gegenseitigem Abstand und durch
Zuführung eines vorgegebenen Gleichstroms zu der
Solinoidspule oder den Solinoidspulen nach einer
Justierung und Festlegung des Abstandes zwischen den
einander gegenüberliegenden Polflächen auf einen
vorgegebenen Wert möglich, den Fluß im Hilfs-Flußspalt oder
den Hilfs-Flußspalten 9 zu modifizieren. Hierdurch
wird im weiteren Verlauf der Widerstand im Flußweg
des Systems mit anwachsender Empfindlichkeit
modifiziert.
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Aufgrund dieser Maßnahmen ist es leichter möglich,
das magnetische Feld im festen Haupt-Flußspalt 2 mit
hoher Genauigkeit und mit der Möglichkeit auf etwa
± 10&supmin;&sup4; Tesla (1 Gauss) zu justieren ohne unerwünschte
Änderung der Magnetfeldverteilung im Raum 2 und mit
einem Einstellbereich, der innerhalb von etwa ± 10&supmin;²
Tesla (100 Gauss) in im wesentlichen linearer Weise
variabel ist, aufrechtzuerhalten.
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Bei einer solchen Konstruktion führt die um die
bewegbaren Jochteile herum angeordnete Spule lediglich
zu einer Änderung des Magnetfeldes um etwa ± 10&supmin;²
Tesla (100 Gauss), was die Reduktion der Gesamtgröße
der Einrichtung nicht sehr behindert.
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Weiterhin besteht, da die Spule in einem guten
Abstand von den Permanentmagneten angeordnet ist, nicht
die Gefahr, daß aufgrund der Wärmeentwicklung der
Spule erzeugte, unerwünschte Effekte auf die
Permanentmagnete übertragen werden (beispielsweise eine
Veränderung der magnetischen Feldstärke in
Abhängigkeit von der Änderung der Temperatur der
Permanentmagnete, welche den Grad der Gleichförmigkeit des
Magnetfeldes unstabil machen würde).
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Es wird nunmehr auf Fig. 2 hingewiesen, in welcher
mittels einer um ein bewegbares Jochteil herum
angeordneten Induktionsspule im Hilfs-Flußspalt 9 ein
magnetisches Feld erzeugt wird. Bei dieser
Ausführungsform wird eine Solenoidspule 50 um die Buchsen
isa und 15b herum angeordnet, welche die bewegbaren
Jochteile 30a und 30b umgeben.
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In Fig. 2 ist dargestellt, daß die Induktionsspule 50
um alle bewegbaren Jochteile herum angeordnet ist.
Die Anordnung der Spule ist jedoch nicht notwendig,
nur auf diese in den Zeichnungen dargestellten
Anordnungsmöglichkeiten begrenzt und andere geeignete
Anordnungen können verwendet werden, solange in dem
oder jedem Hilfs-Flußspalt 9 durch die bewegbaren
Jochteile ein schwaches Magnetfeld überlagert werden
kann. Die Lage jeder Spule wird in Abhängigkeit von
der Stärke des angelegten Gleichstroms, dem
Drahtdurchmesser und der Windungszahl der Spule sowie der
Anordnung und der Gestalt der bewegbaren Jochteile
usw. ausgewählt.
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Es wird ein Magnetfeld mit gleichförmiger Feldstärke
von beispielsweise etwa 0,35 Tesla (3500 Gauss) im
Hilfs-Flußspalt 9 durch Einstellung des Abstandes
zwischen dem oder jeden bewegbaren Jochteil erzeugt.
Dann kann durch Anlegen eines Gleichstroms an die
Solenoid-Spule 50 zur Überlagerung eines schwachen
Magnetfeldes von etwa ± 10&supmin;² Tesla (100 Gauss) über
das Magnetfeld im Hilfs-Flußspalt 9 das Magnetfeld im
Haupt-Flußspalt 2 mit hoher Genauigkeit
kontinuierlich verändert werden. Außerdem kann die magnetische
Feldstärke allgemein in stabiler und linearer Art und
Weise verändert werden, während zur gleichen Zeit der
hohe Grad der Gleichförmigkeit der magnetischen
Feldstärke im Haupt-Flußspalt oder Meßraum 2 noch
aufrechterhalten werden kann.
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Wie in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt, kann bei der
Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung das
magnetische Feld in dem zwischen den einander
gegenüberliegenden Permanentmagneten definierten
Haupt-Flußspalt 2 durch Veränderung des Abstandes zwischen
einem Paar einander gegenüberliegender bewegbarer
Jochteile kontinuierlich verändert werden.
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Es werden nunmehr die aus einem Testbeispiel
ermittelten Meßresultate angegeben.
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Es wurde die in Fig. 2 dargestellte, ein Magnetfeld
erzeugende Vorrichtung für ein ESR-System verwendet
und der gegenseitige Abstand zwischen den bewegbaren
Jochteilen 30a und 30b wurde im Hinblick auf den
angestrebten Wert der magnetischen Feldstärke von
0,335 Tesla (3350 G) im Haupt-Flußspalt 2 justiert.
Als dann die magnetische Feldstärke im
Haupt-Flußspalt 2 gemessen wurde, konnte bei 20 ppm innerhalb
eines Kreises mit einem Radius von 5mm um den
Mittelpunkt des Haupt-Flußspaltes 2, wie in Fig. 5
dargestellt, ein hoher Grad an Gleichförmigkeit erhalten
werden.
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Wenn weiterhin ein Gleichstrom an die Solinoidspule
50 angelegt wurde zur Überlagerung eines Magnetfeldes
von etwa ± 10&supmin;² Tesla (100 Gauss) über das Magnetfeld
im Hilfs-Flußspalt 9, änderte sich der hohe Grad der
Gleichförmigkeit der magnetischen Feldstärke im
Haupt-Flußspalt nicht.
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Fig. 6 zeigt die Beziehung zwischen dem an die
Solinoidspule 50 angelegten Gleichstrom und der Änderung
der magnetischen Feldstärke (Bg) im Haupt-Flußspalt
2. Aufgrund der graphischen Darstellung kann
bestätigt werden, daß die magnetische Feldstärke mittels
der Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung in
linearer Weise stabil verändert werden kann.
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Durch die gemäß der vorliegenden Erfindung, wie oben
erläutert, vorgeschlagenen Messungen ist es im allge
meinen möglich, ein zuverlässiges System zu schaffen
mit der Fähigkeit, daß die Feldstärke im
Haupt-Flußspalt kontinuierlich in einer Feinjustierung
innerhalb vorgegebener Grenzen, beispielsweise im Bereich
von ± 10&supmin;² (100 Gauss) verändert werden kann,
während in dem Haupt-Flußspalt, in welchem ein
Prüfobjekt
gemessen werden soll, eine Gleichförmigkeit
der Feldstärke aufrechterhalten werden kann die
besser als 0,01% ist. Wie weiter unten erkannt werden
kann, können diese Justierungen gewöhnlich mit hoher
Genauigkeit und Präzession im Bereich von etwa ± 10&supmin;&sup4;
Tesla (1 Gauss) durchgeführt werden.