DE1623577C2

DE1623577C2 - Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung

Info

Publication number: DE1623577C2
Application number: DE19671623577
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl-Ing Trenkler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1967-03-25
Filing date: 1967-03-25
Publication date: 1972-08-03
Also published as: DE1623577B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Magnetometer zur Mes- Zu a): sung magnetischer Felder und Feldgradienten mittels Sonden mit magnetisierbarem Kern, dessen Magnetisierungsschleife durch ein Hilfswechselfeld bis zur Sättigung (nachfolgend kurz Sättigungsaussteuerung des Kerns genannt) ausgesteuert wird.

Derartige Magnetometer haben besondere Bedeutung bei der Messung von planetaren und interplanetaren magnetischen Feldern, der Restfelder und Koerzitivkräfte ferromagnetischer Teile, von Werkstoff-Permeabilitäten, der Abschirmwirkung von magnetischen Feldschirmen, der Feldverteilung von Spulenanordnungen sowie zum Auffinden von ferromagnetischen Körpern in nichtmagnetisierbaren Substanzen.

Bekanntlich kann die Größe eines magnetischen Feldes H_n, dadurch ermittelt werden, daß die Magne-. tisierungsschleife eines magnetisierbaren Kerns durch ein Hilfswechselfeld H_n — erzeugt durch einen Hilfswechselstrom I₁₁ — bis über die Sättigung hinaus ausgesteuert wird und die durch das Feld H_1n im Kern bewirkte Änderung der Induktion B_k ausgewertet wird. Bild 1 veranschaulicht diesen Vorgang für den Fall eines Gleichfeldes H_n, als zu messendes Feld und eines sinusförmigen Hilfswechselfeldes H_H. Kurve 1 stellt dabei die mittlere Magnetisierungsschleife eines hochpermeablen Kerns dar. Kurve 2 ist das sinusförmige Hilfswechselfeld H_n, Kurve 3 die Addition des sinusförmigen Hilfswechselfeldes H₁₁ mit dem Gleichfeld H_1n. Kurven 4 und 5 erhält man durch Spiegelung der Kurven 2 und 3 an Kurve 1. Sie stellen den zeitlichen Verlauf der Induktion B_k im Kern für H_n, = 0 (Kurve 4) bzw. H_n, φ 0 (Kurve 5) dar. Durch Differenziation von Kurve 4 und 5 erhält man Kurve 6 (H_n, = 0) und Kurve 7 (H_n, φ 0).

Üblicherweise wird eine Sonde (Bild 2) aus einem dünnen langen Streifen aus hochpermeablem Material aufgebaut, über dem sich in Form konzentrischer Zylinderspulen die Hilfs- und die Meßwicklung befinden. In der Meßwicklung wird eine dem Differentialquotienten der Induktion B_k proportionale Spannung U_n, erzeugt. Diese wird bei den bisher bekanntgewordenen Magnetometern auf unterschiedliche Weise verarbeitet, mit dem Ziel, eine dem zu messenden Feld H_m proportionale Ausgangsgröße zu erhalten. — Das sogenannte Grundwellenverfahren bleibt hier unberücksichtigt, da der magnetisierbare Kern nicht bis in die Sättigung ausgesteuert wird (s. W. A. Geyger: nonlinear Magnetic Control Devices, New York, Toronto, London, 1964; R. Kühne: Magnetfeldmessungen mit dem Eisenkernmagnetometer nach dem Oberwellenverfahren, ATM V 392; USA.-Patente 2390051 und 2252059). Die bisher bekannten Magnetometer mit Sättigungsaussteuerung des Kerns ermitteln die zu messende Feldstärke H_m aus der Sondenspannung U_n, entweder durch Messung a) der Gesamtspannung, b) des Spitzenwertes oder c) der zweiten Harmonischen. Die Meßspannung U_m kann dabei von konstruktiv sehr verschieden ausgebildeten Sondentypen wie Einzel- oder Mehrfachsonden, Brückensonden, Ringkernsonden oder Spaltsonden geliefert werden.

