EP0593701A1 - Magnetic fields measuring instrument - Google Patents

Magnetic fields measuring instrument

Info

Publication number
EP0593701A1
EP0593701A1 EP93907742A EP93907742A EP0593701A1 EP 0593701 A1 EP0593701 A1 EP 0593701A1 EP 93907742 A EP93907742 A EP 93907742A EP 93907742 A EP93907742 A EP 93907742A EP 0593701 A1 EP0593701 A1 EP 0593701A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
value
magnetic field
polarity
measuring
probe
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP93907742A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Albert Maurer
Urs Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MAURER, ALBERT
Original Assignee
Maurer Magnetic AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maurer Magnetic AG filed Critical Maurer Magnetic AG
Publication of EP0593701A1 publication Critical patent/EP0593701A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/07—Hall effect devices

Definitions

  • the invention relates to a method for measuring magnetic fields according to the preamble of the independent patent claim and a device for carrying out the method.
  • the technique of measuring magnetic fields with Hall probes is known from the literature.
  • List-Magnetik GmbH, D-7022 Leinfelden-Echterdingen, for example, offers a portable magnetic field measuring device under the name MP-U.
  • This device is suitable for measuring time-constant fields in both polarity directions (north and south poles), optionally also for measuring alternating fields.
  • the device has a selector switch for the display type (DC or AC field, as well as peak value memory) and the measuring range, also a key for resetting the peak value display and a rotary knob for setting the zero point.
  • a similar measuring device is manufactured by Walker Scientific Inc., Worcester, Massachusetts, USA, under the Dell MG-5DP offered. This device also has essentially the same operating elements: function selector, measuring range selector, peak value reset button and zero point setting button.
  • the display is digital on the front panel of the measuring device.
  • the magnetic field probe is connected to the device by a cable.
  • the selection of the measuring range requires an intervention on the measuring device, which distracts from the actual measuring task. Especially when diagnosing magnetic fields, areas of very different field strengths are repeatedly touched, which always requires a correction of the measuring range. For the peak value measurement, the magnitude of the value must be known in advance so that the display can be used .
  • the object of the invention is to provide a method which requires significantly fewer manual interventions and to automate the steps described above as far as possible.
  • a corresponding measuring device is proposed for carrying out the method, which simplifies operation in accordance with the method and only requires a minimum of interventions.
  • a further advantage of the method according to the invention is that, in the case of the automatic zero point setting and the corresponding measurement value compensation, the local earth magnetic field and any smaller interference fields which may be present are automatically taken into account and compensated for and do not distort the measurements.
  • Another advantage is that the measured values can be read both on the measuring device and on the probe body itself.
  • FIG. 1 shows the measuring device 1 with its essential operating elements.
  • FIG. 2 shows the individual function modules in their context.
  • the method for measuring magnetic fields with a magnetically sensitive probe which is introduced into a magnetic field to be measured and thereby emits a signal to a measuring device for evaluation, has the following steps in the following order: manual switching on of the measuring device, automatic zero point measurement and zero point setting with calculation of the correction value and its storage, manual insertion of the probe into a magnetic field to be measured, automatic polarity monitoring with feedback and corresponding switching of the measuring device, automatic peak value storage of the measured values with automatic adaptation of the measuring range to the Area of the magnetic field to be measured, reading of the measured values, manual removal of the probe from the magnetic field to be measured and manual or automatic switching off of the measuring device.
  • the measured value is read on a display panel on the measuring device or on the probe body.
  • the readings can also be automated via computers via an interface for data transfer.
  • a self-signal of the probe is used for the automatic zero point setting of the measuring device, which is emitted by the Hall probe after the measuring device is switched on, the measured value of the self-signal being stored and this value being compensated for all further measurements via a control amplifier. After any number of measurements, the zero point setting is carried out again.
  • the measurement signal is fed to a discriminator which distinguishes a magnetic field which is constant in polarity from a temporally changing polarity and which emits a corresponding signal which is used to control the further signal processing.
  • the mean value of the measurement signal is automatically formed and displayed.
  • the absolute value of the measurement signal is automatically generated and its mean value is displayed; or the rms value of the measurement signal is formed and displayed as required.
  • FIG. 1 shows the measuring device 1 with its essential operating elements.
  • the magnetic field to be measured is determined by the Hall probe 2 recorded, which generates a voltage proportional thereto.
  • the probe housing 3 is used for easy handling of the probe. It contains a multicolor display 4, in the form of light-emitting diodes with the two colors red and green, which, when illuminated simultaneously, result in the third color yellow.
  • the probe housing 3 also contains the push button 5 for selecting the function of the peak value display.
  • the entire probe is connected to the measuring device via the cable 6.
  • the measurement value is displayed on the digital LCD display 14 on the measuring device.
  • a further measured value display 14 ' is attached to the probe housing 3.
  • the measured value display 14 ' is in the form of a qualitative display which only indicates the measured area in stages. A number of LEDs also indicate the order of magnitude of the measured values. In another embodiment, the measured value display 14 'is designed as a quantitative display with an LCD so that the measured values are displayed digitally in the same way as with the measured value display 14 on the measuring device.
  • the device is put into operation with the on / off switch 7.
  • the socket 21 serves to connect an external supply as an alternative to the internal battery 20.
  • the amplified signal of the Hall probe can be tapped off at the external measuring connection 26, for example for the further one Examination with an oscilloscope.
  • FIG. 2 shows the individual function modules in their context. With the exception of the amplifier and the supply, the functions shown can be implemented with individual digital circuits or with a microprocessor. In the second case, the functions are not realized physically, but in the form of program sections. The sequence shown here follows the first variant.
  • the measurement signal supplied by the Hall probe 2 is amplified in the amplifier 8, the amplification itself being adjustable in stages in order to be able to detect magnetic fields of different orders of magnitude without problems.
  • This step-by-step setting is carried out by means of the range selection function 10.
