DE1911286A1 - Magnetometer mit duennen Magnetschichten - Google Patents

Description

• Magnetometer mit dünnen Magnetschichten Die Erfindung betrifft ein Magnetometer oder eine Sondeneinrichtung für Magnetfelder, bei dem ein selbstregelnder Oszillator zur Erzeugung einer konstanten HF-Spannung und ein Paar magnetischer Dünnschicht-Wandler verwendet werden, die auf darauf einwirkende Magnetfelder ansprechen, und Schaltkreise, die ein Ausgangssignal erzeugen, dessen Amplitude und Polarität in Abhängigkeit von den einwirkenden Magnetfeldern variieren.
• Es sind Einrichtungen zur Messung kleiner magnetischer Felder bekannt, die auf der Sättigungscharakteristik von Magnetkernen beruhen. Diese bekannten Einrichtungen sind sämtlich durch umfangreiche komplexe elektrische Schaltungen gekennzeichnet und erfordern entweder eine sehr starre Steuerung der magnetischen Charakteristik des verwendeten Werkstoffes oder umständliche Kompensations- und Ausgleichseinrichtungen.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Magnetometer zu schaffen, bei dem sowohl die Kristall- als auch die Abstimmkapazitäten von Steilheitsfühlereinrichtungen eliminiert sind, das für Anwendungen geeignet ist, bei denen eine außerordentliche Robustheit und eine lange wartungsfreie Betriebszeit gefordert wird, bei dem Drifteffekte der Parameter sich gegenseitig ausgleichen und keine Kompensationen notwendig sind, bei dem keine anfängliche oder in bestimmten Zeitabständen wiederkehrende Justierung der Einrichtung notwendig sind, und bei dem eine genaue Schwingungsfrequenz insofern unerheblich ist, als sie nicht einen Faktor bei der Bestimmung des Ausgans-Signalpegels darstellt.
• Zur Lösung der Aufgabe ist ein Magnetometer gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch ein Wandlerpaar, das ferromagnetische Werkstoffe aufweist, die gegensinnige Zustände der remanenten Flußdichte entlangn einer gemeinsamen Vorzugsachse der Magnetisierung annehmen können, Vorspannmittel zum Anlegen magnetischer Vorspannungsfelder entgegengesetzter Polarität an die ferromagnetischen Werkstoffe, wodurch die Werkstoffe in vorbestimmte entgegengesetzte Zustände der gegensinnigen Zustände magnetisiert werden, und Wicklungen, die induktiv mit den Werkstoffen gekoppelt und ihnen so zugeordnet sind, daß der magnetische Fluß der Werkstoffe in einer Richtung quer zu der Vorzugsrichtung erfaßt wird, wobei die Wicklungen von einer Wechselstromquelle erregt werden, deren Amplitude so gesteuert ist, daß die Nagnetisierung der Werkstoffe gestört, ihr Zustand Jedoch nicht permanent geändert wird, und die Induktivitäten des Wandlerpaares von dem momentanen äußeren Magnetfeld abhängen, dem die Wandler des Wandlerpaares gleichzeitig ausgesetzt sind.
• In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Wandlerpaar aus magnetischen Dünnschichten, die gegensinnige Zustände der remanenten Flußdichte entlang einer-gemeinsamen leichten Achse der Magnetisierung annehmen können, und die Vorspannmittel sind in der Nähe der magnetischen Dünnschichten angeordnet, wobei die Dünnschichten im wesentlichen als einzelne Domänen der vorbesimmten Zustände existieren, die Wicklungen durch zwei Spulen dargestellt werden, die mit je einem Wandler zusammenwirken und so um die Dünnschichten herumgewickelt sind, daß die Achsen der Spulen parallel zur schweren Magnetis##ungsachse der Schichten liegen, und die Induktivitätsnute des Wandlerpaares sich in Abhängigkeit von einer magnetischen Feldkomponente, die auf beide Wandler gleichzeitig in einer zu den leichten Achsen der magnetischen Dünnschichten parallelen Richtung einwirkt, im wesentlichen invers zueinander verändern.