Zur Messung des Feldstärkegradienten werden mindestens zwei Einzelsonden bzw. Brücken- oder Ringkernsonden elektrisch so geschaltet, daß der Gleichanteil der von beiden Sonden gemessenen Feldstärke sich aufhebt und nur die Differenzfeldstärke zur Anzeige gelangt.

Ein Magnetometer, daß die Gesamtspannung einer Sonde verwendet, ist bisher nur von LM. Kelly angegeben worden (s. I. M. Kelly: Magnetic Field Measurement with PeakingStrips, Rev. of Sei. Instr., 22 [1951], H. 4, S. 256). Hierzu wird die von einer einzelnen Sonde gelieferte Meßspannung als Vertikalablenkung mit dem Hilfswechselstrom der Sonde als Horizontalablenkung auf einem Elektronenstrahloszillographen sichtbar gemacht und das entstehende Schirmbild zur Messung benutzt. Dieses verschiebt sich bei Einwirkung der unbekannten Feldstärke in horizontaler Richtung. Aus der Größe der Verschiebung kann man die Größe der Feldstärke ermitteln.

Bei diesen Magnetometern, die zuerst von Vacquier (USA.-Patent 2 406 870) angegeben wurden, ist in jedem Fall eine Doppelsonde, Ringkernsonde oder Brückensonde notwendig. Eine derartige Doppelsonde besteht aus zwei parallel nebeneinanderliegenden Einzelsonden, deren Hilfs- und Meßwicklungen derart elektrisch geschaltet sind, daß die Kerne zu gleichen Zeiten entgegengesetzt magnetisiert sind und die von beiden Sonden gemeinsam ,gelieferte Meßspannung frei von ungeradzahligen Hermonischen wird. Die Meßspannung enthält dann eine Folge von Impulsen, deren Höhe ein Maß für die Feldstärke ist. Über eine Spitzenwertgleichrichtung können dann die Impulshöhen direkt zur Anzeige gebracht werden.
Es sind nun verschiedene Varianten in der Ausführung der Sonden möglich. Ausführungen mit Brückensonden geben Tolles, Vaquier und Wykoff an (s. W. E. Tolles: Applications of the saturable core magnetometer, Proc. of National Electron. Conf., Ill [1947], H 3, S. 504 bis 513; V. Vacquier, R. F. Simons, W. A. Hull: A Magnetic Airborne Detector..., Rev. of Sei. Instr., 18 [1947], H. 7, S. 483 bis 487; R. D. Wykoff: The Gulf Airborne Magnetometer, Geophysics, 13 [1948], S. 182), G. MuffIy verwendet eine Doppelsonde, bei der die Meß wicklung beiden Einzelsonden gemeinsam ist (G. MuffIy: The Airborne Magnetometer, Geophysics, 12 [1946], H. 11, S. 321 bis 334). O. Schmidt gibt eine Variante des Verfahrens an, bei der eine Doppelsonde ausgangsseitig verstimmt wird (USA.-Patent 2 560132).

Zuc):

Am bekanntesten und am weitesten verbreitet sind die Magnetometer, die die zweite Harmonische in der Meßspannung U_n, als Nachweis des zu messenden Feldes H_n, benutzen.
Bei den Magnetometern mit Einzelsonde wird die Meßspannung auf eine Verstärkeranordnung gegeben, die eine auf die zweite Harmonische abgestimmte Filteranordnung enthält. Man erreicht dadurch, daß nur die zweite Harmonische genügend kräftig zur Anzeige gelangt. Durch eine nachgeschaltete gesteuerte Gleichrichtung, die über einen Frequenzverdoppler von der

3 4

Hilfswechselspannung gespeist wird, erhält man Methoden zur Anordnung der Sonden bei der

eine Anzeige des unbekannten Feldes//,,, nach Messung des Feldgradienten wird von Moris

Betrag und Richtung. Eine derartige Anord- und Pedersen ein Überblick gegeben (R. M.

nung beschreiben Rose und Bloom (P. C. Moris, B. Q. Pedersen: Design of a second

Rose, I. N. Bloom: A saturated Core Record- 5 Harmonic ... Rev. of. Sei. Instr. 32 [1961]

ing magnetometer, Canad. J. Res. A 28 [1950], H. 4, S. 444 bis 448).
S. 153 bis 163).