  • the output signal of the amplifier is brought to the output socket for the external measurement 26 without further conversion.
  • the amplified measurement signal is now brought directly to the function selector 11 via the measurement rectifier 9.
  • the measuring rectifier 9 is preferably designed as an effective value generator.
  • Known integrated circuits for example the type AD 636 from the manufacturer Analog Devices, are available for this. With the conversion into the effective value the Force effect of the magnetic field, which is based on a quadratic relationship between field strength and force, is particularly well represented.
  • the function selector 11 is controlled by the AC / DC discriminator 19 in such a way that when a signal with constant polarity is present, the measurement signal supplied by the amplifier 8 is passed on directly. If the polarity changes rapidly, the AC / DC discriminator 19 generates a control signal with the meaning "alternating field". In this case, the function selector 11 takes over the signal converted via the measurement rectifier 9.
  • the measurement signal reaches the peak value memory 12. This is controlled by the mode selector 28.
  • the peak value memory 12 has three different operating modes: immediate display, peak value positive, peak value negative.
  • the peak value memory is out of operation for immediate display. To display the peak value, its output signal follows the input signal until a maximum is reached, which is then stored and is permanently present at the output until either an even higher value is measured or until the memory is deleted by resetting to the immediate display.
  • the measurement signal reaches the digital voltmeter 13, which in turn controls the LCD display 14.
  • Both components are electronic components Known and customary.
  • Range evaluation 15 is provided for automatic switching of the measuring range. This ensures that when the measurement signal is low, a more sensitive measuring range, that is to say a larger amplification in the amplifier 8, is selected, while if the measuring range of the digital voltmeter 13 is exceeded, a less sensitive measuring range with a correspondingly lower amplification is determined.
  • the automatic range evaluation controls the range selection 10 of the amplifier on the one hand, and the position of the decimal point on the display via the decimal point control 25 on the other hand.
  • the measurement signal is preferably evaluated in two ways: exceeding the measurement range by evaluating the corresponding output signal of the digital voltmeter 13, falling below by monitoring the amplified measurement signal after the function selector 11.
  • the measurement always begins with the most sensitive area. In the case of the peak value measurement, switching back to a more sensitive area must be blocked. This is done by a corresponding signal from the mode selector 28.
  • the vote is carried out in a particularly convenient manner by inserting the probe into an appropriate magnetic field and briefly pressing the button 5.
  • signal is evaluated in the key evaluation 27 and arrives at the mode selector 28. This receives the information about the polarity of the signal from the polarity monitor 16 when the key is pressed. If there is a constant negative polarity, the peak value memory 12 is activated to detect the negative peak value laid and held. In the case of positive or rapidly changing polarity (alternating field), the peak value memory 12 is fixed on the detection of the positive peak value.
  • the measuring rectifier 9 always delivers a positive output signal.
  • the reset of the peak value memory 12 to the immediate display mode of operation takes place either by pressing the button again briefly or by a timer for the automatic reset 29. This ensures that the measuring device always comes back on after not being used for one minute, for example the immediate display jumps back.
  • This function supports the automatic switch-off of the device when not in use, which will be described later, and prevents misinterpretation of the display.
  • the peak value function type is also indicated on the LCD display by a special symbol.
  • the polarity of the measurement signal is detected directly on the output signal of the Hall probe 2 with the polarity monitor 16.
  • This provides a three-concept signal: Hall signal positive, Hall signal negative, Hall signal zero (or very small). These three terms are prepared in the LED control 17 for operating the multicolor display 4.
  • the signal positive brings the red color of the LED to light, the signal negative corresponds to the green color. With rapidly changing polarity this results in the mixed color yellow.
  • the three-aspect signal is also used for controlling the AC-DC discriminator 19 and the mode selector 28.
  • the particular advantage of this * circuit is that the user at Auf ⁇ light of more dyeing display can see at a glance what kind of peak memory with the Keystroke is selected.
  • the device is powered from the battery 20 or external feed connector 21 in a known manner. In order to avoid excessive battery consumption, the device is switched off with the automatic switch 18 if the Hall probe 2 does not provide a signal which is clearly distinguishable from zero for a prolonged period.
  • the range evaluation 15 emits a corresponding signal which is always present in the deepest, that is to say the most sensitive measuring range, as long as no measurement is taking place. This time is monitored in a time switch, which is reset when the switching point is exceeded, but otherwise switches the device off after the time period of, for example, a few minutes.

Abstract

Appareil de mesure des champs magnétiques, caractérisé par le réglage à zéro automatique lors de sa mise en marche, la sélection automatique de la plage de mesure, la commutation automatique de l'affichage entre un champ constant dans le temps et un champ alternatif et, au choix, l'affichage de la valeur de crête. La manoeuvre est commandée par un bouton-poussoir unique sur le corps de sonde. Le type de champ est affiché par un voyant-témoin multicolore sur la sonde.Apparatus for measuring magnetic fields, characterized by automatic zero adjustment when switched on, automatic selection of the measuring range, automatic switching of the display between a constant field over time and an alternating field and, selectable display of the peak value. The maneuver is controlled by a single push button on the probe body. The type of field is displayed by a multicolored indicator light on the probe.

Description

Magnetfeld-Messgerät Magnetic field measuring device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen von mag¬ netischen Feldern nach dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruches und ein Gerät zur Durchführung des Ver¬ fahrens.The invention relates to a method for measuring magnetic fields according to the preamble of the independent patent claim and a device for carrying out the method.