• Bei dem erfindungsgemäßen Magnetometer wird ein Paar dünner Mag netschicht-Wandler verwendet, die so angeordnet sind, daß sie eine gemeinsame leichte oder empfindliche Achse haben, und magnetisch in entgegengesetzten Zuständen der remanenten Flußdichte entlang dieser Achse vorgespannt sind. Die Wandler sind elektrisch an eine Quelle konstanter HF-Spannung angeschlossen. Die HF-Spannungen, die an jedem der Wandler in Abhängigkeit von einem eingemeinsam/wirkenden Magnetfeld erscheinen, werden in Detektorstufen kombiniert, die das gewünschte Ausgangs-Gleichspannungssignal erzeugen, das die Richtung und die Stärke des angelegten Feldes anzeigt.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, wobei ein Oszillator; magnetische Dünnschicht-Doppelwandler und die Ausgangsschaltungen dargegestellt sind; Fig. 2 teilweise in Blockform dargestelltes schematisches Schaltbild, das die Verwendung einer magnetischen Rückkopplung in dem vorliegenden Magnetometer erläutert.
• Dünne Magnetschichten werden gewöhnlich durch Aufbringen einer Nickel-Eisen-Legierung auf einen glatten Träger, beispielsweise Glas, mit einer Dicke zwischen einigen Hindert und mehreren Tausend Angströmbergestellt. Es sind verschiedene Verfahren zum Herstellen dünner Schichten bekannt, beispielsweise das Aufdampfen im Vakuum oder das Elektroplattieren. Bei den Aufdampfverfahren kann das Aufbringen des magnetischen Materials auf einem Glastrager direkt vorgenommen werden, während beim Elektroplattieren auf einem Glasträger erst ein leitender Überzug auf dem Glas angebracht werden muß, bevor die Schicht aufgebracht wird. Die im folgenden aufgezeigten Merkmale beziehen sich im allgemeinen auf nach beiden Verfahren hergestellte Schichten, obwohl bei elektroplattierten Schichten die Möglichkeit von hochfrequenten Wirbelstromeffekten in der benötigten leitenden Unterschicht mitberücksichtigt werden muß.
• Im allgemeinen werden vorhersagbare und stabile magnetische Eigenschaften der Schicht dadurch erzielt, daß eine Legierungs-Zusammensetzung gewählt wird, die einen maximalen Magnetostriktions-Koeffizienten ergibt. Für eine Nickel-Eisen-Schieht liegt die optimale Zusammensetzung bei ungefähr 33& Nickel und 17% Eisen.
• Wenn die tatsächliche Zusammensetzung der Schicht von diesem Verhältnis um mehr als einige Prozent abweicht, werden die magnetischen Eigenschaften der Schicht ungebührlich empfindlich gegen Zugebelastungen durch thermische Ausdehnung des Trägers oder äußere Kräfte hervorgerufene Zugspannungen.
• Schichten bis zu einer Dicke von mindestens 3000 Angström können als einzige Domäne vorliegen, deren Magnetisierung durch Anwenden äußerer Felder aus ihrer bevorzugten "leichten" Richtung herausgedreht werden kann. Die "Vorzugsachsen" -Anisotrope wird in den Schichten durch die Anwesenheit eines großen gleichförmigen Feldes während des Aufdampfens erreicht; dies veranlaßt die magnetiachen Domänen der Legierung, sich in einer bevorzugten Richtung auszurichten.
• Die magnetische Kennlinie einer dünnen Schicht in der Vorzugsrichtung ist im wesentlichen eine rechteckige Hystereseschleife.
• In einer quer zur leichten Richtung liegenden Richtung, die oft als schwere Richtung oder Achse bezeichnet wird, ist die nagnetische Kennlinie eine im wesentlichen lineare Schleife. Wenn die gerade gemessene Schichtprobe kontinuierlich von der leichten in die schwere Richtung gedreht wird, geht die magnetische Kennlinie ohne Unterbrechung von der Rechteckschleife in die lineare Schleife über. Aufgrund der Kennlinien ergeben sich zwei magnetische Parameter, HC und HK . HC ist die aus der rechteckigen Hystereseschleife in der leichten Richtung bestimmte Koerzitivkraft. HK