Größere Anwendung hat die Doppel- oder Dif- Den bisher von den verschiedensten Autoren ange-

ferenzsonde gefunden, bei der zwei räumlich gebenen Verfahren zur Messung der magnetischen

parallel neben- oder hintereinanderliegende Ein- io Feldstärke mit Hilfe eines Magnetometers mit Sätti-

zelsonden so geschaltet sind, daß die beiden gungsaussteuerung des Kerns haftet gemeinsam als

Einzelsonden zu gleichen Zeiten entgegengesetzt grundsätzlicher Nachteil an, daß eine digitale An-

magnetisiert sind und die von beiden Sonden ge- zeige der gemessenen Feldstärke direkt nicht möglich

meinsam gelieferte Meßspannung frei von un- ist, sondern nur durch Zwischenschaltung eines Ana-

geradzahligen Harmonischen ist. Aus der ge- 15 log-Digitalwaridlers. Dies bedingt aber nicht nur

meinsamen Meßspannung wird anschließend einen apparativen Mehraufwand, sondern auch eine

durch ein auf die doppelte Hilfsfrequenz abge- verminderte Meßgenauigkeit.

stimmtes Filter die zweite Harmonische heraus- Ein weiterer, allen bisher aufgeführten Magnetogesiebt. Die Amplitude derzweiten Harmonischen meiern anhaftender Nachteil ist, daß wegen der für ist der zu messenden Feldstärke proportional. 20 die Gewinnung des Meßwerts erforderlichen Mittel-Um neben dem Betrag der Feldstärke auch die wertbildung die Grenzfrequenz der Meßanordnung Richtung zu erhalten, ist'noch eine gesteuerte stark herabgesetzt wird. Einer Abhilfe durch Her-Gleichrichtung notwendig, deren Steuerspan- aufsetzen der Frequenz der Hilfswechselspannung nung 'durch ■ Frequenzverdopplung der Hilfs- sind durch das starke Anwachsen der Wirbelstromwechselspannung erzeugt wird. 25 Verluste Grenzen gesetzt. Die Grenzfrequenz wird be-Bei diesen Magnetometern können die verschie- sonders niedrig bei den unter b) aufgeführten Verdensten Sondentypen zum Einsatz gelangen. So fahren, da hier eine Spitzengleichrichtung verwendet beschreiben Meek und Hector eine Anord- wird. Bei.den unter c) aufgeführten Verfahren liegt nung, die eine Doppelsonde mit gemeinsamer wegen der Verwendung von Filtern die Grenzfre-Meßwicklung verwendet (H. J. Meek, F. S. 30 quenz wesentlich niedriger als die der Frequenz der Hector: A recording magnetic variometer, Hilfswechselspannung.