Die Technik der Messung magnetischer Felder mit Hallsonden ist aus der Literatur bekannt. Die Firma List-Magnetik GmbH, D-7022 Leinfelden-Echterdingen, bietet beispiels¬ weise ein tragbares Magnetfeld-Messgerät unter der Be¬ zeichnung MP-U an. Dieses Gerät ist geeignet zur Messung von zeitlich konstanten Feldern in beiden Polaritäts¬ richtungen (Nord- und Südpol), wahlweise auch zur Messung von Wechselfeldern. Das Gerät verfügt als Bedienungsele¬ mente über je einen Wahlschalter für die Anzeigeart (Gleich- oder Wechselfeld, sowie Spitzenwert-Speicher) und den Messbereich, ferner über eine Taste zum Zurückstellen der Spitzenwert-Anzeige und einen Drehknopf zum Einstellen des Nullpunktes.The technique of measuring magnetic fields with Hall probes is known from the literature. List-Magnetik GmbH, D-7022 Leinfelden-Echterdingen, for example, offers a portable magnetic field measuring device under the name MP-U. This device is suitable for measuring time-constant fields in both polarity directions (north and south poles), optionally also for measuring alternating fields. As operating elements, the device has a selector switch for the display type (DC or AC field, as well as peak value memory) and the measuring range, also a key for resetting the peak value display and a rotary knob for setting the zero point.
Ein ähnliches Messgerät wird von der Firma Walker Scien- tific Inc., Worcester, Massachusetts, USA, unter der Mo- dellbezeichnung MG-5DP angeboten. Auch dieses Gerät weist im wesentlichen dieselben Bedienelemente auf: Funktions¬ wähler, Messbereichswahler, Spitzenwert-Rückstelltaste und Nullpunkt-Einstellknopf. Wie beim erstgenannten Gerät erfolgt die Anzeige digital an der Frontplatte des Mess¬ gerätes. Die Magnetfeld-Sonde ist mit dem Gerät durch ein Kabel verbunden.A similar measuring device is manufactured by Walker Scientific Inc., Worcester, Massachusetts, USA, under the Dell MG-5DP offered. This device also has essentially the same operating elements: function selector, measuring range selector, peak value reset button and zero point setting button. As with the first-mentioned device, the display is digital on the front panel of the measuring device. The magnetic field probe is connected to the device by a cable.
In der praktischen Anwendung sind diese Messgeräte unbe¬ quem in der Handhabung und kompliziert in der Bedienung. Bereits bei der Inbetriebnahme des Gerätes wird das Ein¬ stellen des Nullpunktes vielfach vergessen. Wenn in der Folge die Nullpunkt-Einstellung unabsichtlich verstellt wird, bewirkt dies laufend fehlerhafte Ablesungen.In practical use, these measuring devices are inconvenient to use and complicated to operate. Even when the device is started up, the zero point is often forgotten. If the zero point setting is subsequently changed inadvertently, this will result in incorrect readings.
Die Wahl des Messbereiches erfordert einen Eingriff am Messgerät, der von der eigentlichen Mess-Aufgabe ablenkt. Gerade bei der Diagnose von Magnetfeldern werden immer wieder Bereiche von ganz unterschiedlicher Feldstärke be¬ rührt, was immer wieder eine Korrektur des Messbereiches erfordert- Für die Spitzenwert-Messung muss die Grössen- ordnung des Wertes vorbekannt sein, damit die Anzeige be¬ nützt werden kann.The selection of the measuring range requires an intervention on the measuring device, which distracts from the actual measuring task. Especially when diagnosing magnetic fields, areas of very different field strengths are repeatedly touched, which always requires a correction of the measuring range. For the peak value measurement, the magnitude of the value must be known in advance so that the display can be used .
Das Messen von Magnetfeldern erfordert ein laufendes Zu¬ ordnen von Sonden-Position und Messwert. Dies bedingt ein wechselweises Beobachten der Sonde und der Anzeige. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches bedeutend weniger manuelle Eingriffe benötigt und die oben beschriebenen Schritte so weit wie möglich zu automatisieren.Measuring magnetic fields requires continuous assignment of the probe position and measured value. This requires an alternate observation of the probe and the display. The object of the invention is to provide a method which requires significantly fewer manual interventions and to automate the steps described above as far as possible.
Zur Durchführung des Verfahrens wird ein entsprechendes Messgerät vorgeschlagen, welches die Bedienung dem Ver¬ fahren entsprechend vereinfacht und nur ein Minimum an Eingriffen erforderlich macht.A corresponding measuring device is proposed for carrying out the method, which simplifies operation in accordance with the method and only requires a minimum of interventions.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässe Verfahrens ist, dass bei der automatischen Nullpunkt-Einstellung und der entsprechenden Messwertkompensation das örtliche Erd¬ magnetfeld und allenfalls vorhandene kleinere Störfelder automatisch mitberücksichtigt und kompensiert werden und die Messungen nicht verfälschen.A further advantage of the method according to the invention is that, in the case of the automatic zero point setting and the corresponding measurement value compensation, the local earth magnetic field and any smaller interference fields which may be present are automatically taken into account and compensated for and do not distort the measurements.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Messwerte so¬ wohl am Messgerät, wie auch am Sondenkörper selbst ab¬ lesbar sind.Another advantage is that the measured values can be read both on the measuring device and on the probe body itself.
Die vorliegende Erfindung verwirklicht dieses Ziel mit den Merkmalen gemäss den Patentansprüchen.The present invention achieves this aim with the features according to the patent claims.
Das Verfahren wird im folgenden zusammen mit dem vorge¬ schlagenen Gerät beschrieben. Figur 1 zeigt das Messgerät 1 mit seinen wesentlichen Be¬ dienelementen.The method is described below together with the proposed device. FIG. 1 shows the measuring device 1 with its essential operating elements.
Figur 2 zeigt die einzelnen Funktionsmodule in ihrem Zu¬ sammenhang.FIG. 2 shows the individual function modules in their context.