ist die Anisotropie- oder magnetische Sättigungsfeldstärke in der schweren Richtung. Zum Unterschied von der Drehung können magnetische dünne Schichten bei Anwesenheit eines in der leichten Richtung angelegten Feldes, das größer als die Koerzitivkraft HC der Schicht ist, auch eine Magnetisierungsumkehr durch Domänenwandbewegung zeigen. Bei Abwesenheit eines äußeren Magnetfeldes können in diesen Schichten einzelne Domänen nur dann bestehen, wenn die Abmessungen des Schichtfleckes genügend groß sind, um die Entmagnetisierungsfelder an den Kanten unter dem Wandoewegungs-Schwellenwert zu halten, der by typischen Beispielen l bis 2 Oersted beträgt.
• Wenn ein Feld, das gleich oder größer als HK ist in der senkrecht zu der leichten Achse liegenden Ebene der Schicht angelegt wird, ist es bei Fehlen eines Feldes ein der leichten Richtung gleich wahrscheinlich, daß die Magnetisierung der Schicht in einem bestimmten Abschnitt der Schicht im positiven oder im negativen Sinn in die leichte Achse zurückkehrt. Demzufolge wird die Magnetisierung in mehrere Domänen aufgespalten, undder ursprüngliche Zustand, in dem nur eine Domäne vorhanden ist, besteht nicht mehr bis in der leichten Richtung ein Feld angelegt wird, das den Wert HC übersteigt.
• Im Zusammenhang mit Fig. 1 soll nun ein Wandler L1 des Wandlerpaares betrachtet werden. Wenn eine Wicklung 12 so um eine dünne Magnetschicht angeordnet ist; daß die Spulenachse mit der schwere Richtung der Magnetisierung zusammenfällt, findet man, daß die Induktivität von dem statischen magnetischen Zustand der Umgebung, dargestellt durch das Feld HA, abhängt, das an die dünne Schicht parallel zu der leichten Achse angelegt wird. Die leichte Achse oder die bevorzugte Richtung der Schicht und die Richtung der angelegten Felder sind durch den Doppelpfeil 15 angedeutet.
• Wenn ein HF-Erregerstrom, der durch die Wicklung 12 fließt, auf einem bestimmten Wert gehalten wird, bei dem die Störung des Winkels des Magnetisierungsvektors in der Schicht auf einige Grad beschränkt ist, und wenn die zu untersuchenden äußeren Felder HA auf Werte beschränkt sind, die kleiner als das Anisotropiefeld HK oder die Koerzitivkraft HC sind, ist die Veränderung der Induktivität vorhersaghar und umkehrbar. In den Figuren sind zwei Dünnschicht-Wandler L1 und L2 gezeigt, die physikalisch so angeordnet sind, daß sie eine gemeinsame empfindliche, leichte Richtung 15 haben. Mittel sind vorgesehen, um die dünnen Schichten 10 und 10' magnetisch in entgegengesetzte Orientierungen oder remanenten zu Zustände der Flußdichte vor/spannen. Diese Vorspannungsmittel sind als zwei Stabmagnetpaare 30, 30' gezeigt. Es können Jedoch auch andere Vorspannungseinrichtungen mit befriedigendem Ergebnis verwendet werden, und die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Anordnung dieser Magnete beschräkt. Bei der gezeigten Anordnung der beiden Dünnschichtwandler und der magnetischen Vorspannmittel bewirkt ein äußeres Magnetfeld HA, das entlang der gemeinsamen leichten Achse der Schichten angelegt wird, daß die Induktivität des einen Wandlers wächst und die des anderen Wandlers kleiner wird. Da die beiden Wandler elektrisch in Reihe geschaltet sind und an einer konstanten HF-Spannung VT liegen, sind die Spannungen VL1 und VL2 an den Induktivitäten der Wandler L1 und L2 gegeben durch: Wenn die HF-Spannungen VL1 und VL2 gleichgerichtet werden und die sich ergebenden Gleichspannungen einander entgegenwirken, ist die Ausgangsspannung V0 des Magnetometers Gegeben durch: wobei K ein Paktor für die Umformung der HF-Spannung in Gleichspannung ist.