Canad. Journ. of Physics, 33 [1955], S. 364 bis . Insbesondere bereitet eine schnelle digitale Re-368), desgleichen Serson (P. H. Serson: An gistrierung der Ausgangsgrößen wegen des hohen electrical recording magnetometer, Canad. Journ. technischen Aufwandes für schnelle Änalog-Digitalof Physics, 3 [1957], S. 1387 bis 1394). Förster 35 wandler erhebliche Schwierigkeiten,
verwendet hauptsächlich den oben beschriebe- Ein weiterer Nachteil der unter c) aufgeführten nen Sondentyp (F. Förster: Ein Verfahren Magnetometer ist der unverhältnismäßig große techzur Messung .. ., Zeitschrift für Metallkunde, 46 nische Aufwand, da neben einem Trägerfrequenzver-[1955], H. 5, S. 358 bis 370). Meßanordnungen stärker und einer gesteuerten Gleichrichtung noch ein mit Ringkernsonden werden von Aschen- 40 Frequenzverdoppler benötigt wird,
brenner und Goubau sowie von Lawrence Das unter a) aufgeführte Magnetometer ist außerangegeben (H. Aschenbrenner, G. Go u bau : dem unempfindlich und, falls man nicht mit FeId-Eine Anordnung zur Registrierung . . ., Hoch- kompensation arbeitet, sehr fehlerhaft,
frequenztechnik und Elektroakustik, 47 [1936], Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch H. 6; L. G. Lawrence: Elektronik für die 45 direkte Zeitverschlüsselung aus der Sondenspannung Geophysik, Elektronik, 1964, H. 11, S. 323). U_n, die zu messende magnetische Feldstärke H_n, bzw. Eine Meßanordnung mit Spaltsonde, die zum den Feldgradienten als Digitalwert zu gewinnen. Da-Abtasten der auf Magnetband gespeicherten durch ist auf einfachem Wege eine digitale Anzeige, Aufzeichnungen dient, ist von W i 11 a s c h e k be- Registrierung und Weiterverarbeitung sowie eine von schrieben worden (K. Willaschek: Flußemp- 50 Störungen und Nichtlinearitäten der Übertragungsfindlicher Wiedergabekopf in der Magnetspei- strecke freie Fernübertragung des Meßwertes mögchertechnik, Zeitschrift Messen, Steuern, Regeln, lieh, und der apparative Aufwand bei der Anzeige 8 [1965], H. 3). „ ' des Meßwertes läßt sich verringern.
Eine Meßanordnung nach dem Oberwellenver-^ Die Aufgabe wird bei einer Sonde mit magnetisierfahren mit Winkelsonden, bei denen das Hilfs- 55 barem Kern und zwei getrennten Wicklungen, bei der wechselfeld und das zu messende Feld senkrecht eine Wicklung mit Hilfe eines Wechselstroms I_H ein zueinander stehen, wodurch die ungeradzahligen Hilfswechselfeld//// erzeugt, das die Magnetisierungs-Harmonischen wiederum unterdrückt werden, schleife des Kerns bis in die Sättigung steuert und in beschreibt Palmer (T. M. Palmer: A small der anderen Wicklung eine Meßspannung U„, indusensitiv Magnetometer, Proc. of Γ. E. E:, II 6o ziert, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die indu-[1953], s! 545 bis 550). Eine derartige Sonden- zierte Meßspannung U_m differenziert wird und die anordnung ist auch patentiert (USÄ.-Patent durch ein gegebenes, in Richtung der Sonderiachse 2 856 581). wirkendes magnetisches Feld//_OT bewirkte zeitliche. Einen umfassenden Überblick über die ver- Verschiebung des Nulldurchganges der differenzierschiedenen Sondentypen nach dem Oberwellen- 65 ten Meßspännung durch direkte Zeitverschlüsselung verfahren gibt Greiner (J. Greiner: Feld- als ein dem magnetischen FeldeH_1n entsprechender messungen nach dem Oberwellenverfahren, Digitalwert gewonnen wird. Nachrichtentechnik, 9 [1959], H. 4). Über Um den Zeitpunkt des Nulldurchganges der diffe-

renzierten Meßspannung eindeutiger zu markieren, wird in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die differenzierte Meßspannung einem Spannungskomparator zugeführt, dessen Ausgangsspannung im Nulldurchgang der differenzierten Meßspannung sprunghaft ihre Amplitude ändert.

Damit der zeitliche Abstand zwischen zwei Spannungssprüngen entgegengesetzter Richtung bei einem derartigen Magnetometer der Feldstärke direkt proportional ist, werden in einer dritten weiteren Ausgestaltung der Erfindung zwei Anordnungen, jeweils bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Spannungskomparator, wobei die Hilfswechselfelder der beiden Sonden entgegengesetzt gerichtet sind und die Sonden mit parallelliegenden Achsen möglichst dicht beieinander angeordnet sind, an den Ausgängen der Kompäratoren. elektrisch in geeigneter Weise gegeneinandergeschaltet.

Damit der zeitliche Abstand zwischen zwei Spannungssprüngen entgegengesetzter Richtung bei einem derartigen Magnetometer dem magnetischen Feldstärkegradienten direkt proportional ist, werden in einer vierten weiteren Ausbildung der Erfindung zwei Anordnungen, jeweils bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Spannungskomparator, wobei die Hilfswechselfelder der beiden Sonden gleichgerichtet sind und die Sonden bei parallelliegenden Achsen in einem ■ bestimmten Abstand zueinander angeordnet sind, an den Ausgängen der Kompäratoren in geeigneter Weise gegeneinandergeschaltet.