Das Verfahren zum Messen von magnetischen Feldern mit einer magnetisch empfindlichen Sonde, welche in ein zu messendes magnetisches Feld eingeführt wird und dabei ein Signal an ein Messgerät zur Auswertung abgibt, weist folgende Schritte in folgender Reihenfolge auf: Manuelles Einschalten des Messgerätes, automatische Nullpunktmessung und NullpunktEinstellung mit Berechnung des Korrektur¬ wertes und dessen Speicherung, manuelles Einführen der Sonde in ein zu messendes Magnetfeld, automatische Polari¬ tätsüberwachung mit Rückmeldung und entsprechender Um¬ schaltung des Messgerätes, automatische Spitzenwert- speicherung der gemessenen Werte mit automatischer An¬ passung des Messbereiches an den Bereich des zu messenden Magnetfeldes, ablesen der Messwerte, manuelles Entfernen der Sonde aus dem zu messenden Magnetfeld und manuelles oder automatisches Ausschalten des Messgerätes.The method for measuring magnetic fields with a magnetically sensitive probe, which is introduced into a magnetic field to be measured and thereby emits a signal to a measuring device for evaluation, has the following steps in the following order: manual switching on of the measuring device, automatic zero point measurement and zero point setting with calculation of the correction value and its storage, manual insertion of the probe into a magnetic field to be measured, automatic polarity monitoring with feedback and corresponding switching of the measuring device, automatic peak value storage of the measured values with automatic adaptation of the measuring range to the Area of the magnetic field to be measured, reading of the measured values, manual removal of the probe from the magnetic field to be measured and manual or automatic switching off of the measuring device.
Die Messwertablesung erfolgt auf einem Anzeigefeld am Messgerät oder am Sondenkorper. Die Ablesungen können auch über Computer via Schnittstelle für Datentransfer automa¬ tisiert werden. Zur automatischen Nullpunkt-Einstellung des Messgerätes dient ein Eigensignal der Sonde, welches nach Einschalten des Messgerätes von der Hallsonde abgegeben wird, wobei der gemessene Wert des Eigensignals gespeichert wird und über einen Regelverstärker dieser Wert bei alle weiteren Messungen kompensiert wird. Nach einer beliebigen Anzahl Messungen wird die Nullpunkt-Einstellung von neuem vorge¬ nommen.The measured value is read on a display panel on the measuring device or on the probe body. The readings can also be automated via computers via an interface for data transfer. A self-signal of the probe is used for the automatic zero point setting of the measuring device, which is emitted by the Hall probe after the measuring device is switched on, the measured value of the self-signal being stored and this value being compensated for all further measurements via a control amplifier. After any number of measurements, the zero point setting is carried out again.
Das Messsignal wird einem Diskriminator zugeführt, der ein in seiner Polarität konstantes, von einem zeitlich die Po¬ larität wechselndem Magnetfeld unterscheidet und ein ent¬ sprechendes Signal abgibt, welches zur Steuerung der wei¬ teren Signalverarbeitung dient.The measurement signal is fed to a discriminator which distinguishes a magnetic field which is constant in polarity from a temporally changing polarity and which emits a corresponding signal which is used to control the further signal processing.
Beim Vorliegen eines in seiner Polarität konstanten Magnetfeldes wird der Mittelwert des Messsignales selbstä- tig gebildet und angezeigt.If there is a magnetic field that is constant in polarity, the mean value of the measurement signal is automatically formed and displayed.
Beim Vorliegen eines in seiner Polarität wechselnden Magnetfeldes hingegen, wird der absolute Wert des Mess¬ signales selbstätig gebildet und dessen Mittelwert ange¬ zeigt; oder aber es wird nach Bedarf der Effektivwert des Messsignales gebildet und angezeigt.If, on the other hand, a magnetic field changes in polarity, the absolute value of the measurement signal is automatically generated and its mean value is displayed; or the rms value of the measurement signal is formed and displayed as required.
Figur 1 zeigt das Messgerät 1 mit seinen wesentlichen Be¬ dienelementen. Das zu messende Magnetfeld wird von der Hallsonde 2 aufgenommen, welche eine dazu proportionale Spannung erzeugt. Das Sondengehäuse 3- dient zur bequemen Handhabung der Sonde. Es enthält eine Mehrfarbenanzeige 4, in Form von Leuchtdioden mit den beiden Farben rot und grün, welche bei gleichzeitigem Aufleuchten die dritte Farbe gelb ergeben. Weiter enthält das Sondengehäuse 3 die Drucktaste 5 zur Funktionswahl der Spitzenwertanzeige. Die ganze Sonde ist mit dem Messgerät über das Kabel 6 ver¬ bunden. Die Anzeige des Messwertes erfolgt an der digi¬ talen LCD Anzeige 14 am Messgerät. Zur einfacheren Hand¬ habung bei gewissen Einsätzen ist eine weitere Messwert¬ anzeige 14' auf dem Sondengehäuse 3 angebracht.FIG. 1 shows the measuring device 1 with its essential operating elements. The magnetic field to be measured is determined by the Hall probe 2 recorded, which generates a voltage proportional thereto. The probe housing 3 is used for easy handling of the probe. It contains a multicolor display 4, in the form of light-emitting diodes with the two colors red and green, which, when illuminated simultaneously, result in the third color yellow. The probe housing 3 also contains the push button 5 for selecting the function of the peak value display. The entire probe is connected to the measuring device via the cable 6. The measurement value is displayed on the digital LCD display 14 on the measuring device. For easier handling in certain applications, a further measured value display 14 'is attached to the probe housing 3.
In einer Ausführungsform ist die Messwertanzeige 14' als qualitative Anzeige, die nur den gemessenen Bereich stufenweise angibt, ausgeführt. Eine Anzahl LED zeigen analog die Grössenordnung der gemessenen Werte an. In einer anderen Ausführungsform ist die Messwertanzeige 14' als quantitative Anzeige mit LCD so ausgeführt, dass die Messwerte gleich, wie bei der Messwertanzeige 14 am Mess¬ gerät, digital, angezeigt werden.In one embodiment, the measured value display 14 'is in the form of a qualitative display which only indicates the measured area in stages. A number of LEDs also indicate the order of magnitude of the measured values. In another embodiment, the measured value display 14 'is designed as a quantitative display with an LCD so that the measured values are displayed digitally in the same way as with the measured value display 14 on the measuring device.
