DE102007060615A1 - Magnetic fields measuring method for energy self-efficient information transmission in motor vehicle, involves bridging voltage drop resulting from external magnetic field to characteristics of external magnetic field - Google Patents

Abstract

The method involves charging a magnetic core (1) of a measuring device with a magnetic flux. An induction voltage (U2) is generated by using a consumer coil (3). A voltage drop is detected along the coil. The coil is attached to the core such that an inductance of the coil is dependent on magnetic resistance of the core. The measuring device is brought into an external magnetic field (5). The voltage drop resulting from the external magnetic field is bridged to characteristics of the external magnetic field.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ausmessen von Magnetfeldern.The The present invention relates to a method of measuring magnetic fields.

Um Magnetfelder und deren Änderung in leicht messbare elektrische Signale zu wandeln, sind verschiedene Systeme gebräuchlich. Wegen ihrer Empfindlichkeit haben sich vor allem dünne Schichtsysteme, bei denen der Widerstand eines elektrischen Leiters durch ein Magnetfeld verändert werden kann, durchgesetzt.Around Magnetic fields and their change to convert into easily measurable electrical signals are different Systems in use. Because of their sensitivity, especially thin layer systems, where the resistance of an electrical conductor through a magnetic field changed can be enforced.

Wird ein magnetischer Leiter durch ein Magnetfeld beeinflusst, so resultieren daraus Änderungen des magnetischen Widerstands und der Impulslängen einer über diesem magnetischen Widerstand in eine Abnehmerwicklung induzierte Spannung. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, um Magnetfelder und deren Änderung in elektrische Signale zu wandeln.Becomes a magnetic conductor influenced by a magnetic field, so result from it changes of the magnetic resistance and the pulse lengths of one above this magnetic resistance in a pickup induced voltage. This opens new Options, around magnetic fields and their change to convert into electrical signals.

Magnetfeldabhängige Widerstände werden vielfach zur empfindlichen Detektion von Magnetfeldern eingesetzt. Beispiele sind Leseköpfe für Magnetfelder oder Sensoren für Drehzahl- und Winkelmessung. Wegen der wirtschaftlichen Bedeutung wird deren Weiterentwicklung erhebliche Relevanz beigemessen.Magnetic field dependent resistors become many times used for the sensitive detection of magnetic fields. Examples are reading heads for magnetic fields or sensors for Speed and angle measurement. Because of its economic importance their further development attaches considerable importance.

Die Vorteile von Messsystemen auf magnetischer Basis sind neben der berührungslosen Erfassung des Messwertes vor allem ihre Unempfindlichkeit gegenüber verschiedenen Umweltgrößen wie Feuchte und Schmutz. Allgemein werden deshalb kostengünstige, robuste und empfindliche Magnetfeldsensoren verlangt.The Advantages of magnetic-based measuring systems are in addition to the contactless Capturing the reading, especially its insensitivity to different ones Environmental variables such as humidity and dirt. Generally, therefore, are inexpensive, robust and sensitive Magnetic field sensors required.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Ausmessen von Magnetfeldern auf magnetischer Basis zu schaffen, welches die geforderte Robustheit und gleichzeitige Empfindlichkeit gewährleistet und einen höheren Dynamikbereich als die bisherigen Sensoren besitzt.task The present invention is therefore a method for measuring of magnetic fields to create magnetic, which the required robustness and simultaneous sensitivity guaranteed and a higher one Dynamic range than the previous sensors has.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs. Sinnvolle Abwandlungen und Verwendungen dieses Verfahrens können den Unteransprüchen entnommen werden.These Task is solved by a method according to the features of the main claim. Useful modifications and uses of this method can the dependent claims be removed.

Der elektrische Widerstand eines Systems kann sich unter dem Einfluss eines Magnetfeldes ändern. Dieser Effekt wird unter dem Namen Magnetowidertand (MR) geführt. Die verschiedenen Magnetowiderstandseffekte werden entsprechend unter dem Begriff XMR zusammengefasst. Die maximale Änderung des Magnetowiderstandes wird auch als Magnetowiderstandswert oder als XMR-Wert bezeichnet und ist durch

gegeben. Bei den Magnetowiderständen werden Änderungen von einigen 10% bis wenigen 100% beobachtet.The electrical resistance of a system can change under the influence of a magnetic field. This effect is known as Magneto-Magnetic Thickness (MR). The various magnetoresistance effects are correspondingly combined under the term XMR. The maximum change of the magnetoresistance is also referred to as magnetoresistance value or as XMR value and is by

given. In the magnetoresistors, changes of a few 10% to a few 100% are observed.