Um die Empfindlichkeit einer Einzelsonde unter Erhaltung der Stabilität des Nullpunkts zu steigern, wird in einer fünften weiteren Ausbildung der Erfindung der Querschnitt des magnetisierbaren Sondenkerns nach Sondenmitte hin laufend derart vermindert und jeweils die Hälfte der Hilfsfeldwicklungen an den Enden der Sonde derart konzentriert, daß die Magnetisierung des Sondenkerns homogen ist.

Damit neben der digitalen Anzeige und Registrierung der magnetischen Feldstärke auch eine Anzeige oder Registrierung mittels eines der arithmetischen Mittelwert einer Spannung messenden analogen Meßoder Registriergerätes möglich ist, wird in einer sechsten weiteren Ausbildung der Erfindung die differenzierte Meßspannung einer Einzelsonde einem Spannungskomparator zugeführt, der im Nulldurchgang der differenzierten Spannung bei konstanter Ausgangsspannungsamplitude die Polarität der Ausgangsspannung sprunghaft ändert und diese Spannung mittels eines analogen Meß- oder Registriergeräts gemessen.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben.

Bild 3 zeigt den Aufbau eines Magnetometers mit Einzelsonde, dessen Sondenkern in der Mitte eingeschnürt ist. Die Anordnung besteht aus einem Sinus-, generator mit der Frequenz/₀ im mittleren Tonfrequenzbereich, der über einen einstellbaren Widerstand R_v die Hilfswicklung der Sonde mit dem Strom I_n speist. An der Meßwicklung der Sonde wird die darin induzierte Meßspannung U_m abgenommen und einem bandbegrenzten Differenzierglied zugeführt, das aus einer /?C-Kombination besteht. Die differenzierte Meßspannung U_D ist das Eingangssignal eines als Spannungskomparator mit sehr kleiner Hysterese geschalteten Operationsverstärkers. —- Ein Operationsverstärker ist ein Gleichspannungsverstärker mit sehr hoher Verstärkung und großer Bandbreite. —-Mit Hilfe der vom Ausgang des Operationsverstärkers zum nichtinvertierenden Eingang geführten Widerstands-Kondensatorkombination R_1n-R₁₁₂-C_n sind die Hysterese und die Flankensteilheit einstellbar. Der Ausgang des Operationsverstärkers kann zu einem digitalen Anzeige- oder Registriergerät geführt werden. Außerdem kann die Ausgangsspannung mit Hilfe eines den arithmetischen Mittelwert anzeigenden Spannungsmessers oder Registriergeräts analog ίο messen oder registriert werden.

Die Wirkungsweise der Anordnung ist folgende. Der vom Sinusgenerator gelieferte Wechselstrom I₁₁ wird in seiner Größe so eingestellt, daß der magnetisierbare Kern der Sonde sicher bis in die Sättigung ausgesteuert wird. Befindet sich die Sonde im feldfreien Raum, so liegt der Arbeitspunkt des Hilf sfeldes in der Mitte der Magnetisierungskennlinie des Kerns, und die Extrema der in der Meßwicklung induzierten Meßspannung folgen im Abstand einer halben Periode 772 aufeinander (s. dazu Bild Ib, Kurve 2). Bringt man jetzt die Sonde in ein magnetisches Feld der Größe H_m, das die Richtung der Sondenachse besitzt, so verschiebt sich die Lage des Arbeitspunkts auf der Magnetisierungskennlinie, und die Extrema der Meßspannung verschieben sich in der Weise zeitlich gegeneinander, daß der Abstand zwischen dem positiven und dem darauf folgenden negativen Extremum um 1Δ t auf (T/2 + 2 At) vergrößert wird, während der Abstand zwischen dem negativen und dem darauffolgenden positiven Extremum um 2 Δ t auf (772 — 2At) verkleinert wird (s. Bild 3 b, Kurve 1 H_m = Q und Kurve 2i/„ = O). Bei entgegengesetzter Polarität des Feldes H_n, ist der Vorgang genau umgekehrt. Durch das CR-Glied wird die Meßspannung U_n, bandbreit differenziert, wobei die Bandgrenze bei etwa dem Fünf- bis Zehnfachen der Generatorfrequenz /₀ liegt. Durch die Differentiation werden aus den Extrema Nulldurchgänge, die in ihrer zeitlichen Lage unabhängig von der Amplitude der Meßspannung U_n, sind (s. Bild 3c, Kurve 3 und 4). Der nachfolgende Spannungskomparator wechselt innerhalb eines vernachlässigbar kleinen Bereichs der differenzierten Meßspannung U₀ die Polarität der Ausgangsspannung U_A, wobei die Höhe der Amplitude konstant bleibt. Die Ausgangsspannung des Komparators ist somit eine Folge von zu Spannungsnull symmetrischen Rechteckimpulsen konstanter Folgefrequenz, deren Breite als Information die Größe des magnetischen Feldes H_n, enthält (s. Bild