Das Gerät wird mit dem Ein/Aus-Schalter 7 in Betrieb ge¬ nommen. Die Steckdose 21 dient dem Anschluss einer ex¬ ternen Speisung als Alternative zur internen Batterie 20. Das verstärkte Signal der Hallsonde ist am externen Mess- anschluss 26 abgreifbar, beispielsweise für die weitere Untersuchung mit einem Oszilloskop.The device is put into operation with the on / off switch 7. The socket 21 serves to connect an external supply as an alternative to the internal battery 20. The amplified signal of the Hall probe can be tapped off at the external measuring connection 26, for example for the further one Examination with an oscilloscope.
Figur 2 zeigt die einzelnen Funktionsmodule in ihrem Zu¬ sammenhang. Mit Ausnahme des Verstärkers und der Speisung lassen sich die gezeigten Funktionen mit einzelnen digi¬ talen Schaltkreisen oder mit einem Mikroprozessor verwirk¬ lichen. Im zweitgenannten Fall sind die Funktionen nicht körperlich, sondern in Form von Programmabschnitten reali¬ siert. Der hier näher dargestellte Ablauf folgt der ersten Variante.FIG. 2 shows the individual function modules in their context. With the exception of the amplifier and the supply, the functions shown can be implemented with individual digital circuits or with a microprocessor. In the second case, the functions are not realized physically, but in the form of program sections. The sequence shown here follows the first variant.
Das von der Hallsonde 2 gelieferte Mess-Signal wird im Verstärker 8 verstärkt, wobei die Verstärkung selbst in Stufen einstellbar ist, um Magnetfelder unterschiedlicher Grössenordnungen einwandfrei erfassen zu können. Diese stufenweise Einstellung erfolgt mittels der Bereichswahl- Funktion 10. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird ohne weitere Umformung auf die Ausgangsbuchse für die externe Messung 26 gebracht.The measurement signal supplied by the Hall probe 2 is amplified in the amplifier 8, the amplification itself being adjustable in stages in order to be able to detect magnetic fields of different orders of magnitude without problems. This step-by-step setting is carried out by means of the range selection function 10. The output signal of the amplifier is brought to the output socket for the external measurement 26 without further conversion.
Das verstärkte Mess-Signal wird nun einerseits direkt, andererseits über den Messgleichrichter 9 auf den Funk¬ tionswähler 11 gebracht. Der Messgleichrichter 9 ist vorzugsweise als Effektivwert-Bildner ausgelegt. Hierfür stehen bekannte integrierte Schaltkreise, beispielsweise der Typ AD 636 des Herstellers Analog Devices, zur Ver¬ fügung. Mit der Umwandlung in den Effektivwert wird die Kraftwirkung des Magnetfeldes, welche auf einem quadra¬ tischen Zusammenhang zwischen Feldstärke und Kraft beruht, besonders gut dargestellt- Der Funktionswähler 11 wird vom AC/DC-Diskriminator 19 so angesteuert, dass bei Vorliegen eines Signales mit gleichbleibender Polarität, das vom Verstärker 8 gelieferte Messsignal direkt weiter gegeben wird. Bei rasch wechselnder Polarität erzeugt der AC/DC Diskriminator 19 ein Steuersignal mit der Bedeutung "Wechselfeld". Der Funktionswähler 11 übernimmt in diesem Fall das über den Messgleichrichter 9 umgeformte Signal.The amplified measurement signal is now brought directly to the function selector 11 via the measurement rectifier 9. The measuring rectifier 9 is preferably designed as an effective value generator. Known integrated circuits, for example the type AD 636 from the manufacturer Analog Devices, are available for this. With the conversion into the effective value the Force effect of the magnetic field, which is based on a quadratic relationship between field strength and force, is particularly well represented. The function selector 11 is controlled by the AC / DC discriminator 19 in such a way that when a signal with constant polarity is present, the measurement signal supplied by the amplifier 8 is passed on directly. If the polarity changes rapidly, the AC / DC discriminator 19 generates a control signal with the meaning "alternating field". In this case, the function selector 11 takes over the signal converted via the measurement rectifier 9.
Im weiteren Verlauf gelangt das Messsignal zum Spitzen¬ wertspeicher 12. Dieser wird vom Betriebsartwähler 28 an¬ gesteuert. Der Spitzenwertspeicher 12 verfügt über drei verschiedene Betriebsarten: unmittelbare Anzeige, Spitzen¬ wert positiv, Spitzenwert negativ. Für die unmittelbare Anzeige ist der Spitzenwertspeicher ausser Betrieb. Zur Anzeige des Spitzenwertes folgt sein AusgangsSignal dem Eingangssignal bis zu Erreichen eines Maximums, das dann gespeichert wird und dauernd am Ausgang anliegt, bis entweder ein noch höher liegender Wert gemessen wird oder bis durch Zurückstellen auf die unmittelbare Anzeige auch die Löschung des Speichers erfolgt.In the further course, the measurement signal reaches the peak value memory 12. This is controlled by the mode selector 28. The peak value memory 12 has three different operating modes: immediate display, peak value positive, peak value negative. The peak value memory is out of operation for immediate display. To display the peak value, its output signal follows the input signal until a maximum is reached, which is then stored and is permanently present at the output until either an even higher value is measured or until the memory is deleted by resetting to the immediate display.
In einer nächsten Stufe gelangt das Messsignal zum Digi¬ talvoltmeter 13, das seinerseits die LCD-Anzeige 14 an¬ steuert. Beide Bausteine sind als elektronische Kompo- nenten bekannt und handelsüblich.In a next stage, the measurement signal reaches the digital voltmeter 13, which in turn controls the LCD display 14. Both components are electronic components Known and customary.