• Wenn L1 = L2 = LO ist, folgt V0 = 0, und wenn dann L1 um # #L anwächst und L2 um # #L fällt, ist Für kleine angelegte Magnetfelder #H findet man, daß #L/L0 # -K1 H ist, wobei K1 ein Empfindlichkeitsfaktor ist, der durch die Vormagnetisierung, die Schichtdicke, das Anisotropiefeld HK der Schicht und von der Geometrie des Wandlers bestimmt ist. Daher gilt: V0=-KK1VT #H.
• Dies bedeutet, daß die Sonde ein Gleichspannungs-Ausgangssignal hat, das Null ist, wenn das angelegte Feld gleich Null ist, und dessen Amplitude sich direkt und mit dem gleichen Vorzeichen wie das angelegte Feld ändert.
• In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die konstante Erreger spannung für die magnetischen Dünnschicht-Wandler durch einen Colpitts-Oszillator geliefert. Der Resonanzkreis des Oszillators besteht aus der Kombination der Gesamtinduktivität der Wandler und den Kapazitäten 13 und 14. Zwei HF-Drosseln 24 und 25 sind vorgesehen, um den Oszillator von der Gleichspannungs-Leistungsquelle zu trennen, so daß der gemeinsame Mittelpunkt der beiden Wandler geerdet werden kann. Der Transistor 20, der ein NPN-Transistor ist, arbeitet als "C"-Oszillatorstufe. Solche Oszillatoren sind dadurch gekennzeichnet, daß sie eine HF-Resonanzschwingung mit einer Spitzenspannung abgeben, die konstant und in etwa gleich der Speise-Gleichspannung VS ist.
• Die Ausgangsspannung VT, die an dem Oszillatorschwingkreis erscheint, wird den zwei Dünnschichtwandlern L1 und L2 zugeführt.
• Der Wandler L1 weist eine dünne Magnetschicht 10 und eine um diese gelegte Wicklung 12 auf. Zwei permanente Stabmagnete 30 sind in der Nähe der dünnen Magnetschicht 10 angeordnet, um diese in eine durch den Pfeil 16 angezeigte Richtung magnetisch vorzuspannen. Der untere Wandler, der die dünne Schicht 10' und die Wicklung 12' aufweist, ist dem oberen Wandler ähnlich. Die Stabmagnete 30', die zu dem Wandler L2 gehören, haben im Vergleich zu den Magneten 30 des Wandlers L1 entgegengesetzte Polaritäten, so daß im Ergebnis die Wandler in entgegengesetzten Richtungen magnetisch vorgespannt sind. Die Richtung der magnetischen Vorspannung, die an die dünne Schicht 12' angelegt ist, ist durch den Pfeil 16' angedeutet.
• Da die Spannungen VL1 und VL2, die an den entsprechenden magnetischen Dünnschichtwandlern auftreten, HF-Signale sind, ist eine Gleichrichtereinrichtung notwendig, um sie in die gewünschte Ausgangs-Gleichspannung umzusetzen. Die Gleichrichtung wird durch zwei in Reihe geschaltete Kaskadengleichrichter mit Spannungsverdopplung erreicht. Andere Gleichrichter-schaltungen können jedoch auch mit befriedigendem Ergebnis verwendet werden, und die Erfindung ist nicht auf eine bestimmte Gleichrichterschaltung beschränkt. Eine erste Gleichrichterstufemit Spannungsverdopplung, die so angeschlossen ist, daß sie die Spannung V des Wandlers L1 aufnimmt, weist die Kapazität 17 und 18, die Dioden 21 und 22 und den Widerstand 23 auf. Die Ausgangs-Gleichspannung V1, die an dem Widerstand 23 erscheint, ist etwa zweimal so groß wie VL1. Die Kapazität 19 dient als Wechselspannungs-Bezugspunkt, indem sie HF-Signale direkt an Erde ableitet. Auf ähnliche Weise nimmt der zweite Spannungsverdoppler das Spannungssignal VL2 des Wandlers L2 auf und besteht aus den Kapazitäten 17', 18', den Dioden 21', 22' und dem Widerstand 23', Die Gleichspannung an dem Widerstand 23s ist etwa gleich z 2VL2.