3d). Die Ausgangsspannung kann nun auf bekannte Weise weiterverarbeitet werden, z. B. können im einfachsten Falle die Schwingungen eines Oszillators bekannter Frequenz, zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spannungssprüngen entgegengesetzter Polaritat ausgezählt werden. Zählt man von dem so erhaltenen Ergebnis die der halben Periodendauer T/2 entsprechende Zahl ab, so ist der verbleibende Rest ein direktes Maß für die Größe und Richtung des zu messenden Feldes H_n,. Für eine analoge Anzeige des Meßergebnisses legt man z. B. einen Drehspulspannungsmesser an die Ausgangsklemmen des Komparators. Da der Zeigerausschlag eines derartigen Instruments dem Tastverhältnis .

T/2 + 2Jt₁. T/2 ±2 Jt

direkt proportional ist, ist die Anzeige des Geräts ein Maß für die zu messende Feldstärke H_1n.

Das zweite Ausführungsbeispiel zeigt im Bild 4 eine Meßanordnung mit Doppelsonde. Die Anordnung besteht aus einem Sinusgenerator mit einer Frequenz/_n für die Erzeugung des Hilfswechselfeldes und zwei Baugruppen, bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Spannungskomparator, wie sie schon beim ersten Ausführungsbeispiel beschrieben wurden.

Die Arbeitsweise dieser Anordnung entspricht der des ersten Ausführungsbeispieles bis auf die Speisung der Sonden zur Erzeugung des Hilfsfeldes und die Gegeneinanderschaltung der Komparatorausgänge. Die Sondenspeisung erfolgt aus einem gemeinsamen Sinusgenerator (s. Bild 4 a). Vor jeder Sonde befindet sich ein einstellbarer Vorwiderstand R_Vl bzw. R_v.„ mit dem der das Hilfswechselfeld erzeugende Strom so eingestellt wird, daß die elektrischen und magnetischen Charakteristika der beiden Sonden gleich sind. Zur Messung der magnetischen Feldstärke H_n, sind die Hilfswechselfelder der beiden Sonden entgegengesetzt gerichtet und der Ausgang 11 des Spannungskomparators 1 ist mit dem Ausgang 21 des Spannungskomparators 2 verbunden. Bei Einwirkung der magnetischen Feldstärke H_n, auf die Sonden zeigt die Ausgangsspannung des !Comparators 1 den in Bild 4 b gezeigten Verlauf und die des Komparators 2 den in Bild 4 c gezeigten Verlauf. Die über den Ausgängen 12 und 22 sich einstellende Ausgangsspannung U_A ergibt sich aus der Differenz der Ausgangsspannung der Komparatoren 1 und 2. Wie Bild 4d zeigt, ergibt sich eine Folge von Rechteckimpulsen mit zu Spannungsnull symmetrischer Lage. Die Folgefrequenz ist allerdings doppelt so groß wie die Generatorfrequenz /₀. Die Breite Δ t der Rechteckimpulse ist ein direktes Maß für die Stärke des magnetischen Feldes H_m, während ihre Polarität gegen Spannungsnull die Richtung des Feldes angibt. Die Weiterverarbeitung kann in der beim Vorliegen von Zeitverschlüsselung üblichen Weise erfolgen.