Zum automatischen Umschalten des Messbereiches ist die Be¬ reichsauswertung 15 vorgesehen. Diese sorgt dafür, dass bei tiefem Messsignal ein empfindlicherer Messbereich, das heisst eine grössere Verstärkung im Verstärker 8 gewählt wird, während bei Überschreiten des Messbereiches des Digitalvoltmeters 13 ein weniger empfindlicher Messbereich mit entsprechend geringerer Verstärkung bestimmt wird. Die automatische Bereichsauswertung steuert einerseits die Be¬ reichswahl 10 des Verstärkers, andererseits die Position des Dezimalpunktes auf der Anzeige über die Dezimalpunkt- ansteuerung 25.Range evaluation 15 is provided for automatic switching of the measuring range. This ensures that when the measurement signal is low, a more sensitive measuring range, that is to say a larger amplification in the amplifier 8, is selected, while if the measuring range of the digital voltmeter 13 is exceeded, a less sensitive measuring range with a correspondingly lower amplification is determined. The automatic range evaluation controls the range selection 10 of the amplifier on the one hand, and the position of the decimal point on the display via the decimal point control 25 on the other hand.
Die Auswertung des Messsignales erfolgt vorzugsweise auf zwei Arten: das Überschreiten des Messbereiches durch Aus¬ werten des entsprechenden Ausgangssignales des Digital¬ voltmeters 13, das Unterschreiten durch eine Überwachung des verstärkten Messsignales nach dem Funktionswähler 11. Die Messung beginnt immer mit dem empfindlichsten Bereich. Für den Fall der Spitzenwert-Messung muss das Zurück¬ schalten auf einen empfindlicheren Bereich gesperrt werden. Dies geschieht durch ein entsprechendes Signal vom Betriebsartwähler 28.The measurement signal is preferably evaluated in two ways: exceeding the measurement range by evaluating the corresponding output signal of the digital voltmeter 13, falling below by monitoring the amplified measurement signal after the function selector 11. The measurement always begins with the most sensitive area. In the case of the peak value measurement, switching back to a more sensitive area must be blocked. This is done by a corresponding signal from the mode selector 28.
Die Wahl . der Betriebsart erfolgt auf besonders bequeme Weise durch Einbringen der Sonde in ein entsprechendes Magnetfeld und kurzes Drücken der Taste 5. Das Tasten- signal wird in der Tastenauswertung 27 ausgewertet und gelangt zum Betriebsartwähler 28. Dieser erhält während des Tastendruckes die Information über die Polarität des Signales von der Polaritätsüberwachung 16. Bei Vorliegen einer gleichbleibend negativen Polarität wird der Spitzen¬ wertspeicher 12 auf das Erfassen des negativen Spitzen¬ wertes gelegt und festgehalten. Bei positiver oder rasch wechselnder Polarität .(Wechselfeld) wird der Spitzen¬ wertspeicher 12 auf das Erfassen des positiven Spitzen¬ wertes festgelegt. Der Messgleichrichter 9 liefert dabei in jedem Fall ein positives AusgangsSignal.The vote . The operating mode is carried out in a particularly convenient manner by inserting the probe into an appropriate magnetic field and briefly pressing the button 5. signal is evaluated in the key evaluation 27 and arrives at the mode selector 28. This receives the information about the polarity of the signal from the polarity monitor 16 when the key is pressed. If there is a constant negative polarity, the peak value memory 12 is activated to detect the negative peak value laid and held. In the case of positive or rapidly changing polarity (alternating field), the peak value memory 12 is fixed on the detection of the positive peak value. The measuring rectifier 9 always delivers a positive output signal.
Das Rückstellen des Spitzenwertspeichers 12 auf die Be¬ triebsart unmittelbare Anzeige erfolgt entweder durch nochmaligen kurzen Tastendruck, oder aber durch eine Zeit¬ schaltung für die automatische Rückstellung 29. Diese sorgt dafür, dass das Messgerät bei Nichtbenützung nach beispielsweise einer Minute in jedem Fall wieder in die unmittelbare Anzeige zurückspringt. Diese Funktion unter¬ stützt das automatische Ausschalten des Gerätes bei Nichtbenützung, welches später beschrieben ist, und verhindert Fehlinterpretationen der Anzeige. Die Funk¬ tionsart Spitzenwert wird zudem auf der LCD Anzeige durch ein besonderes Symbol angezeigt.The reset of the peak value memory 12 to the immediate display mode of operation takes place either by pressing the button again briefly or by a timer for the automatic reset 29. This ensures that the measuring device always comes back on after not being used for one minute, for example the immediate display jumps back. This function supports the automatic switch-off of the device when not in use, which will be described later, and prevents misinterpretation of the display. The peak value function type is also indicated on the LCD display by a special symbol.
Bei Inbetriebnahme des Gerätes sorgt ein automatischer Nullabgleich für die Kompensation der Nullpunkt-Ablage. Diese stellt bei Hallsonden ein beträchtliches Problem dar, weil deren Nullpunkt-Signal stark temperaturabhängig ist. Bei Aufstarten des Gerätes löst das Ansteigen der internen Speisespannung 23 gleichzeitig die automatische NullpunktKompensation 24 aus. Für kurze Zeit wird vom Ausgangssignal des Verstärkers 8 über einen Regelver¬ stärker und eine digitale Speicherschaltung direkt das Nullpunkt-Korrektursignal bestimmt. In der Folge wird dieser Wert dauernd festgehalten und der Verstärker für seine normale Funktion freigegeben. Diese unmittelbare Rückführung des Ausgangssignales auf den Nullpunkt-Eingang des Verstärkers 8 hat zur Folge, dass die Ausgangsspannung der Nullpunkt-Kompensation 24 die Nullpunkt-Ablage der Hallsonde 2 exakt ausgleicht. In der Praxis ist diese Durchschalte-Speicher-Funktion mit dem Baustein AD 7569 des Herstellers Analog Devices, Norwood MA, USA, ver¬ wirklicht.When the device is started up, an automatic zero adjustment ensures compensation of the zero point offset. This is a considerable problem with Hall probes because their zero point signal is strongly temperature-dependent. When the device is started, the rise in the internal supply voltage 23 simultaneously triggers the automatic zero point compensation 24. For a short time, the output signal of the amplifier 8 is determined directly via a control amplifier and a digital memory circuit, the zero point correction signal. As a result, this value is permanently recorded and the amplifier is released for its normal function. This direct feedback of the output signal to the zero point input of the amplifier 8 has the consequence that the output voltage of the zero point compensation 24 exactly compensates for the zero point storage of the Hall probe 2. In practice, this switch-through memory function is implemented with the module AD 7569 from the manufacturer Analog Devices, Norwood MA, USA.