So wie sich der elektrische Widerstand eines elektrischen Leiters unter dem Einfluss eines Magnetfeldes ändern kann, kann sich auch der magnetische Widerstand eines magnetischen Leiters unter dem Einfluss eines Magnetfeldes ändern, da Magnete über Felder miteinander in Wechselwirkung treten können.So how is the electrical resistance of an electrical conductor under change the influence of a magnetic field can also be the magnetic resistance of a magnetic Ladder under the influence of a magnetic field change, as magnets over fields interact with each other.

Wird ein magnetischer Fluss innerhalb eines magnetischen Kerns erzeugt, so sind diese über externe Magnetfelder beeinflussbar. Aufgrund solcher Änderungen reagiert ein entsprechendes System durch eine Änderung seiner Eigenschaften. Bei gegebener magnetischer Spannung Um hängt der magnetische Fluss Φ im magnetischen Kern von dessen Leitfähigkeit und damit vom magnetischen Widerstand R_m des Kerns wie folgt ab:

If a magnetic flux is generated within a magnetic core, then these can be influenced via external magnetic fields. Due to such changes, a corresponding system responds by changing its characteristics. For a given magnetic tension Um, the magnetic flux Φ in the magnetic core depends on its conductivity and thus on the magnetic resistance R _{m of} the core as follows:

Wird nun eine Abnehmerwicklung um den Kern herum angeordnet, so ergibt sich zwischen den Enden der Abnehmerwicklung mit N₂ Wicklungen eine Induktionsspannung

welche von der Änderung des magnetischen Flusses abhängig ist. Tritt nun eine Änderung des Magnetfelds um die beschriebene Anordnung herum auf, wird also im Anwendungsfall eine Messvorrichtung in ein auszumessendes Magnetfeld hineinbewegt, so verändert sich die Verteilung des magnetischen Flusses innerhalb des Kerns und somit auch der magnetische Widerstand in dem von der Abnehmerwicklung übergriffenen Kernabschnitt, was sich, wie der obigen Formel zu entnehmen ist, auch auf die an den Enden der Abnehmerwicklung abgreifbaren Induktionsspannung niederschlägt.If a pickup winding is now arranged around the core, an induction voltage results between the ends of the pickup winding with N ₂ windings

which depends on the change of the magnetic flux. If a change in the magnetic field occurs around the described arrangement, ie if a measuring device is moved into a magnetic field to be measured, the distribution of the magnetic flux within the core and thus also the magnetic resistance in the core section overlapped by the pickup winding will change. which, as can be seen from the above formula, also affects the induction voltage which can be tapped off at the ends of the pickup winding.

Die Induktionsspannung ist jedoch ihrerseits ohne Weiteres mit entsprechenden Mitteln messbar. Folglich ist das beschriebene Verfahren in der Lage, die Änderungen von Magnetfeldern festzustellen und anhand der sich verändernden Induktionsspannung zu quantifizieren.The Induction voltage, however, is readily associated with appropriate Means measurable. Consequently, the method described is in the Able to change from magnetic fields and from the changing ones To quantify induction voltage.

Um einen ohne Weiteres steuerbaren magnetischen Fluss innerhalb des Kerns zu erreichen, ist es sinnvoll, den Fluss mithilfe einer Erregerwicklung kontrolliert zu erzeugen. Dies gelingt, indem die Erregerwicklung wie auf einem Übertrager auf den Kern aufgewickelt ist.In order to achieve a readily controllable magnetic flux within the core, it makes sense to use a field winding to drive the flux controlled to produce. This is achieved by the excitation winding is wound as on a transformer on the core.

Die Abnehmerwicklung kann, ähnlich wie die Erregerwicklung, ebenfalls auf den Kern aufgewickelt sein. Eine solche Anordnung ist insbesondere geeignet, räumlich große, also weitgehende Teile des Kerns betreffende, Feldänderungen zu detektieren, aus denen eine spürbare Änderung des magnetischen Flusses im Kern resultiert.The Customer winding can, similarly like the excitation winding, also wound on the core. Such an arrangement is particularly suitable spatially large, ie Extensive parts of the core to detect field changes, from a noticeable change the magnetic flux in the core results.

In einer Abwandlung kann jedoch auch die Abnehmerwicklung senkrecht zur Hauptrichtung des magnetischen Flusses im Kern ausgerichtet werden. Hierdurch können Flüsse senkrecht zur Hauptrichtung festgestellt werden. Eine solche Anordnung dient insbesondere zur Feststellung von räumlich kleineren Magnetfeldänderungen, welche also nur einen eingeschränkten Bereich des Kerns betreffen. Wird also der Fluss lokal gestört, wird er im Weiteren Verlauf den Weg des geringsten Widerstands wählen. Soweit dieser durch die verändert angeordnete Abnehmerwicklung führt, können somit Rückschlüsse auf das störende magnetische Feld gezogen werden.In However, a modification may also be the pickup winding vertically aligned to the main direction of magnetic flux in the core become. This allows rivers be determined perpendicular to the main direction. Such an arrangement is used in particular for determining spatially smaller magnetic field changes, which therefore only a limited Area of the core. So if the river is disturbed locally, will He will then choose the path of least resistance. So far this changed by the arranged customer winding leads, can thus conclusions on the disturbing magnetic field are drawn.

Dies kann etwa so aussehen, dass der Kern eine ringförmige Ausnehmung aufweist, in welcher ein aufgrund der ringförmigen Ausnehmung gebildeter Kern für die Abnehmerwicklung vorgesehen ist. In diesem Fall kann der umgeleitete magnetische Fluss direkt durch diesen Kern hindurch geleitet werden und somit den magnetischen Widerstand innerhalb der Spule verändern. Durch die genannte Anordnung kann etwa auch die Richtung der Änderung festgestellt werden, da das Vorzeichen der induzierten Spannung hiervon abhängig ist.This may look like the core has an annular recess, in which a formed due to the annular recess Core for the customer winding is provided. In this case, the diverted magnetic flux can be conducted directly through this core and thus changing the magnetic resistance within the coil. By The said arrangement can also be about the direction of change be detected, since the sign of the induced voltage dependent on this is.

In der Praxis kann es mithin sinnvoll sein, um einen Kern herum mehrere Abnehmerwicklungen, gegebenenfalls auch beider beschriebener Varianten vorzusehen, so dass bei einer Auswertung der Messergebnisse um den Kern herum ein klares Bild der jeweiligen Änderungen entsteht. Über etwaige Mittel zur Auswertung der Messwerte kann insoweit auch eine Verknüpfung der Messwerte einzelner Abnehmerwicklungen erfolgen, so dass mithilfe einer entsprechenden Vorrichtung ein klares, leicht erhältliches Bild des zu messenden Magnetfelds entsteht.In In practice, it may therefore be useful to have several around one core Provide customer windings, where appropriate also both described variants, so that when evaluating the measurement results around the nucleus a clear picture of the respective changes arises. about Any means for the evaluation of the measured values can also be a shortcut the measured values of individual customer windings are made, so using a corresponding device a clear, easily available Picture of the magnetic field to be measured arises.

In einer bevorzugten Variante wird der verwendete Kern ringförmig ausgestaltet, um einen geschlossenen magnetischen Kreis in möglichst einfacher Weise zu bilden. Insoweit bedeutet „ringförmig" aber auch jede andere einfache, geschlossene Form wie etwa rautenförmig oder elliptisch.In In a preferred variant, the core used is configured annularly, to a closed magnetic circuit in the simplest possible way form. In that sense, "ring-shaped" means any other simple, closed shape, such as diamond-shaped or elliptical.

Der magnetische Kern kann jedoch in einer alternativen Ausgestaltung einen oder mehrere Luftspalte aufweisen, welcher ebenfalls mit einem Dielektrikum gefüllt sein können.Of the however, magnetic core may be in an alternative embodiment Have one or more air gaps, which also with a Dielectric filled could be.

Ferromagnetische Werkstoffe sind gute magnetische Leiter. Sie weisen eine hohe Permeabilität μ_r, also eine hohe magnetische Leitfähigkeit oder einen geringen magnetischen Widerstand auf. Durch Ausrichten der so genannten Elementarmagnete (Weißsche Bezirke) innerhalb des ferromagnetischen Materials werden die magnetischen Feldlinien gut im Vergleich zum umgebenden Material geführt. Jede Beeinflussung der Elementarmagnete ändert den magnetischen Widerstand R_m des Materials. Somit eignen sich ferromagnetische Materialien besonders gut zur Verwendung als Kern.Ferromagnetic materials are good magnetic conductors. They have a high permeability μ _r , ie a high magnetic conductivity or a low magnetic resistance. By aligning the so-called elemental magnets (Weißsche districts) within the ferromagnetic material, the magnetic field lines are well out compared to the surrounding material. Any influence on the elementary magnets changes the magnetic resistance R _{m of} the material. Thus, ferromagnetic materials are particularly well suited for use as a core.