Durch Anordnung der Einzelsonden in einer bestimmten Entfernung voneinander und Drehen einer Einzelsonde um den Winkel von 180° kann mit der im zweiten Beispiel beschriebenen Anordnung der Gradient der magnetischen Feldstärke gemessen werden.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der zeitliche Abstand zweier aufeinanderfolgender Nulldurchgänge einer Wechselspannung als Maß für die magnetische Feldstärke H_n, verwandt wird anstatt wie bei den bisherigen Ausführungen die Höhe der Amplitude einer Wechselspannung. Dadurch, ist unter Umgehung eines Analog-Digitalwandlers eine sehr einfache Digitälisierung des Meßwertes möglich. Nach Zwischenschaltung eines einfachen Spannungskomparators lassen sich die Meßwerte der magnetischen Feldstärke ohne Informationsverlust selbst bei starken Störungen und Nichtlinearitäten der Übertragungsstrecke über sehr weite Entfernungen übertragen. Im Gegensatz zu den bisherigen Meßanordnungen mit Äniplitudenverschlüsselurig lassen sie sich mit wenig Aufwand regenerieren und verstärken.
^ Da im Gegensatz zu den bisher bekannten Magnetonietern keine Filter oder Speicherglieder im Zuge :.· der Meßanordnung zur Gewinnung des Meßwertes benötigt werden, ist bei gleicher Frequenz des Hilfswechst'lfeldes die Meßgeschwindigkeit wesentlich höher. ·

Ein Vorteil gegenüber den Magnetometern nach

dem Oberwellenverfahren ist der wesentlich kleinere apparative Aufwand, da Filter, Frequenzverdoppler und gesteuerte Gleichrichtung nicht benötigt werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Magnetometer mit direkter Zeitverschlus.selung, bestehend aus einer Sonde mit magnetisierbarem Kern und zwei Wicklungen, von denen die eine zur Erzeugung eines Hilfsweehselfeldes dient, das die Magnetisierungsschleife des Kerns bis in die Sättigung steuert und die andere über die Induktion des Kerns die Meßspannung liefert, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Meßspannung differenziert wird und die durch ein gegebenes, in Richtung der Sondenachse wirkendes magnetisches Feld (H_m) bewirkte zeitliche Verschiebung des Nulldurchgangs der differenzierten Meßspannung durch direkte Zeitverschlüsselung als ein dem magnetischen Felde (H_m) entsprechender Digitalwert gewonnen wird.

2. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die differenzierte Meßspannung einem Spannungskomparator zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung im Nulldurchgang der differenzierten Meßspannung sprunghaft ihre Amplitude ändert.

3. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anordnungen, bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Komparator, wobei die Hilfswechselfelder der beiden Sonden, die bei parallelen Achsen möglichst dicht beieinander angeordnet sind, entgegengesetzt gerichtet sind, an den Ausgängen derart elektrisch miteinander verbunden sind, daß der zeitliche Abstand zweier Spannungssprünge entgegengesetzter Richtung ein Maß für die magnetische Feldstärke H_m ist.

4. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Anordnungen, bestehend aus Sonde, Differenzierglied und Komparator, wobei die Hilfswechselfelder der beiden Sonden, die bei parallelen Achsen in einer bestimmten Entfernung voneinander angeordnet sind, gleichgerichtet sind, an den Ausgängen derart elektrisch miteinander verbunden sind, daß der zeitliche Abstand zweier Spannungssprünge entgegengesetzter Richtung ein Maß für den Gradienten des magnetischen FeldesH_m ist. . .. '^: :■ ₇//\,;·\ V./V/^'v ,:'>■ /.'.'. .

5. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt des magnetisierbaren Kerns der Sonde zur Sondenmitte hin derart abnimmt und die aus zwei Teilentwicklungen bestehende Hilfswechselfeldwicklung an den Enden der Sonde derart angeordnet ist, daß die Magnetisierung des

Kerns durch das Hilfswechselfeld homogen ist.

6. Magnetometer mit direkter Zeitverschlüsselung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die differenzierte Meßspannung einer Sonde einem Spannungskomparator zugeführt wird, dessen Ausgangsspannung im Nulldurchgang der differenzierten Meßspannung die Polarität bei konstanter Amplitude sprunghaft ändert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen