DE10224582A1 - Vorrichtung zur Messung von magnetischen Flussdichten - Google Patents
Vorrichtung zur Messung von magnetischen FlussdichtenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von magnetischen Flussdichten mit einer aktien Messeinrichtung (1) zum Messen von magnetischen Flussdichten in einem ersten Frequenzbereich sowie einer passiven Messeinrichtung (9, 10, 11) zum Messen von magnetischen Flussdichten in einem zweiten Frequenzbereich und mit einer Abschirmeinrichtung (2) zum Abschirmen von der aktiven Messeinrichtung (1) verursachten Störstrahlung in dem zweiten Frequenzbereich.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Messung von magnetischen Flussdichten.
- Auf dem Gebiet der Messtechnik zur Ausmessung der Feldverteilung von Magnetfeldern kommt Magnetfeldsonden vor allem bei der aktiven Magnetfeldkompensation eine zunehmende Bedeutung zu. Einsatzgebiete der aktiven Magnetfeldkompensation und damit benötigter Feldmesssonden sind zum Beispiel die Elektronenmikroskopie, Kernspinntomographie und Maskenschreiber in der Halbleiterherstellung. Derartige Geräte weisen eine hohe H-Feld Empfindlichkeit auf, da z. B. bei einem Elektronenmikroskop oder einem Maskenschreiber ein Elektronenstrahl, also bewegte elektrische Ladungen, präzise gesteuert werden sollen. Aufgrund der Lorenzkraft auf bewegte elektrische Ladungen, welche in einem Magnetfeld die bewegten elektrischen Ladungen ablenkt, ist es erforderlich, ein von außen auf die Elektronenstrahl - erzeugende Anordnung wirkendes parasitäres Magnetfeld zu kompensieren, um eine vorbestimmte präzise Führung des Elektronstrahls gewährleisten zu können.
- Eine herkömmliche Magnetfelddetektionseinrichtung ist eine sogenannte Fluxgate-Sonde. Eine Fluxgate-Sonde besteht aus einer Erregerspule, in welche ein Ferritkern eingesetzt ist. Auf dem Ferritkern sitzt benachbart zur Erregerspule eine Sensorspule zur Messung einer Induktionsspannung. Durch die Erregerspule wird ein Erregerfeld konstanter Frequenz mit beispielsweise 15 kHz erzeugt. Durch dieses Erregerfeld wird der Ferritkern in Sättigung gebracht, und in der Sensorspule, welche sich ebenfalls auf dem Ferritkern befindet, wird eine Spannung induziert. Tritt nun ein zusätzliches Magnetfeld auf, welches den Ferritkern durchsetzt, so wird das Erregerfeld verstärkt oder abgeschwächt, so dass sich die induzierte Spannung in der Sensorspule verändert. Die Änderung der induzierten Spannung dient als Maß für die magnetische Flussdichte des äußeren Magnetfeldes.
- In einer Magnetfeldkompensationseinrichtung wird nun durch eine äußere Spule in Abhängigkeit von der detektierten magnetischen Flussdichte von außen ein Gegenfeld zur Kompensation des ungewollten äußeren Magnetfeldeinflusses erzeugt. Fluxgate- Sonden sind für die Messung von Magnetfeldern niedriger Frequenz bzw. statischer Magnetfelder im Bereich von 0 bis maximal 3 kHz geeignet, weisen also eine verhältnismäßig geringe Bandbreite zur Messung magnetischer Flussdichten auf. Ein wesentlicher Nachteil einer Fluxgate-Sonde besteht vor allem darin, dass sie aufgrund des eigenen Erregerfeldes im Bereich zwischen 15 kHz bis 18 kHz eine Störabstrahlung erzeugt. Eine solche aktive Messeinrichtung kann somit nur begrenzten Anforderungen, was die Bandbreite betrifft, nachkommen.
- Eine einfache, passive Spule bietet eine Möglichkeit zur Messung sie durchdringender magnetischer Wechselfelder. Ein die Spule durchdringendes magnetisches Wechselfeld, d. h. eine sich in der Spulenebene ändernde magnetische Flussdichte, induziert in der Spule eine Spannung, welche proportional zur Änderung der magnetischen Flussdichte ist. Auch aus dieser induzierten Spannung ist ein Signal für eine Magnetfeldkompensationseinrichtung ableitbar. Der wesentliche Nachteil einer Spule bzw. Spulenanordnung liegt vor allem darin begründet, dass sie statische Magnetfelder nicht detektieren kann, was direkt aus dem Induktionsgesetz folgt und niederfrequente Magnetfelder nur unzureichend identifizieren kann, weshalb eine Bandbreiteneinschränkung am unteren Frequenzbereich vorliegt. Aus diesem Grund wurden bisher die Sonden, nämlich die Fluxgate-Sonde und die einfache, passive Spule voneinander getrennt eingesetzt, was zwei Zentren zur Folge hat.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Messung von magnetischen Flussdichten zu schaffen, welche eine große Bandbreite bei kompakten Abmessungen vorsieht.
- Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
- Die vorliegende Erfindung besteht im wesentlichen darin, zwei Messeinrichtungen in kompakter Weise miteinander zu kombinieren, wobei eine der Messeinrichtungen mit einer Abschirmeinrichtung versehen ist und diese Vorrichtung die Form einer einzigen Sonde mit einem Zentrum aufweist.
- Bei der vorliegenden Erfindung ist zur Messung von magnetischen Flussdichten eine aktive Messeinrichtung zur Messung von magnetischen Flussdichten in einem ersten Frequenzbereich, eine passive Messeinrichtung zum Messen von magnetischen Flussdichten in einem zweiten Frequenzbereich und eine Abschirmeinrichtung über der aktiven Messeinrichtung zum Abschirmen der von der aktiven Messeinrichtung verursachten Abstrahlung in dem zweiten Frequenzbereich vorgesehen.
- In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der Erfindung.
- Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Es zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Details der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
- Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- Die Vorrichtung nach Fig. 1 weist eine Messeinrichtung 1, z. B. eine Fluxgate-Sonde auf, welche mit einer Abschirmeinrichtung 2 versehen ist. Die Abschirmeinrichtung 2 besteht vorzugsweise aus einem hohlzylindrischen Hohlkörper 2 bzw. einer Haube 2aus einem elektrisch leitfähigen, nicht ferromagnetischen Material, wie beispielsweise Aluminium, Kupfer oder Gold. Die Abschirmeinrichtung 2 ist von ihrer Wandstärke her so dimensioniert, dass sie niederfrequente Magnetfelder kaum dämpft, jedoch in dem Bereich, in welchem die Fluxgate-Sonde 1 Störstrahlung abstrahlt (15 kHz bis 18 kHz), die von der Erregerspule der Fluxgate-Sonde 2 herrührende Störstrahlung in Form magnetischer Wechselfelder abschirmt.
- Die aktive Messeinrichtung 1 ist über einen Kabelauslass 3 bzw. einen Stecker 3 mit einer Zuleitung 4 verbunden, welche an eine Schaltungsplatine 5 angeschlossen ist. Die Schaltungsplatine 5 dient der Signalverarbeitung.
- Über Zuleitungen 6, 7 und 8 sind drei jeweils senkrecht zueinander stehende Spulen 9, 10 und 11 mit der Schaltungsplatine 5 verbunden. Die Spulenebenen der drei Spulen 9, 10 und 11 definieren drei Seiten eines Würfels. Die Spulenkörper, auf welche die Spulen 9, 10 und 11 aufgewickelt sind, bestehen aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, wie beispielsweise Kunststoff, um durch sie hindurchtretende Magnetfelder möglichst geringfügig zu dämpfen. In Abhängigkeit von Flussdichteänderungen, welche in den von den Spulen umfassten Flächen auftritt, wird in den Spulen dem Induktionsgesetz folgend eine Spannung induziert, welche über die Zuleitungen 6, 7 und 8 an die Schaltungsplatine 5 gegeben werden. Die drei jeweils senkrecht zueinander stehenden Spulen 9, 10 und 11 bilden eine passive Messeinrichtung.
- Mit einer Trägerplatte 12, welche aus einem elektrisch nicht leitfähigem Material wie Kunststoff hergestellt ist, wird die zylinderförmige, mit der Abschirmeinrichtung 2 versehene Messeinrichtung 1, vorzugsweise einer Fluxgate-Sonde, so mit Bezug auf die drei jeweils senkrecht zueinanderstehende Spulen 9, 10 und 11 ausgerichtet, dass der Kopfabschnitt 2a der Abschirmeinrichtung 2 bzw. der Messeinrichtung 1 im Zentrum des durch die drei Spulen 9, 10 und 11 definierten Würfels liegt.
- An der Trägerplatte 12 sind die Spule 9 und die Spule 11 befestigt. Die dritte Spule 10 ist über Trägerelemente 13 mit der Trägerplatte 12 verbunden, welche vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt sind. Weiterhin ist an der Trägerplatte 12 eine Steckerbuchse 14 als Schnittstelle zum Zuführen bzw. Abführen von Signalen zu bzw. von der Platine 5 vorgesehen. Alle Befestigungsmittel wie Schrauben, Nieten oder ähnliche zur Anbindung der Spulen 9, 10 und 11 an die Trägerplatte 12, z. B. auch die zur Befestigung der Spule 10 an den Trägerelementen 13, sind aus nicht leitfähigem Material wie z. B. Kunststoff ausgeführt.
- Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform hat die Trägerplatte 12 vorzugsweise eine solche Außenabmessung, dass sie vorzugsweise als viereckige Platte Kantenlängen besitzt, die etwa gleich oder geringfügig größer als der Durchmesser der Spulen 9, 10, 11 gewählt sind. Mittig in der Trägerplatte 12 befindet sich eine kreisförmige Öffnung 12a, durch welche die Messeinrichtung 1 so durchgeführt ist, dass der Kopfabschnitt 2a weitgehend vertikal zur Trägerplatte 12 ausgerichtet ist. Durch den Mittelpunkt der Spulen 9, 10, 11 gehende und senkrecht zu den Spulen 9, 10, 11 stehende Achsen schneiden sich an einem Punkt, der das Zentrum sowohl der Spulen 9, 10, 11 als auch der Messeinrichtung 1 definiert.
- Wie sich dies noch aus folgender Beschreibung ergibt, verläuft die Abschirmung 2 der Messeinrichtung 1 oberhalb der in Fig. 1 gezeigten Trägerplatte 12, d. h. in dem durch die Spule 9, 10, 11 definierten Raum sowie unterhalb der Trägerplatte 12, wobei die aktiven Elemente, die in Fig. 2 mit 15 bezeichnet sind, im Bereich der vorgenannten Spulenachsen liegen.
- Darüber hinaus weist die Vorrichtung gemäß Fig. 1 z. B. auf der Platine 5 eine Filtereinrichtung auf, in welcher ein Tiefpassfilter für das Signal vorgesehen ist, welches durch die drei Spulen 9, 10, 11 bei einem auftretenden magnetischen Wechselfeld abgegeben wird, sowie ein Tiefpassfilter für das von der Messeinrichtung 1 in Form der Fluxgate-Sonde ausgegebene Signal. Die Eckfrequenz der Tiefpässe liegt z. B. bei 100 Hz.
- Fig. 2 zeigt schematisch Details der Vorrichtung gemäß Fig. 1 zur Erläuterung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
- In Fig. 2 ist als Messeinrichtung 1 eine Fluxgate-Sonde dargestellt, welche die Abschirmvorrichtung 2 über den aktiven, d. h. abstrahlenden, Elementen 15 der Fluxgate-Sonde angeordnet aufweist. Die Abschirmeinrichtung 2 ist ein zylinderförmiger Hohlkörper aus Aluminium, welcher über den aktiven Elementen 15 der Fluxgate-Sonde 1 eine geringe Materialstärke aufweisen kann als im Bereich einer Steuerungs- bzw. Auswerteelektronik 16. Über einen Stecker 3 werden die von der Fluxgate-Sonde detektierten Signale zur Zuleitung 4 geführt.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise eine kompakte Anordnung einer Magnetfeldsonde mit großer Bandbreite ohne dass sich die beiden dazu eingesetzten Messeinrichtungen gegenseitig negativ beeinflussen. Durch die erfindungsgemäße Messsonde wird ein Frequenzbereich von 0 Hz bis ca. 100 kHz in einer kompakten Einheit bereitgestellt.
- Die Abschirmung des von der Erregerspule der Fluxgate-Sonde abgestrahlten Magnetfeldes basiert auf der Wirbelstrombildung in dem leitfähigen Material, welche frequenzabhängig ist, wobei die abschirmende Wirkung mit steigender Frequenz zunimmt. Deshalb dämpft die Abschirmeinrichtung 2 ein äußeres Magnetfeld kaum im Arbeitsbereich der Fluxgate-Sonde, da diese lediglich bei niedrigen Frequenzen arbeitet. Die Induktionsspulen werden kaum von der metallischen Abschirmeinrichtung 2 beeinflusst, da die metallische Abschirmeinrichtung klein im Verhältnis zu den Induktionsspulen gewählt ist.
- Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar.
- Die Erfindung ist nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten, wie z. B. die aktive Magnetfeldkompensation bei Maskenschreibern bzw. Elektronstrahlmikroskopen beschränkt. Bezugszeichenliste 1 aktive Messeinrichtung, z. B. Fluxgate-Sonde
2 Abschirmeinrichtung; Hohlkörper bzw. Haube z. B. aus Alu
3 Kabelauslass bzw. Stecker
4 Zuleitung zwischen Fluxgate-Sonde und Platine
5 Schaltungsplatine
6 Zuleitung zwischen Spule und Platine
7 Zuleitung zwischen Spule und Platine
8 Zuleitung zwischen Spule und Platine
9 Spule
10 Spule
11 Spule
12 Trägerplatte aus nicht leitfähigem Material wie Kunststoff
13 Trägerelemente z. B. aus Kunststoff
14 Steckerbuchse für Ab-/Zuleitung von Signalen der Platine
15 Aktive, d. h. abstrahlende Elemente im Kopf der Fluxgate- Sonde
16 Steuerungs- bzw. Signalverarbeitungselektronik der Fluxgate-Sonde
Claims (14)
1. Vorrichtung zur Messung von magnetischen Flussdichten mit:
einer aktiven Messeinrichtung (1) zum Messen von magnetischen Flussdichten in einem ersten Frequenzbereich;
einer passiven Messeinrichtung (9, 10, 11) zum Messen von magnetischen Flussdichten in einem zweiten Frequenzbereich; und mit
einer Abschirmeinrichtung (2) zum Abschirmen von von der aktiven Messeinrichtung (1) verursachten Störstrahlung in dem zweiten Frequenzbereich.
einer aktiven Messeinrichtung (1) zum Messen von magnetischen Flussdichten in einem ersten Frequenzbereich;
einer passiven Messeinrichtung (9, 10, 11) zum Messen von magnetischen Flussdichten in einem zweiten Frequenzbereich; und mit
einer Abschirmeinrichtung (2) zum Abschirmen von von der aktiven Messeinrichtung (1) verursachten Störstrahlung in dem zweiten Frequenzbereich.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aktive Messeinrichtung (1) durch eine Fluxgate-
Sonde gebildet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die passive Messeinrichtung (9, 10, 11) drei jeweils
senkrecht zueinander angeordnete Spulen (9, 10, 11)
aufweist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die drei jeweils senkrecht zueinander angeordneten
Spulen (9, 10, 11) drei Seitenflächen eines Würfels
definieren.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die aktive Messeinrichtung (1) im wesentlichen in
etwa in der Mitte des durch die Ebenen der Spulen (9, 10,
11) definierten Würfels angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Schaltungsplatine (5) zur Signalverarbeitung
vorgesehen ist, welche über Anschlussleitungen (4, 6, 7,
8) mit der aktiven und passiven Messeinrichtung (1; 9, 10,
11) verbunden ist.
7. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung eine nicht leitfähige Trägerplatte
(12) für die aktive und passive Messeinrichtung (1; 9, 10,
11) aufweist, an welcher die aktive Messeinrichtung (1)
und die passive Messeinrichtung (9, 10, 11) unmittelbar
oder über nicht leitfähige Trägereinrichtungen (13)
befestigt sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschirmeinrichtung (2) ein Hohlkörper aus einem
nicht ferromagnetischen Material ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschirmeinrichtung (2) aus Aluminium besteht.
10. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Frequenzbereich der aktiven Messeinrichtung
(1) durch eine Filtereinrichtung von dem zweiten
Frequenzbereich der passiven Messeinrichtung (9, 10, 11) getrennt
ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass der erste Frequenzbereich nach oben durch einen
Tiefpass, insbesondere bei etwa 100 Hz, und der zweite
Frequenzbereich nach unten durch einen Hochpass, insbesondere
ebenfalls bei 100 Hz, begrenzt wird.
12. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Abschirmeinrichtung (2) zum Abschirmen von
Magnetfeldern im Frequenzbereich von 10 kHz bis 20 kHz
vorgesehen ist.
13. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Vorrichtung mit einer Steckerbuchse (14) als
Schnittstelle zum Zu-/Abführen von Signalen versehen ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Abschirmeinrichtung (2) ein zylindrischer
Hohlkörper vorgesehen ist, der die aktiven Elemente (15) der
aktiven Messeinrichtung (1) umgibt.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002124582 DE10224582B4 (de) | 2002-06-03 | 2002-06-03 | Vorrichtung zur Messung von magnetischen Flussdichten |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2002124582 DE10224582B4 (de) | 2002-06-03 | 2002-06-03 | Vorrichtung zur Messung von magnetischen Flussdichten |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10224582A1 true DE10224582A1 (de) | 2003-12-18 |
DE10224582B4 DE10224582B4 (de) | 2005-04-07 |
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ID=29557492
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2002124582 Expired - Lifetime DE10224582B4 (de) | 2002-06-03 | 2002-06-03 | Vorrichtung zur Messung von magnetischen Flussdichten |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE10224582B4 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005088327A2 (en) * | 2004-03-12 | 2005-09-22 | Bartington Instruments Limited | Fluxgate and fluxgate magnetometers |
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DE3608572C2 (de) * | 1986-03-14 | 1989-04-27 | Fried. Krupp Gmbh, 4300 Essen, De | |
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-
2002
- 2002-06-03 DE DE2002124582 patent/DE10224582B4/de not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE10224582B4 (de) | 2005-04-07 |
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