Die Polarität des Messsignales wird direkt am Ausgangs¬ signal der Hallsonde 2 mit der Polaritätsüberwachung 16 erfasst. Diese stellt ein dreibegriffiges Signal zur Verfügung: Hallsignal positiv, Hallsignal negativ, Hall¬ signal Null (oder sehr klein). Diese drei Begriffe werden in der LED-Ansteuerung 17 zum Betrieb der Mehrfar¬ ben-Anzeige 4 aufbereitet. Das Signal positiv bringt die rote Farbe der LED zum Leuchten, das Signal negativ ent¬ sprechend die grüne Farbe. Bei rasch wechselnder Polarität ergibt dies die Mischfarbe gelb. Das dreibegriffige Signal dient ebenfalls zum Ansteuern des AC-DC-Diskriminators 19 und des Betriebsartwählers 28. Der besondere Vorteil dieser*Schaltung liegt darin, dass der Benutzer bei Auf¬ leuchten der Mehrfärben-Anzeige gleich erkennen kann, welche Art der Spitzenwert Speicherung mit dem Tastendruck gewählt wird.The polarity of the measurement signal is detected directly on the output signal of the Hall probe 2 with the polarity monitor 16. This provides a three-concept signal: Hall signal positive, Hall signal negative, Hall signal zero (or very small). These three terms are prepared in the LED control 17 for operating the multicolor display 4. The signal positive brings the red color of the LED to light, the signal negative corresponds to the green color. With rapidly changing polarity this results in the mixed color yellow. The three-aspect signal is also used for controlling the AC-DC discriminator 19 and the mode selector 28. The particular advantage of this * circuit is that the user at Auf¬ light of more dyeing display can see at a glance what kind of peak memory with the Keystroke is selected.
Die Speisung der Gerätes ab Batterie 20 oder externem Speise-Anschluss 21 erfolgt auf bekannte Weise. Um einen übermässigen Batteriekonsum zu vermeiden, wird das Gerät mit dem automatischen Ausschalter 18 ausgeschaltet, wenn die Hallsonde 2 über längere Zeit kein von Null klar unterscheidbares Signal liefert. Die Bereichsauswertung 15 gibt beim Unterschreiten des Schaltpunktes für das Herunterschalten des Messbereiches ein entsprechendes Sig¬ nal ab, das im tiefsten, das heisst empfindlichsten Mess¬ bereich immer ansteht, solange nicht gemessen wird. Diese Zeit wird in einem Zeitschalter überwacht, der bei Überschreiten des besagten Schaltpunktes zurückgestellt wird, sonst aber nach Ablauf der Zeitspanne von beispiels¬ weise einigen Minuten das Gerät ausschaltet. The device is powered from the battery 20 or external feed connector 21 in a known manner. In order to avoid excessive battery consumption, the device is switched off with the automatic switch 18 if the Hall probe 2 does not provide a signal which is clearly distinguishable from zero for a prolonged period. When the value falls below the switching point for switching the measuring range down, the range evaluation 15 emits a corresponding signal which is always present in the deepest, that is to say the most sensitive measuring range, as long as no measurement is taking place. This time is monitored in a time switch, which is reset when the switching point is exceeded, but otherwise switches the device off after the time period of, for example, a few minutes.

Claims

PATENTANSPRÜCHE PATENT CLAIMS
1. Verfahren zum Messen von magnetischen Feldern mit einer magnetische empfindlichen Sonde, welche in ein zu messendes magnetisches Feld eingeführt wird und dabei ein Signal an ein Messgerät zur Ausertung ab¬ gibt, gekennzeichnet durch folgende Schritte in folgender Reihenfolge: Manuelles Einschalten des Mess¬ gerätes, automatische Nullpunktmessung und Nullpunkt- Einstellung mit Berechnung des Korrekturwertes und dessen Speicherung, manuelles Einführen der Sonde in ein zu messendes Magnetfeld, automatische "Polaritäts- überwachung mit Rückmeldung und entsprechender Um¬ schaltung des Messgerätes, automatische Spitzenwert- speicherung der gemessenen Werte mit automatischer Anpassung des Messbereiches an den Bereich des zu messenden Magnetfeldes, Ablesen der Anzeige, manuelles Entfernen der Sonde aus dem zu messenden Magnetfeld, automatisches oder manuelles Ausschalten des Mess¬ gerätes.1. A method for measuring magnetic fields with a magnetic sensitive probe which is introduced into a magnetic field to be measured and thereby emits a signal to a measuring device for evaluation, characterized by the following steps in the following order: manual switching on of the measuring device , automatic zero point measurement and zero point setting with calculation of the correction value and its storage, manual insertion of the probe into a magnetic field to be measured, automatic "polarity monitoring with feedback and corresponding switching of the measuring device, automatic peak value storage of the measured values with automatic adjustment the measuring range to the area of the magnetic field to be measured, reading the display, manually removing the probe from the magnetic field to be measured, automatic or manual switching off of the measuring device.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur automatischen Nullpunkt-Einstellung des Mess¬ gerätes ein Eigensignal der Sonde, welches nach Ein¬ schalten des Messgerätes von der Hallsonde abgegeben wird, als Wert gespeichert wird, worauf über einen Regelverstärker dieser Wert für alle weiteren Messungen kompensiert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that for the automatic zero point setting of the measuring device, an intrinsic signal of the probe, which is emitted by the Hall probe after the measuring device is switched on, is stored as a value, whereupon this value for a control amplifier all further Measurements is compensated.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer beliebigen Anzahl Messungen die Null¬ punkt-Einstellung von neuem vorgenommen wird.3. The method according to claim 2, characterized in that after an arbitrary number of measurements, the zero point setting is carried out again.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Messsignal einem Diskriminator zugeführt wird, der ein in seiner Polarität konstantes von einem zeitlich die Polarität wechselndem Magnetfeld unter¬ scheidet und ein entsprechendes Signal abgibt, welches zur Steuerung der weiteren Signalverarbeitung dient.4. The method according to claim 1, characterized in that the measurement signal is fed to a discriminator which distinguishes a constant in polarity from a temporally changing polarity magnetic field and emits a corresponding signal which is used to control the further signal processing.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines in seiner Polarität kon¬ stanten Magnetfeldes selbstatig der Mittelwert des Messsignales gebildet und angezeigt wird.5. The method according to claim 4, characterized in that in the presence of a magnetic field constant in polarity, the mean value of the measurement signal is automatically formed and displayed.
6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines in seiner Polarität wechseln¬ den Magnetfeldes selbstatig der absolute Wert des Messsignales gebildet und dessen Mittelwert angezeigt wird.6. The method according to claim 4, characterized in that in the presence of a magnetic field that changes in polarity, the absolute value of the measurement signal is automatically formed and its mean value is displayed.
7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines in seiner Polarität wechseln¬ den Magnetfeldes selbstatig der Effektivwert des Mess- signales gebildet und angezeigt wird.7. The method according to claim 4, characterized in that in the presence of a magnetic field that changes in polarity, the effective value of the measurement signal is formed and displayed.
8. Gerät zur Durchführung des Verfahrens zur Messung mag¬ netischer Felder nach Anpruch 1, bestehend aus einer magnetfeldempfindlichen Sonde an einem Sondenkörper und einem Messgerät mit einer Anzeige, dadurch gekenn¬ zeichnet, dass der Sondenkörper mit einer Anzeige der FeldPolarität ausgerüstet ist, welche die drei Be¬ griffe "Positiv", "Negativ" und "Wechselfeld" unter¬ scheidet.8. Device for carrying out the method for measuring magnetic fields according to claim 1, consisting of a magnetic field-sensitive probe on a probe body and a measuring device with a display, characterized in that the probe body is equipped with a display of the field polarity which the distinguishes three terms "positive", "negative" and "alternating field".
9. Gerät gemass Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nullpunkt-Abgleich durch eine analoge Reglerschal¬ tung mit digitaler Speicherung des Korrekturwertes er¬ folgt.9. Device according to claim 8, characterized in that the zero-point adjustment is carried out by an analog controller circuit with digital storage of the correction value.
10. Gerät gemass Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Nullpunkt-Abgleich durch eine digitale Rechen¬ schaltung mit Speicherung des Korrekturwertes erfolgt.10. Device according to claim 8, characterized in that the zero point adjustment is carried out by a digital arithmetic circuit with storage of the correction value.
11. Gerät gemass einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass eine Bereichsauswertung dem Mess¬ bereich stufenweise selbstatig dem aktuellen Messwert angepasst. 11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized in that an area evaluation automatically adjusts the measuring area step by step to the current measured value.
12. Gerät gem ss einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass ein Spitzenwertspeicher den maxi¬ malen Anzeigewert speichert.12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized in that a peak value memory stores the maximum display value.
13. Gerät gemass Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messgleichrichter den angezeigte Maximalwert unab¬ hängig von der Polarität macht.13. Device according to claim 11, characterized in that a measurement rectifier makes the displayed maximum value independent of the polarity.
14. Gerät gemass Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein AC/DC Diskriminator den angezeigten Maximalwert bei Vorliegen eines in seiner Polarität wechselnden Magnetfeldes selbstatig als absoluten Wert des Mess¬ signales bildet.14. Device according to claim 11, characterized in that an AC / DC discriminator automatically forms the displayed maximum value in the presence of a magnetic field that changes in polarity as an absolute value of the measurement signal.
15. Gerät nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Effektivwertbildner bei Vorliegen eines in seiner Polarität wechselnden Magnetfeldes selbstatig den Effektivwert des Messsignales bildet.15. Apparatus according to claim 14, characterized in that an effective value generator automatically forms the effective value of the measurement signal in the presence of a magnetic field that changes in polarity.
16. Gerät gemass Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitschaltung den Spitzenwertspeicher zurück¬ stellt und dadurch eine Umstellung in einen empfind¬ licheren Messbereich freigibt.16. Device according to claim 11, characterized in that a time circuit resets the peak value memory and thereby enables a changeover to a more sensitive measuring range.
17- Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass auf dem Sondenkörper eine qualita¬ tive, analoge Anzeige des Messbereiches angeordnet ist .17- Device according to one of claims 8 to 16, characterized in that a qualitative, analog display of the measuring range is arranged on the probe body is.
18. Gerät nach einem der Ansprüche 8 bis 17, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass auf dem Sondenkörper eine quanti¬ tative, digitale Anzeige der Messwerte angeordnet ist.18. Device according to one of claims 8 to 17, characterized in that a quantitative, digital display of the measured values is arranged on the probe body.
19. Gerät nach einem der Ansprüche 17 öder 18, dadurch ge¬ kennzeichnet, dass das Messgerät durch Rückmeldung die Anzeige auf dem Sondenkörper steuert. 19. Device according to one of claims 17 or 18, characterized ge indicates that the measuring device controls the display on the probe body by feedback.
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