• Die Polaritäten der in den Gleichrichterstufen verwendeten Dioden sind so angeordnet, daß sich der gewünschte Subtraktionsffekt ergibt. Das Ausgangssignal des fiagnetometers1 V0, das an den Anschlüssen 35, 35' erscheint, wird einer Ausgabeeinrichtung zugeführt, die ein Galvanometer sein kann. V0 ist etwa gleich der Differenz der an den Widerständen 23 und 23' anliegenden Spannung Daher gilt: V0 # V1 - V2 und wobei VS das Potential der zugeführten Gleichspannungsleistung ist Der Umsetzungsfaktor zwischen der HF-Spitzenspannung auf die Gleichspannung wäre 2:1 bei idealen Dioden, in der Praxis gehen jedoch etwa 0,7 Volt an dem Diodenschwellenwert in Jedem Gleichrichterabschnitt verloren. Bei einem Ausführungsbeispiel, bei dem für VS eine Spannung von 4 Volt verwendet wird, werden etwa 3,3 Volt an Jedem Abschnitt auf gebaut.
• Die Ausgangsspannung V0 des Magnetometers ändert sich direkt in ihrer Amplitude und in ihrem Vorzeichen mit dem angelegten Feld HA. Die verschiedenen Auswirkungen des. angelegten Feldes können wie folgt zusammengefaßt werden, wobei der Pfeil die Richtung des Feldes anzeigt: HA = 0 ; VL1 = VL2 ; V0 = 0 HA # ; VL2 > VL1 ; V0 < 0 HA # ; VL1 > VL2 ; V0 > 0 Die Ausgangsspannung V0 ist innerhalb der Schaltung nicht auf einen bestimmten Wert bezogen. Die gestrichelte Schaltdrahtverbindung von dem Anschluß 35' zeigt eine mögliche Referenzerdung an. Durch dies Merkmal wird eine größere Vielseitigkeit in den Fällen erreicht, wo die Ausgangsspannung der Sonde durch zusätzliche Stromkreise, beispielsweise durch Verstärker, weiter verarbeitet werden muß, bevor sie der Ausgabeeinrichtung zugeführt wird.
• Die Empfindlichkeit des grundlegenden Magnetometers kann durch die Verwendung einer Vielzahl dünner Magnetschichten und Schichtträgern in einem Wandler oder durch-die Verwendung dickerer Schichten erhöht werden. Beispielsweise wurden bis zu sechs Magnet schichten jeweils mit einer Dicke von 2.500 Angström in Jedem der beiden Wandler verwendet, um der Forderung nach einer größeren Empfindlichkeit bei speziellen Anwendungen gerecht zu werden.
• Bei der vorliegenden Einrichtung entsteht durch die Verwendung mehrerer Schichten kein mit abgestimmten Schwingkreisen verbundenes Stabilitätsproblem, da sich Temperaturdrift- und Alterungseffekte der beiden Wandler gegenseitig aufheben.
• Eine weitere Eigenschaft der Erfindung ist es, daß die Nichtlinearität der Beziehung zwischen der Wandlerinduktivität und dem Feld im wesentlichen durch die -Wirkung der Doppelwandler aufgehoben wird, so daß sich eine genauere und stabilere Einrichtung ergibt. Die differentielle Empfindlichkeit des Wandlers (dL/dH) wird beim Anlegen eines Feldes, das die magnetische Vorspannung unterstützt, kleiner, und die Empfindlichkeit wächst mit einem Feld, das der magnetischen Vorspannung entgegengerichtet ist.
• Wenn der Betrag der Änderung der Empfindlichkeit unabhängig von der Richtung des angelegten Feldes wäre, würde die Vergrößerung der Empfindlichkeit an einem Wandler der Doppelanordnung genau die Verkleinerung der Empfindlichkeit an dem anderen Wandler aufheben, und die Ausgangsempfindlichkeit würde konstant bleiben.
• Ein magnetisches Feld, das an den ersten Wandler in der der magnetischen Vorspannung entgegengesetzten Richtung angelegt wird, erhöht die Empfindlichkeit des ersten Wandlers um einen größeren Betrag als dasselbe Feld, das an den zweiten Wandler in der die magnetische Vorspannung unterstützenden Richtung angelegt wird, die Empfindlichkeit des zweiten Wandlers herabsetzt. Die Ausgangs empfindlichkeit der Einrichtung neigt dazu, unabhängig von der Feldrichtung leicht anzusteigen, während das angelegte Feld HK als größer wird. Dieser Effekt wird bei den meisten Anwendungen unschädlich erachtet.
• Ein ähnlicher Effekt tritt bei der erfindungsgemäßen Einrichtung auf bezüglich des Ansprechverhaltens des Wandlers auf magnetische Felder oder deren Komponenten, die an die Wandler in der schweren Richtung der dünnen-Magnetschichten angelegt werden. Dieser Effekt ist noch minimaler als der oben beschriebene, und die erfindungsgemäße Einrichtung weist im wesentlichen eine eina chsige Empfindlichkeit auf.
• Ein wichtiger Gesichtspunkt im Spannungsbetrieb der erfindungsgemäßen Einrichtung liegt in der vollständigen Driftfretheit aufgrund von Oszillatorfrequenzänderungen. Obwohl es wünschenswert ist, HF-Signale in der Größenordnung von lo bis 20 MHz zu verwenden, um an den Wandlern die Betriebsspannungen mit vernünftigen Stromwerten zu erzeugen, ist die tatsächliche Frequenz des Signals unerheblich. Aus den oben angegebenen Gleichungen für die Beziehung zwischen der Ausgangsspannung des Magnetometers und den-angelegten Feldern geht hervor, daß in den Gleichungen keine Ausdrücke vorkommen, in denen die Frequenz enthalten ist.
• Die einzige Frequenzänderung, die sich bei Einwirkung eines Feldes ergibt, beruht auf einem geringfügigen Anwachsen der Gesamtinduktivität; dies ist eine Folge der gröberen Einzelinduktivitätsänderung durch ein der magnetischen Vorspannung der Wandler entgegenwirkendes Feld. Diese Frequenzänderung ist jedoch klein und un -erheblich.
• In einem Ausführungsbeispiel wurden die Konstanten des Schaltkreises so gewählt, daß sich eineOszillatorfrequenz von 14 MHz ergab. Die Werte der Wandlerinduktivität bestimmen eine optimale Betriebsfrequenz. Der gesamte Gleichstromverbrauch der gezeigten Schaltung beträgt etwa 235 Mikroampere von einer Leistungsquelle mit 4 Volt.
• Unregelmäßige Stromänderungen, die bekanntlich in den Ausgängen aller Oszillatoren vorkommen, sind im Ausgang des erfindungsgemäßen Magnetometers offenbar eliminiert, und zwar infolge der Ausgleichwirkung der Wandler, die denselben fIF-Strom führen.
• Auch bei sehr kleinen Werten des angelegten Magnetfeldes ist das Ausgangssignal weitgehend frei von Oszillatorrauschen.
• Durch die Verwendung einer magnetischen Rückkopplungsschleife in dem erfindungs-gemäßen Magnetometer ergibt sich eine nahezu vollkommene Linearität. Fig. 2 zeigt, wie ein Solenoid 40 zur Erzeugung eines Korrekturfelde-s bei der Anordnung von Fig. 1 eingesetzt werden kann. In diesem Fall wird die Ausgangsspannung V0 der Magnetometersonde, die an den Anschlüssen 35, 35' erscheint einem Verstärker zugeführt, der dann anstelle der Ausgabeeinrichtung tritt. Der Verstärker sollte derart ausgeführt sein, daß er sich für Rückkopplungssysteme eignet, und sollte im offenen Zustand eine große Verstärkung aufweisen. Solche Verstärker sind bekannt. Das Solenoid 40 ist um die vorgespannten Wandler L1 und L2 auf solche Weise gelegt, daß der Stromfluß durch das Solenoid ein Rückkopplungsfeld HF entlang der gemeinsamen leichten Richtung 15 der Wandlerdünnschichten erzeugt. Der Verstärker ist so ausgelegt, daß er einen Nullstrom durch das Solenoid 40 erzeugt, wenn V0 gleich Null ist, und daß er einen Stromfluß durch das Solenoid 40 von solch einer Größe und Polarität bewirkt, daß ein Feld HF erzeugt wird, das genau gleich und entgegengesetzt zu dem in der äußeren Umgebung vorhandenen Feld HA an ist. Durch diese Rückkopplung wird/den Wandlern ein Zustand aufrechterhalten, in dem das äußere Feld scheinbar gleich Null ist.
• Die Stromamplitude in dem Solenoid 40 ist dann im wesentlichen dem äußeren Feld HA direkt proportional. Der Spannungsabfall an dem Widerstand 41, der bei einem Stromfluß durch das Solenoid 4o erfolgt, ist im wesentlichen linear. Die Ausgangsspannung V0¹ des Magnetometers kann dann an den Anschlüssen 45, 45' abgenommen werden.
• Aus der vorhergehenden Beschreibung der Erfindung und ihrer Betriebsweise wird deutlich, daß ein verbessertes Magnetometersystem geschaffen wird, bei dem ein Wandlerpaar mit Günnen Magnetsehiehten verwendet wird.