Entsprechend der Formel

ändert sich eine Induktivität mit ihrem magnetischen Widerstand. Dabei genügt eine einfache Wicklung auf einem (ferro-)magnetischen Kern, der nicht unbedingt geschlossen sein muss. Dies bedeutet, dass die Resonanzfrequenz eines LC-Schwingkreises bzw. die entsprechende Ausgangsfrequenz eines Oszillators magnetfeldabhängig ist. Bei Fremderregung mit konstanter Frequenz ändert sich die Schwingungsamplitude des Schwingkreises mit dem Magnetfeld. In der Umgebung der Resonanzfrequenz ist dieser Effekt besonders deutlich. Eine Induktivität mit ferromagnetischem Kern kann demnach ein Magnetfeld in ein elektrisches Signal im Zeit- oder Frequenzbereich wandeln, was eine besonders deutliche Messung zulässt.According to the formula

An inductance changes with its magnetic resistance. In this case, a simple winding on a (ferromagnetic) magnetic core, which does not necessarily have to be closed, is sufficient. This means that the resonance frequency of an LC resonant circuit or the corresponding output frequency of an oscillator is magnetic field dependent. In the case of external excitation with a constant frequency, the oscillation amplitude of the oscillating circuit changes with the magnetic field. In the vicinity of the resonance frequency, this effect is particularly clear. An inductance with ferromagnetic core can therefore convert a magnetic field into an electrical signal in the time or frequency domain, which allows a particularly clear measurement.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann etwa zur energieautarken Informationsübertragung verwendet werden. Hängt beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Stellung eines Dauermagneten vom Reifendruck ab, so ist diese Information energieautark und berührungslos auf das Chassis übertragbar, indem die Annäherung des Dauermagneten an die Messvorrichtung gemessen wird.The inventive method can be used for energy self-sufficient information transfer. Hangs, for example in a motor vehicle, the position of a permanent magnet from the tire pressure This information is energy self-sufficient and non-contact transferable to the chassis by the approach of the permanent magnet is measured to the measuring device.

Ebenfalls ist das Verfahren zur Pulsmessung einsetzbar. Hierzu ist eine Anordnung denkbar, nach welcher ein Magnet auf den Puls aufgelegt wird und gegen die Messvorrichtung unter Zwischenlage etwa einer Schaumstoffschicht oder einer ähnlich weichen Schicht abgefedert wird. Idealerweise kann zudem eine Platte zwischen Schaumstoff und Messvorrichtung vorgesehen sein, welche das Magnetfeld nicht beeinträchtigt, jedoch eine definierte Position der Messvorrichtung bezüglich des Magneten gewährleistet. Bei jeder Hebung und Senkung des Pulses wird der Magnet gleichfalls bewegt, was von der Messvorrichtung detektiert wird. Hieraus lässt sich ein Bild des Pulses aufgrund der induzierten Spannung erstellen.Also, the method for pulse measurement can be used. For this purpose, an arrangement is conceivable, according to which a magnet is placed on the pulse and is cushioned against the measuring device with the interposition of about a foam layer or a similar soft layer. Ideally, a plate between foam and measuring device can also be provided, which does not affect the magnetic field, but ensures a defined position of the measuring device with respect to the magnet. With each increase and decrease of the pulse, the magnet is also moved, which is detected by the measuring device. From this one can get a picture of the pulse due to the induced span Create a network.

Eine Verwendung des Verfahrens ist mit besonderem Vorteil auch zur Messung von Magnetfeldern, hier insbesondere zur Schwellwertbestimmung, zur Bestimmung der Position eines Magnetfelds oder auch zur Detektion einer Richtungsänderung des Magnetfelds möglich.A Use of the method is particularly advantageous for the measurement of magnetic fields, in particular for threshold determination, for Determination of the position of a magnetic field or for detection a change of direction the magnetic field possible.

Da jeder Stromfluss mit einem Magnetfeld verbunden ist, kann neben einem Dauermagneten auch ein elektrischer Strom die Elementarmagnete im Kern der Vorrichtung beeinflussen. Neben einer Messung von Magnetfeldern ist das Verfahren somit auch zur berührungslosen Messung von elektrischen Strömen ertüchtigt.There Any current flow associated with a magnetic field can be next to it a permanent magnet also an electric current the elementary magnets in the Affect the core of the device. In addition to a measurement of magnetic fields Thus, the method is also for non-contact measurement of electrical currents ertüchtigt.

Die vorstehend beschriebene Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.The The invention described above will be described below with reference to a Embodiment explained in more detail.

Es zeigenIt demonstrate

1 eine Messvorrichtung zum Ausmessen von Magnetfeldern in einer schematischen Draufsicht, wobei ein großräumiges externes Magnetfeld anliegt, 1 a measuring device for measuring magnetic fields in a schematic plan view, wherein a large-scale external magnetic field is applied,

2 eine Abwandlung der Messvorrichtung gemäß 1 in einer perspektivischen Darstellung, wobei ein lokales externes Magnetfeld anliegt, 2 a modification of the measuring device according to 1 in a perspective view, wherein a local external magnetic field is applied,

3 die Messvorrichtung gemäß 1 mit einem externen Magneten, sowie 3 the measuring device according to 1 with an external magnet, as well

4 eine Anwendung der Messvorrichtung als Pulsmessgerät. 4 an application of the measuring device as a pulse measuring device.

1 zeigt eine Vorrichtung mit einem Kern 1, um welchen herum eine Erregerwicklung 2 und eine Abnehmerwicklung 3 angeordnet sind. Mithilfe der Erregerwicklung 2 wird ein magnetischer Fluss 8 in dem Kern 1 verursacht, welcher im Prinzip gleich einem Übertrager eine Spannung U₂ in einer ebenfalls auf den Kern 1 gewickelten Abnehmerwicklung 3 induziert. 1 shows a device with a core 1 around which a field winding 2 and a customer development 3 are arranged. Using the exciter winding 2 becomes a magnetic flux 8th in the core 1 caused, which in principle equal to a transformer, a voltage U ₂ in a likewise on the core 1 wrapped customer winding 3 induced.

Zunächst soll in der Anordnung der 1 das externe Magnetfeld 5 eines Dauermagneten 4 betrachtet werden. Die Feldlinien dringen in das Material des magnetischen Kerns 1 ein. Sie verlaufen nach dem Brechungsgesetz an einer Grenzfläche nahezu parallel zur Oberfläche auf dem Weg des geringsten Widerstandes. Die Ersatzdipole 7, welche die Elementarmagnete in dem betroffenen Bereich 6 verkörpern, erfahren in Abhängigkeit vom externen Magnetfeld 5 eine Kraft, so dass sich der magnetische Widerstand in dieser Zone erhöht. Nach dem Induktionsgesetz gilt für die Spannung U₂ in der Sekundärwicklung

und für den magnetischen FlussFirst, in the arrangement of 1 the external magnetic field 5 a permanent magnet 4 to be viewed as. The field lines penetrate into the material of the magnetic core 1 one. They run according to the law of refraction at an interface almost parallel to the surface on the path of least resistance. The replacement dipoles 7 showing the elemental magnets in the affected area 6 incarnate, experienced in dependence on the external magnetic field 5 a force so that the magnetic resistance in this zone increases. According to the law of induction applies to the voltage U ₂ in the secondary winding

and for the magnetic flux

Da ein externes Magnetfeld 5 den magnetischen Widerstand des Kerns 1 beeinflusst und die Amplitude der Spannung U₂ vom magnetischen Widerstand abhängt, kann die Änderung eines Magnetfeldes mithilfe der Vorrichtung in ein elektrisches Signal umgewandelt werden. Diese Spannung wird mithilfe von Mitteln zur Auswertung erfasst.Because an external magnetic field 5 the magnetic resistance of the core 1 influenced and the amplitude of the voltage U ₂ depends on the magnetic resistance, the change of a magnetic field can be converted by means of the device into an electrical signal. This voltage is detected by means of evaluation.

Der Dauermagnet 4 bestimmt aufgrund der Ausdehnung und Stärke seines Feldes die gesamte Anordnung. Die Stärke der Beeinflussung hängt dabei von der Stärke des Magnetfeldes ab. Wenn ein Einfluss aus einer zentralen Quelle symmetrisch in allen Richtungen ausgestrahlt wird, gilt ein quadratisches Abstandsgesetz. Die magnetische Kraft nimmt mit dem Quadrat der Entfernung ab. Die Steilheit, mit der die Amplitude als Funktion des Abstands sinkt, ist materialabhängig.The permanent magnet 4 determines the whole arrangement due to the extent and strength of its field. The strength of the influence depends on the strength of the magnetic field. When an influence from a central source is emitted symmetrically in all directions, a quadratic law of distance applies. The magnetic force decreases with the square of the distance. The steepness with which the amplitude as a function of the distance decreases, is material-dependent.

Der magnetische Widerstand des ferromagnetischen Kreisringes beträgt

The magnetic resistance of the ferromagnetic annulus is

Hierbei ist D im Beispiel der Ringdurchmesser und A die Querschnittsfläche des Rings, bei einem Torusring etwa eine Kreisfläche. Im ferromagnetischen Material ist μ_r >> 1.Here, D in the example of the ring diameter and A is the cross-sectional area of the ring, in a torus ring about a circular area. In the ferromagnetic material, μ _r >> 1.

Durch den Einfluss eines externen Magnetfeldes 5 kann dieser Wert bis auf 1 sinken. Der durch das Feld vermittelte Einfluss bewirkt also eine starke Änderung des magnetischen Widerstandes.Due to the influence of an external magnetic field 5 this value can decrease to 1. The influence mediated by the field thus causes a strong change in the magnetic resistance.

2 zeigt eine Vorrichtung mit einer zweiten Abnehmerspule 3', welche um 90° versetzt zur Hauptrichtung des magnetischen Flusses 8 angeordnet ist. Hierzu weist der Kern 1 eine Ausnehmung 10 auf, in welcher die Abnehmerwicklung 3, 3' um einen in der Ausnehmung belassenen, kleineren Kern herum gewickelt ist. 2 shows a device with a second pickup coil 3 ' which is offset by 90 ° to the main direction of the magnetic flux 8th is arranged. The core points to this 1 a recess 10 on, in which the customer winding 3 . 3 ' wrapped around a smaller core left in the recess.

Wird in dieser Anordnung anstelle eines großflächigen Magnetfeldes nur ein punktuelles Magnetfeld 5 benutzt, wird lediglich der magnetische Widerstand eines kleinen räumlichen Bereiches geändert. Da der magnetische Fluss 9 immer den Weg des geringsten Widerstandes sucht, ändert sich dessen Weg. Verschiebt sich in 2 das punktuelle externe Magnetfeld 5 nach unten, so wird der untere Teil des magnetischen Flusses 8 in umgekehrter Richtung durch den Kern der Abnehmerwicklung 3' verlaufen und somit das Vorzeichen der in der Abnehmerwicklung 3' induzierten Spannung umkehren.In this arrangement, instead of a large-area magnetic field only a punctual magnetic field 5 used, only the magnetic resistance of a small spatial area is changed. Because the magnetic flux 9 always seeking the path of least resistance, its path changes. Shifts in 2 the punctual external magnetic field 5 down, so will the lower part of the magnetic flux 8th in reverse Direction through the core of the customer winding 3 ' run and thus the sign of in the customer winding 3 ' reverse induced voltage.

Dies ist analog zur Brückenschaltung aus konzentrierten Elementen. Der durch das Feld vermittelte Einfluss bewirkt also eine Änderung des Vorzeichens einer Spulenspannung. Dies eröffnet eine Reihe von Anwendungsmöglichkeiten, wie beispielsweise die Schwellwertbestimmung oder die Bestimmung einer Positions- oder Richtungsänderung eines Magnetfeldes.This is analogous to the bridge circuit of concentrated elements. The influence mediated by the field thus causes a change the sign of a coil voltage. This opens up a range of applications, such as threshold determination or determination a position or direction change a magnetic field.

Die 3 zeigt nochmals eine Vorrichtung, in deren Nähe ein Magnet 12 gebracht wird. Der Erregerstrom in der Erregerwicklung 2, der entsprechend Um = N1·i1 die magnetische Spannung bestimmt, ergibt sich gemäß den physikalischen Zusammenhängen aus einer Spannungsquelle, einem ohmschen Widerstand und einer nichtlinearen Induktivität.The 3 again shows a device near which a magnet 12 is brought. The excitation current in the exciter winding 2 that according to U m = N 1 · i 1 determines the magnetic voltage results in accordance with the physical relationships of a voltage source, an ohmic resistance and a nonlinear inductance.

Das dynamische Verhalten des Netzwerkes wird durch die Beziehungen u = uR + uL, uR = R·i, uL = ψ . ψ = F(i) bzw. i = F ~(ψ)beschrieben. Die nichtlineare Magnetisierungskennlinie ψ = F(i)bzw. i = F ~(ψ)hängt vom Kernmaterial ab.The dynamic behavior of the network is determined by the relationships u = u R + L , u R = R · i, u L = ψ. ψ = F (i) or i = F ~ (ψ) described. The nonlinear magnetization characteristic ψ = F (i) respectively. i = F ~ (ψ) depends on the nuclear material.

Da diese Kennlinie ebenfalls von einem externen Magnetfeld abhängt, sind auch die dynamischen Größen in der Regelschleife magnetfeldabhängig. Wird beispielsweise die Spannung U_L beobachtet, werden Spannungs-Zeit-Impulse sichtbar, deren Dauer von einem externen Magnetfeld bestimmt wird.Since this characteristic also depends on an external magnetic field, the dynamic variables in the control loop are dependent on the magnetic field. For example, if the voltage U _{L is} observed, voltage-time pulses are visible whose duration is determined by an external magnetic field.

Bei gegebenem Dauermagneten und gegebener Reluktanz hängt die Impulslänge vom Abstand zwischen Reluktanz und Magnet ab.at given permanent magnet and given reluctance depends the pulse length from the distance between reluctance and magnet.

Der durch das Feld vermittelte Einfluss bewirkt eine Änderung der Impulslänge einer Spannung. Damit lässt sich eine energieautarke Informationsübertragung realisieren. Hängt beispielsweise in einem Kraftfahrzeug die Stellung eines Dauermagneten vom Reifendruck ab, so ist diese Information energieautark und berührungslos auf das Chassis übertragbar, indem die Annäherung des Dauermagneten an die Vorrichtung gemessen wird.Of the field-mediated influence causes a change the pulse length a tension. Leave it to realize an energy self-sufficient information transfer. Hangs, for example in a motor vehicle, the position of a permanent magnet from the tire pressure This information is energy self-sufficient and non-contact transferable to the chassis, by the approach of the permanent magnet is measured to the device.

4 zeigt eine Verwendung der Erfindung zur Pulsmessung. Die hierzu geeignete Anordnung umfasst einen Magneten 12, welcher auf den Puls im Körper 16 eines Patienten aufgelegt wird. In einer Entfernung zu dem Magneten 12 ist eine Messvorrichtung 13 angeordnet, deren Magnetfeld von dem Magneten 12 beeinflusst wird und dessen Abstandsänderung anhand der in der Messvorrichtung 13 induzierten Spannung feststellbar ist. 4 shows a use of the invention for pulse measurement. The arrangement suitable for this purpose comprises a magnet 12 which is on the pulse in the body 16 of a patient. At a distance to the magnet 12 is a measuring device 13 arranged, whose magnetic field from the magnet 12 is influenced and its change in distance based on the in the measuring device 13 induced voltage is detectable.

Zwischen Messvorrichtung 13 und Magnet 12 sind eine Kunststoffscheibe 14 zur Stabilisierung sowie eine Schaumstoffscheibe 15 zur Federung des Magneten 12 angeordnet, so dass der ansonsten eingeklemmte Magnet 12 sich relativ zur Messvorrichtung 13 bewegen kann. Diese Relativbewegungen können anhand der aus ihnen resultierenden Magnetfeldänderungen durch die Messvorrichtung 13, welche entsprechend den 1 bis 3 aufgebaut ist, detektiert und in ein elektrisches Signal umgesetzt werden.Between measuring device 13 and magnet 12 are a plastic disc 14 for stabilization as well as a foam disc 15 to the suspension of the magnet 12 arranged so that the otherwise clamped magnet 12 relative to the measuring device 13 can move. These relative movements can be determined by the resulting magnetic field changes by the measuring device 13 , which according to the 1 to 3 is constructed, detected and converted into an electrical signal.

Vorstehend ist somit ein Verfahren zum Ausmessen von Magnetfeldern vorgeschlagen, welches eine Messung von Magnetfeldern mit einer hohen Genauigkeit und dennoch robusten Mitteln ermöglicht.above Thus, a method for measuring magnetic fields is proposed, which is a measurement of magnetic fields with high accuracy and yet robust means.

11

Kerncore

22

Erregerwicklungexcitation winding

3, 3'3, 3 '

Abnehmerwicklungpickup winding

44

Dauermagnetpermanent magnet

55

externes Magnetfeldexternal magnetic field

66

betroffener Bereichaffected Area

77

ErsatzdipolErsatzdipol

88th

magnetischer Flussmagnetic River

99

umgelenkter Flussdiverted River

1010

Ausnehmungrecess

1212

Magnetmagnet

1313

Messvorrichtungmeasuring device

1414

KunststoffscheibePlastic disc

1515

Schaumstoffscheibefoam disc

1616

Körperbody

U₁ U ₁

Erregerspannungexcitation voltage

U₂ U ₂

Induktionsspannunginduction voltage

Claims (15)

Verfahren zum Ausmessen von Magnetfeldern mittels einer Messvorrichtung (13), welche ein mit einem magnetischen Fluss beaufschlagten magnetischen Kerns (1), eine Abnehmerwicklung (3, 3') zur Erzeugung einer Induktionsspannung (U₂), sowie Mittel zur Feststellung eines Spannungsabfalls (U₂) entlang der Abnehmerwicklung (3, 3') umfasst, wobei die Abnehmerwicklung (3, 3') dem Kern (1) derart zugeordnet wird, dass die Induktivität der Abnehmerwicklung (3, 3') von dem magnetischen Widerstand des Kerns (1) abhängig ist, wobei die Messvorrichtung (13) in ein externes Magnetfeld (5) eingebracht wird und anhand eines von dem externen Magnetfeld resultierenden Spannungsabfalls (U₂) auf Eigenschaften des externen Magnetfelds (5) zurückgeschlossen wird.Method for measuring magnetic fields by means of a measuring device ( 13 ), which has a magnetic flux applied to a magnetic core ( 1 ), a customer development ( 3 . 3 ' ) for generating an induction voltage (U ₂ ), and means for detecting a voltage drop (U ₂ ) along the pickup winding ( 3 . 3 ' ), wherein the customer winding ( 3 . 3 ' ) the core ( 1 ) is assigned such that the inductance of the pickup winding ( 3 . 3 ' ) of the magnetic resistance of the core ( 1 ), the measuring device ( 13 ) into an external magnetic field ( 5 ) and on the basis of a characteristic of the external magnetic field resulting from the external magnetic field voltage drop (U ₂ ) ( 5 ) is closed. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der magnetische Fluss mittels einer auf den Kern (1) aufgewickelten Erregerwicklung (2) erzeugt wird.Method according to claim 1, characterized in that the magnetic flux is applied to the core ( 1 ) wound field winding ( 2 ) is produced. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnehmerwicklung (3) auf dem Kern (1) aufgewickelt wird.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the pickup winding ( 3 ) on the core ( 1 ) is wound up. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abnehmerwicklung (3') dem Kern (1) derart zugeordnet wird, dass ihre Wicklungsachse zumindest weitgehend senkrecht zur Hauptrichtung des magnetischen Flusses im Kern (1) verläuft.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the pickup winding ( 3 ' ) the core ( 1 ) is assigned such that its winding axis at least substantially perpendicular to the main direction of the magnetic flux in the core ( 1 ) runs. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Kern eine, zumindest weitgehend, ringförmige Ausnehmung (10) derart einbeschrieben wird, dass sie einen Ringkern aufweist, auf welchen die Abnehmerwicklung (3') aufgewickelt wird.A method according to claim 4, characterized in that the core has an, at least substantially, annular recess ( 10 ) is inscribed such that it has a toroidal core on which the pickup winding ( 3 ' ) is wound up. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messvorrichtung (13) mehrere Abnehmerwicklungen (3, 3') gemäß Anspruch 3, 4 und/oder 5 aufweist.Method according to one of claims 1 or 2, characterized in that the measuring device ( 13 ) several consumer windings ( 3 . 3 ' ) according to claim 3, 4 and / or 5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) ringförmig ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the core ( 1 ) is annular. Verfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern zumindest einen Luftspalt aufweist.Method according to claim 7, characterized in that the core at least one air gap having. Verfahren gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftspalt mit einem Dielektrikum gefüllt ist.Method according to claim 8, characterized in that the air gap with a dielectric filled is. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (1) aus ferromagnetischem Material hergestellt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the core ( 1 ) is made of ferromagnetic material. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abnehmerwicklung (3, 3') eine Kapazität derart zugeordnet ist, dass Abnehmerwicklung (3, 3') und Kapazität einen LC-Schwingkreis bilden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the pickup winding ( 3 . 3 ' ) is assigned a capacity such that customer winding ( 3 . 3 ' ) and capacitance form an LC resonant circuit. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche zur energieautarken Informationsübertragung in einem Kraftfahrzeug.Use of the method according to one of the preceding claims for energy self-sufficient information transfer in a motor vehicle. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Pulsmessung.Use of the method according to one of claims 1 to 11 for pulse measurement. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Schwellwertbestimmung, Positionsbestimmung oder Bestimmung einer Richtungsänderung eines Magnetfelds.Use of the method according to one of claims 1 to 11 for threshold determination, position determination or determination a change of direction a magnetic field. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 zur Messung elektrischer Ströme.Use of the method according to one of claims 1 to 11 for measuring electrical currents.