Claims (1)

1. Patentansprüche

   1. Magnetometer, gekennzeichnet durch ein Wandlerpaar (L1, L2), das ferromagnetische Werkstoffe (10, 10') aufweist, die gegensinnige Zustände der remanenten Flußdichte entlang einer gemeinsamen Vorzugsachse (15) der Magnetisierung annehmen können, Vorspannmittel (30,30') zum Anlegen magnetischer Vorspannungsfelder entgegengesetzter Polaritäten an die magnetischen Werkin stoffe (lo, 1o'), wodurch die Werkstoffe (lo, 10;)/vorbestimmte entgegengesetzte Zustände der gegensinnigen Zustände magnetisiert werden, und Wicklungen (12, 12'), die induktiv mit den Werkstoffen (10, 1o') gekoppelt und Ihnen so zugeordnet sind, daß der magnetische Fluß der Werkstoffe (10, 10') in einer Rich tung quer zu der Vorzugsachse erfaßt wird, wobei die Wicklungen (12, 12') von einer Wechselstromquelle erregt werden, deren Amplitude 80 gesteuert ist, daß die Magnetisierung der Werkstoffe (10, 10') gestört, ihr Zustand Jedoch nicht permanent geändert wird, und die Induktivitäten des Wandlerpaares (L1, L2) von dem momentanen äußeren Magnetfeld abhängen, dem die Wandler des Wandlerpaares (L1, L2) gleichzeitig ausgesetzt i sind.

   2. Magnetometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Wandlerpaar (L1, L2) Magnetschichten (10, 10') aufweist, die (gegensinnige Zustände remanenter Flußdichte entlang einer gemeinsamen leichten Achse der Magnetisierung annehmen können, daß die Vorspannmittel (3o> 30') in der Nähe der Magnetschichten (10, 10') angeordnet sind, daß die Schichten (10, 10') im wesentlichen als einzige Domänen in den/bestimmten Zuständen vorliegen, daß die Wicklungen zwei Spulen (12, 12') aufweisen, die Jeweils zu den Wandlern (12, 12') gehören und um die Schichten (10, 10') so gewickelt sind, daß die Achsen der Spulen (12, 12') parallel zu der schweren Magnetisierungsachse der Schichten (10, 10') liegen, wobei die entsprechenden Induktivitäten des Wandlerpaares (L1, L2) sich im wesentlichen in einander entgegengesetzten Richtungen ändern, wenn eine magnetische Feldkomponente gleichzeitig an die Wandler(L1, L2) in einer Richtung angelegt wird, die parallel zu der leichten Achse der Magnetschichten (10, 10') ist.

   3. Magnetometer nach Anspruch t oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen zwei Induktorwicklungen (12, 12') aufweisen, die Jeweils so um die ferromagnetischen Einrichtungen gelegt sind, daß der magnetische Fluß der Dünnschicht in der schweren.

   Magnetisierungsrichtung erfaßt wird, wobei die Induktorwicklungen (12, 12') elektrisch in Reihe geschaltet sind und an ihrem gemeinsamen Punkt an einem Bezugspotential liegen, daß die Wechselstromquelle einen Hf-Strom liefert, dessen Amplitude so gesteuert ist, daß die Störung der Magnetisierung der Einrichtung auf kleine Winkeldrehungen beschränkt ist und den Eindomänenzustand nicht ändern kann, daß die HF-Spannungen, die jeweils an den Induktorwicklungen (12, 12') durch die HF-Quelle erzeugt werden, sich direkt als Funktion der Induktivitäten dieser Kombinationen ändern, und daß Gleichrichterstufen wirksam mit den Induktorwicklungen (12, 12') verbunden sind, um die daran erzeugten HF-Spannungen in ein Gleichstromsignal umzusetzen, dessen Polarität und Amplitude die Richtung bzw. die Feldstärke des äußeren Umgebungsfeldes anzeigen.

   Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß die Vorspannmittel mehrere Permanentmagneten (30, 30') aufweisen, die körperlich so orientiert sind, daß sie magnetische Vorspannungsfelder mit entgegengesetzten Polaritäten an den Wandlern (L1, L2) erzeugen.

   Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, d a d u r c h g e k e n n -zeichnet, daß ein magnetisches Dünnschichtelement eine Nickel-Eisen-Legierung aufweist, die im wesentlichen aus 83% Nickel und 17% Eisen besteht und etwa 2.500 Angström dick ist.

   Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß jede der Dünnschict-Einrichtungen aus mehreren dünnen Mangetschichtelementen (10, 10') besteht, die jeweils aus einer Nickel-Eisen-Legierung zusammengesetzt sind, die im wesentlichen aus 83% Nickel und 17% Eisen besteht und etwa 2.500 Angström dick ist.

   7. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 6, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die ferromagnetischen Werkstoffe (10, 10') dünne Scichten einer Nickel-Eisen-Lagierung sind, die jeweils nicht mehr als 5.000 Angström dick sind.

   8. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die magnetischen Vorspannmittel Stabmagnetenpaare (30, 30') aufweisen, die physikalisch so bezüglich der iichtungen orientiert sind, daß die dadurch erzeugten Vorspannungsfeldr eine ausreichende Feldstärke und die entsprechende Polarität aufweisen, um die Dünnschichteinrichtungen in jeweils entgegengesetzte Zustätände der remanenten Flußdichte zu magnatisieren.

   9. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die HF-Stromquelle einen Transistor (20) aufweist der nach einer Colpitts-Oszillatorschaltung angeschlossen ist.

   10. Magnetomater nach einem der Ansprüche 1 bis 9, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , daß die Gleichrichterstufen zwei Kaskadengleichrichter mit Spannungsverdopplung aufweisen, die wirksam mit je einer Induktorwicklung (12, 12') verbunden sind, daß jede Gleichrichterstufe eine erate und eine zweite Kapasitzt (17, 18) (17, 18'). zwei Dioden (21, 21') und einen Widerstand (23, 23') aufweisen, wobei die beiden Dioden (21, 21') in Reihe geschaltet und in der gleichen Richtung gepolt sind, die erste Kapazität (17, 17') zwischen einer der Induktorwicklungen (12, 12') und dem gemeinsamen Punkt der in Reihe geschalteten Dioden (21, 21') eingeschaltet ist und die zweite Kapazität (18, 18') und der Widerstand (23, 23') parallel zueinander und zu der Kombination der Dioden (21, 21') geschaltet sind, daß die beiden Gleichrichterstufen mit Spannungsverdopplung an einem gemeinsamen Bezugspunkt mit Wechselstrom-Erdpotential angeschlossen sind und so mitelnander verbunden sind, daß, die Gleichspannungen an den Widerständen (23, 24) der Gleichr'Ic.hterstufen voneinander subtrahiert werden, wobei.

   das Gleichstromsignal die Differenz der zuletzt genannten Gleichspannungen darstellt, und daß eine Einrichtung zur Ausgabe dieses Signals vorgesehen ist.

   11. Magnetometer nach einem der Ansprüche 1 bis lo, gekennzeichnet durch eine Rückkopplungseinrichtung, die ein ein Korrekturfeld erzeugendes Solenoid (40) aufweist; das in nächster Nähe der Dünnschichteinrichtungen (10, 10') angeordnet ist und dessen Spulenachse parallel zu der leichten Magnetisierungsachse der Einrichtungen orientiert ist, durch eine Verstärkereinrichtung, die wirksam mit den Gleichrichterstufen verbunden ist und das von diesen erzeugte Gleichstromsignal aufnimmt, wobei das Ausgangssignal der Verstärkerainrichtung dem Solenoid (40) zur Erzeugung eines Stromflusses zugeführt wird, das Solenoid (40) ein magnetieches Rückkopplungsfeld erzeugt, das an die Einrichtungen entlang der leichten Magnetisierungsrichtung und mit entgegengesetzter Feldstärke und Richtung im Vergleich zu dem Magnetfeld angelegt wird, das in der äußeren Umgebung vorhanden ist, und durch einen Widerstand der in Reihe mit dem Solenoid (40) geschaltet ist, wobei die Amplitude und die Polarität der an dem Widerstand (41) aufgebauten Spannung in Abhängigkeit von dem Stromfluß durch das Solenoid (4o) im wesentlichen eine lineare Funktion der entsprechenden Feldstärke und Richtung-des äußeren in der Umgebung herrschenden Magnetfeldes ist.