DE2344508C3 - Verfahren und Magnetometer zum Messen eines Magnetfeldes - Google Patents
Verfahren und Magnetometer zum Messen eines MagnetfeldesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf Verfahren zum Messen eines Magnetfeldes entlang einer Achse, bei denen eine
dünne ferromagnetische Schicht, die eine Achse leichter Magnetisierbarkeit, eine Achse schwerer Magnetisierbarkeit
und ein Anisotropiefeld besitzt, mit ihrer Achse schwerer Magnetisierbarkeit parallel zur Achse des zu
messenden Magnetfeldes angeordnet, an diese dünne Schicht ein magnetisches Wechselfeld der Frequenz Fin
Richtung der Achse schwerer Magnetisierbarkeit angelegt und ein die temporären Änderungen der
magnetischen Induktion in der dünnen Schicht wiedergebendes elektrisches Signal abgenommen und analysiert
wird, sowie auf zum Durchführen dieser Verfahren geeignete Magnetometer.
Es ist bereits bekannt (The Review of Scientific Instr.,
21 [Jan. 1950], 69/70), ein Magnetfeld mit Hilfe einer
Sonde zu messen, die aus einem Kern aus ferromagnetischem Material mit einer Hystereseschleife und einer
Spule besteht, die es ermöglicht, diesen Kern einem periodisch alternierenden Magnetfeld auszusetzen,
dessen Amplitude so bemessen ist, daß es den Kern zur Sättigung bringen kann. Der Wert des zu messenden
Magnetfeldes läßt sich dann aus der Amplitude der geradzahligen Harmonischen der Signale erschließen,
die in einer zweiten, ebenfalls mit dem Kern gekoppelten Spule entstehen. Dieses Verfahren und die
zu seiner Durchführung dienenden Magnetometer erfüllen jedoch nicht die Forderungen, die für eine
genaue Messung von sehr kleinen Magnetfeldern zu stellen sind, da sie einem erheblichen Grundrauschen
unterliegen, das das Nutzsignal überdeckt, sobald dieses sehr klein wird.
Weiterhin sind Meßvorrichtungen zum Messen von Magnetfeldern bekannt (US-PS 32 71665), die als
empfindliches Organ eine dünne ferromagnetische Schicht verwenden, die eine Achse leichter Magnetisierbarkeit
aufweist. Dieser dünnen Schicht sind dann eine Pumpwicklung, die ein entlang der Achse leichter
Magnetisierbarkeit ausgerichtetes Wechselfeld erzeugt, und eine Detektorwicklung zugeordnet, deren Achse
senkrecht zur Achse leichter Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht verläuft. Eine solche Vorrichtung liefert
an ihrer Detektorwicklung ein Ausgangssignal, das von dem Magnetfeld abhängt, das senkrecht zur Achse
leichter Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht gerichtet ist. Die in einer solchen Vorrichtung
ausgenutzte Erscheinung besteht in der Umkehrung der Magnetisierung in der dünnen Schicht bei jedem
Wechsel des von der Pumpwicklung erzeugten Feldes. Dieses Umkippen der Magnetisierungsrichtung vollzieht
sich durch eine Verschiebung der die magnetischen Domänen in der dünnen Schicht begrenzenden
Wände, was zu einem erheblichen Barkhausenschen Rauschen führt und dementsprechend die Empfindlichkeit
der Meßvorrichtung begrenzt; in der Praxis läßt sich eine solche Vorrichtung nicht zur Messung von
Magnetfeldern verwenden, die kleiner sind als einige 10 γ (Iy= 10-5A).
Weiterhin sind Magnetometer bekannt (US-PS 32 39 754), die eine dünne ferromagnetische Schicht,
eine Erregerspule mit zur Achse schwerer Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht paralleler Achse und eine
Abnahmespule mit zur Achse leichter Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht paralleler Achse aufweisen.
Diese Magnetometer nutzen das Vorhandensein einer Mehrzahl von Domänen in der dünnen Schicht aus, in
denen die Magnetisierung jeweils die eine oder die andere von zwei einander entgegengesetzten Richtungen
aufweist. Benachbarte Domänen mit einander entgegengesetzter Richtung der Magnetisierung sind in
diesem Falle durch Wände voneinander getrennt. Wenn das zu messende Magnetfeld den Wert Null aufweist,
dann ist die Summe der Domänenmagnetisierungen in der einen Richtung gleich der Summe der Domänenmagnetisierungen
in der anderen Richtung. Bei jeder Halbwelie des Erregerfeldes kehren diese Magnetisierungen
in allen Domänen ihre Richtung um. Wenn das zu messende Magnetfeld nicht den Wert Null aufweist,
so gibt es der einen der beiden Magnetisierungsrichtungen einen Vorzug gegenüber der anderen, und die
Domänen des einen Typs vermehren sich auf Kosten der Domänen des anderen Typs. Bei jeder Halbwelie
des Erregerfeldes alternieren die privilegierten Domänen, was eine Wandverschiebung zur Folge hat, deren
Frequenz die doppelte Größe der Erregerfrequenz aufweist. Diese Magnetometer liefern daher eine
Harmonische mit der doppelten Erregerfrequenz, deren Amplitude eine Funktion des zu messenden Magnetfeldes
ist.
Von ihrem Funktionsprinzip her — der zweifachen Umkehrung der Magnetisierung und Wandverschiebung
je Zyklus — unterliegen diese Magnetometer ebenfalls einem erheblichen Barkhausenschen Rauschen.
In neuere»· Zeit sind nun ein Verfahren und eine Vorrichtung bekanntgeworden (DE-PS 19 51 230), die
eine Vermeidung der oben geschilderten Nachteile der früheren Vorrichtungen ermöglichen, da sie mit einer
Erscheinung arbeiten, die nur ein sehr geringes Grundrauschen aufweist Diese Erscheinung ist die
Umkehr der Richtung der Induktion in einer dünnen ferromagnetischen Schicht durch kohärente Rotation.
Dieser Umkehrungsmechanismus weist im Vergleich zu dem auf Wandverschiebung beruhenden Mechanismus
den Vorteil auf, daß er kein Barkhausensches Rauschen zeigt. Ein Magnetometer dieser Art arbeitet mit einer
magnetischen Schicht vom invcriierten Typ, das heißt mit einer magnetischen Schicht, tür die die kritische
Kurve für die kohärente Rotation im Gegensatz zu dem Fall der früher verwendeten magnetischen Schichten
völlig innerhalb der kritischen Kurve für die Wandverschiebung liegt. Dieser magnetischen Schicht sind eine
Pumpwicklung, die ein entlang der Achse leichter Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht orientiertes
Wechselfeld liefert, eine Detektorwicklung mit zur
κι Achse leichter Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht
paralleler Achse und eine Polarisationswicklung mit zur Achse leichler Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht
senkrechter Achse zugeordnet, von denen die letzte Wicklung die Funktionszone für die dünne ferromagne-
ii tische Schicht festlegt. Diese bekannte Vorrichtung
liefert an ihrer Detektorwicklung ein Ausgangssignal, das von dem Magnetfeld mit zur Achse leichter
Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht paralleler Achse abhängt.
2(i Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren und entsprechende Magnetometer anzugeben, mit deren Hilfe sich sehr kleine Magnetfelder
messen lassen, indem die Ausbildung von Barkhausenschem Rauschen infolge von Wandverschiebungen
j vermieden wird.
Diese Aufgabe wird nach einer ersten Variante der Erfindung bei einem Verfahren der eingangs erwähnten
Art dadurch gelöst, daß das magnetische Wechselfeld in seiner Amplitude kleiner bemessen wird als das
in Anisotropiefeld der dünnen Schicht und daß für die
Analyse die dem entlang der Achse schwerer Magnetisierbarkeit der dünnen Schicht gerichteten Magnetfeld
proportionale Amplitude einer ungeradzahligen Harmonischen des elektrischen Signals gemessen wird.
)■> Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der
Erfindung ist ein Verfahren der eingangs erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß das
magnetische Wechselfeld in seiner Amplitude kleiner bemessen wird als das Aniso*ropiefeld der dünnen
4Ii Schicht, daß die dünne ferromagnetische Schicht
zylindrisch mit in Umfangsrichtung verlaufender Achse leichter Magnetisierbarkeit ausgebildet wird und daß
das elektrische Signal unter Abnahme der elektrischen Spannung gewonnen wird, die an den Anschlußkleni-
4) men mindestens einer die dünne Schicht umgebenden
Leiterschleife mit zur Achse leichter Magnetisierbarkeit paralleler Achse auftritt
Im Rahmen der Erfindung wird im Unterschied zu den oben erwähnten bekannten Vorrichtungen nicht mit
5« der Erscheinung einer Umkehr der Magnetisierungsrichtung in der dünnen Schicht gearbeitet sondern mit
einer einfachen Schwingung dieser Magnetisierungsrichtung zwischen zwei Grenzen. Dazu wird zur
Erzielung der Pumpwirkung ein Wechselfeld angelegt, dessne Amplitude nicht ausreicht um die Magnetisierung
umzukehren, was praktisch auf die Anlage eines Magnetfeldes hinausläuft dessen Amplitude kleiner ist
als das Anisotropiefeld in der dünnen ferromagnetischen Schicht Dieses Erregerfeld wird erfindungsgemaß
entlang einer Achse angelegt die senkrecht zur Achse leichter Magnetisierbarkeit in der dünnen
ferromagnetischen Schicht verläuft Die Magnetisierung erfährt dann nicht je Zyklus zwei Umkehrungen, und es
ist nicht mehr norwendig, zwei Harmonische des aufgefangenen Signals zu analysieren, wie dies bei den
vorbekannten Magnetometern geschehen muß. Mit Vorteil werden erfindungsgemäß die ungeradzahligen
Harmonischen analysiert, wie dies unten noch im
einzelnen gezeigt werden wird.
Obwohl ein in der oben definierten Weise arbeilendes
Magnetometer gemäß der Erfindung nur in sehr geringem Maße einem Barkhausenschen Rauschen
ausgesetzt ist, wobei dieses Rauschen auf jeden Fall viel kleiner ausfällt als bei den bisher bekannten und mit der
zweiten Harmonischen arbeitenden Magnetometern, so läßt sich dieses Rauschen noch weiter verringern, indem
eine dünne ferromagnetische Schicht verwendet wird, die nur eine einzige Domäne enthält, so daß innerhalb
der Schicht überhaupt keine Wand vorhanden ist. Eine solche als Monodomäne ausgebildete Schicht kann im
Rahmen der Erfindung vorzugsweise zylindrisch ausgebildet sein, wobei die Achse schwerer Magnetisierbarkeit
parallel zur Achse des die Schicht tragenden Zylinders verläuft, während die Achse leichter Magnetisierbarkeit
der ferromagnetischen Schicht in Umfangsrichtung verläuft, also in sich geschlossen ist. In einer
solchen Schicht vollzieht sich die Änderung der Magnetisierungsrichtung ohne jegliche Wandverschiebung
und damit ohne jegliches Barkhausensches Rauschen.
Über die eine Herabsetzung oder sogar völlige Vermeidung des Barkhausenschen Rauschens betreffenden
Vorteile der Erfindung hinaus bietet ein nach dem Grundprinzip der Erfindung arbeitendes Magnetometer
noch den weiteren Vorteil, daß es zu einem elektrischen Analysiersignal führt, das der zu analysierenden
Magnetfeldkomponente im wesentlichen proportional ist, da diese Komponente, wie unten noch im einzelnen
gezeigt wird, die zur Achse schwerer Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht parallele Komponente ist und
nicht wie bei Jen bekannten Magnetometern die zur Achse leichter Magnetisierbarkeit parallele Komponente
analysiert wird.
Gegenstand der Erfindung sind weiter Magnetometer, die sich zum Durchführen der oben gekennzeichneten
Verfahren gemäß der Erfindung eignen, und gemäß einer ersten Ausführungsvariante ist ein solches
Magnetometer mit einer dünnen ferromagnetischen Schicht, die eine Achse leichter Magnetisierbarkeit eine
Achse schwerer Magnetisierbarkeit und einen vorgegebener. Wert für das Anisoiropiefeld aufweist, mii einer
mit einem Wechselstrom der Frequenz F speisbaren Erregerspule mit zur Richtung schwerer Magnetisierbarkeit
in der dünnen Schicht paralleler Achse, mit einem Stromgenerator, mit einem Abnahmekreis für die
Abnahme eines elektrischen Signals, das die temporären Änderungen der magnetischen Induktion in der dünnen
Schicht repräsentiert und mit einer elektronischen Analysierschaltung zum Analysieren dieses elektrischen
Signals erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet daß der in der Erregerspule fließende Wechselstrom eine
Amplitude aufweist, die unterhalb der Amplitude liegt,
die ein Magnetfeld mit der Amplitude des Anisotropiefeldes gleicher Amplitude hervorruft, und daß die
Analysierschaltung einen ersten Verstärker, der selektiv auf eine Frequenz / abgestimmt ist und mit dem zu
analysierenden elektrischen Signal gespeist wird, einen mit dem ersten Verstärker verbundenen Synchrondetektor,
der die Amplitude der verstärkten Spannung mit der Frequenz / angibt, wobei die Frequenz / einen
beliebigen der Werte Fund 3Fannehmen kann, und eine Lesestufe für die Auslesung dieser Amplitude enthält
die für die zur Achse schwerer Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht parallele Komponente des zu messenden
Magnetfeldes repräsentativ ist
Gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung ist ein Magnetometer mit einer dünnen
ferromagnetischen Schicht, die eine Achse leichter Magnetisierbarkeit, eine Achse schwerer Magnetisierbarkeit
und einen vorgegebenen Wert für das Anisotropiefeld aufweist, mit einer mit einem Wechselstrom
der Frequenz Fspeisbaren Erregerspule mit zur
Richtung schwerer Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht paralleler Achse, mit einem Stromgenerator, mit
einem Abnahmekreis für die Abnahme eines elektri-
Ki sehen Signals, das die temporären Änderungen der
magnetischen Induktion in der dünnen Schicht repräsentiert, und mit einer elektronischen Analysierschaltung
zum Analysieren dieses elektrischen Signals erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der in
ι r> der Erregerspule fließende Wechselstrom eine Amplitude
aufweist, die unterhalb der Amplitude liegt, die ein Magnetfeld mit der Amplitude des Anisotropiefeldes
gleicher Amplitude hervorruft daß die dünne ferromagnetische Schicht zylindrisch mit in Umfangsrichtung
liegender Achse leichter Magnetisierbarkeit ausgebildet ist und daß der Abnahmekreis aus mindestens einer die
dünne Schicht umgebenden Leiterschleife mit zur Achse leichter Magnetisierbarkeit paralleler Achse besteht.
Sowohl die erfindungsgemäßen Verfahren als auch die ihrer Durchführung dienenden Magnetometer
gemäß der Erfindung sind zahlreicher Ausgestaltungen und Weiterbildungen fähig, die im einzelnen in
Unteransprüchen gekennzeichnet sind.
Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer
J« Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug
genommen, in der bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung veranschaulicht sind; dabei zeigen in der
Zeichnung:
F i g. 1 eine als Monodomäne ausgebildete dünne
r> zylindrische Magnetschicht auf einem zylindrischen Träger mit Darstellung der Magnetisierungsachsen, der
verwendeten Koordinaten und der Dimensionsangaben;
Fig.2 die Astroide nach Stoner-Wohlfarth, welche die kritische Kurve darstellt, die für verschiedene Richtungen in bezug auf die Achse leichter Magnetisierbarkeit die Intensität des anliegenden Magnetfeldes wiedergibt und außerhalb derer kein möglicher stabiler Zustand für die Magnetisierung
Fig.2 die Astroide nach Stoner-Wohlfarth, welche die kritische Kurve darstellt, die für verschiedene Richtungen in bezug auf die Achse leichter Magnetisierbarkeit die Intensität des anliegenden Magnetfeldes wiedergibt und außerhalb derer kein möglicher stabiler Zustand für die Magnetisierung
4r) vorhanden ist;
F i g. 3 die Kurven für die normalisierte Empfindlichkeit eines Magnetometers, das entweder mit der ersten
oder mit der dritten Harmonischen arbeitet,
Fi g. 4 eine schematische Darstellung des Grundprin-
Fi g. 4 eine schematische Darstellung des Grundprin-
■>» zips für den Abnahmekreis zur Abnahme des Meßsignals,
F i g. 5 ein Blockschaltbild für den Gesamtaufbau der Analysierschaltung für den Fall, daß mit der Grundschwingung
gearbeitet wird,
i". Fig.6 ein schematisch gehaltenes Schaltbild für ein
als Oszillator geschaltetes Magnetometer und
F i g. 7 ein Beispiel für den Bau einer erfindungsgemäß ausgebildeten Sonde.
In Fig. 1 ist eine als Monodomäne ausgebildete
In Fig. 1 ist eine als Monodomäne ausgebildete
w> dünne magnetische Schicht 2 auf einem zylindrischen
Träger 4 abgeschieden; die magnetische Anisotropie dieser dünnen Schicht 2 ist gekennzeichnet durch ihre
Achse leichter Magnetisierung, die im folgenden kurz als leichte Achse bezeichnet werden soll, durch ihre
b5 Achse schwerer Magnetisierung, die im folgenden kurz
als schwere Achse bezeichnet werden soll, und durch die Größe ihres Anisotropiefeldes Hk. Die schwere Achse
der Schicht 2 liegt parallel zur Achse Zdes zylindrischen
Trägers 4, während die leichte Achse der Schicht 2 in deren Umfangsrichtung verläuft; diese leichte Achse der
Schicht 2 ist daher in sich geschlossen, und aus diesem Grunde gibt es nur eine einzige Domäne in der
gesamten Schicht 2. Wie bereits oben angedeutet, führt ι das Fehlen von Wänden im Schichtinneren dazu, daß
etwaige Änderungen der Magnetisierung der Schicht 2 sich ohne auf Wandverschiebungen zurückgehendes
Rauschen vollziehen können.
Die anderen Kenngrößen der Schicht 2 sind ihre n>
Sättigungsmagnetisierung Is, ihre Dicke e, der Radius a
des zylindrischen Trägers 4 und die Länge /der Schicht 2. Das dieser Geometrie am besten angepaßte
Koordinatensystem ist naturgemäß das System der üblichen Zylinderkoordinaten r, θ und z, wie es in F i g. 1 ι ">
definiert ist. Die leichte Achse der Schicht 2 ist in F i g. 1 durch eine Gerade AFdargesteiit, während die schwere
Achse der Schicht 2 einer Geraden ADentspricht.
Gemäß einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens kann man die als Monodomäne ausgebildete
dünne Schicht 2 entlang ihrer leichten Achse AF dadurch sättigen, daß man momentan ein Magnetfeld
HFi anlegt, das größer ist als das Anisotropiefeld Hk und
in der Richtung der leichten Achse AF der Schicht 2 liegt. Die Anlage eines solchen Feldes bedeutet die
Anlage eines Feldes, dessen Kraftlinien kreisförmig verlaufen; dieses Feld kann durch einen parallel zur
Achse Z des zylindrischen Träger 4 fließenden Strom ei zeugt werden, also beispielsweise durch einen im
Träger 4 fließenden Strom, wenn dieser elektrisch 1» leitfähig ist.
Der Vektor für die Intensität der Magnetisierung verläuft dann entlang der leichten Achse AFder Schicht
2, wobei er den Intensitätswert für die Sättigungsmagnetisierung Is zum Modul hat. Wenn dasSättigungsfeld ι·>
//«unterdrückt wird, nimmt der Vektor /seine Lage ein, die von dem Magnetfeld Hd entlang der schweren
Achse A D der dünnen Schicht 2 und dem Magnetfeld Hf entlang der leichten Achse AF der dünnen Schicht 2
abhängt.
Zur Vereinfachung der Rechnungen soll im folgenden nur die entlang der leichten Achse AF verlaufende
Magnetfeldkomponente berücksichtigt werden. Das an der Sonde anliegende Magnetfeld «ist dann gleich der
Projektion auf die schwere Achse AD, also gleich dem 4> Magnetfeld Hd- Die magnetische Induktion Fin einem
Volumen der dünnen Schicht 2 ist dann gegeben durch:
B=H(Ts+Ud).
Magnetfeld A0 cos ωί andererseits, so daß sich insgesamt
ergibt:
Hd= h+ Λο coswi
wobei ω für 2jrFsteht.
Damit die Anlage des sinusförmigen Magnetfeldes nicht zu einer Umkehrung der Magnetisierung in der
Schicht 2 führen kann, wird ho < Hk gewählt. Die
Magnetisierung oszilliert dann zwischen zwei Richtungen, die mit der leichten Achse AF der Schicht 2: die
Winkel +«' und —λ" einschließen.
Das Magnetfeld entlang der schweren Achse AD variiert daher im Rhythmus des Hilfswechselfeldes und
läßt damit die Komponente Λθ der Magnetisierung
entsprechend variieren. Die Darstellung in Fig.2
ermöglicht es, diese Änderung der Projektion der Intensitätsmagnetisierung auf die leichte Achse AF zu
berechnen. Die Darstellung in Fig.2 gibt nämlich die Astroide nach Stoner-Wohlfarth wieder, die für
die Untersuchung des Ferromagnetismus dünner Schichten gut bekannt ist. Diese Kurve ist in F i g. 2 in
einem Achsensystem dargestellt dessen Abszissenachse der leichten Achse AFund dessen Ordinatenachse der
schweren Achse AD der Schicht 2 entspricht. Die in F i g. 2 gezeigte Astroide stellt die kritische Kurve dar,
die für verschiedene Orientierungen relativ zur leichten Achse AFdie Intensität des anliegenden Magnetfeldes
wiedergibt und außerhalb deren kein stabiler Zustand für die Magnetisierung der Schicht 2 mehr möglich ist.
Die Astroide von Fig.2 gestattet es, gemäß einer bekannten geometrischen Konstruktion ausgehend^von
einem an die Schicht 2 angelegten Magnetfeld H die Orientierung der Magnetisierung zu bestimmen. Dazu
genügt es, vom Ende des Vektors //die Tangente am die
Astroide zu ziehen, wodurch sich gegenüber der leichten Achse AFein Winkel χ ergibt, der den von der
Magnetisierung gegenüber der leichten Achse AF eingehaltenen Winkel wiedergibt Die Scheitelpunkte
der Astroide in F i g. 2 definieren das Anisotropiefeld Hk für die Schicht 2; mit Hfi ist in F i g. 2 das momentan
der Schicht 2 anliegende Sättigungsfeld für die anfängliche Sättigung der Magnetisierung in Richtung
der leichten Achse AFbezeichnet Die Konstruktion in F i g. 2 gestattet es daher, den Winkel χ zwischen der
Magnetisierungsintensität und der leichten Achse AFzu berechnen; es ergibt sich dabei:
Wenn das Magnetfeld HD variiert, variieren auch die
Vektoren Is und B in gleicher W^ise. Die Variationen
der magnetischen Induktion B induzieren in einer Schleife, die rund um die dünne Schicht 2 gelegt ist und
eine zu deren leichter Achse AF parallele Achse aufweist, eine Spannung V, die sich berechnet zu:
i
di
di
di
Erfindungsgemäß wird die Komponente Hd entlang der schweren Achse AD als die Summe aus zwei
Magnetfeldern aufgefaßt, nämlich als die Summe aus der Komponente h des zu messenden Magnetfeldes
entlang der schweren Achse AD der Schicht 2 einerseits und dem auf Höhe der Sonde künstlich geschaffenen
lg« = (H,JHK)l{i -
Dieser Ausdruck ermöglicht es, die beiden Extremrichtungen +«'und —ex." zu berechnen, zwischen denen
die Magnetisierung der Schicht 2 oszilliert Außerdem bietet diese Beziehung die Möglichkeit, die zeitliche
Ableitung der Projektion der Magnetisierungsintensität
ω auf die leichte Achse AFund damit die an den Enden der
magnetischen Schicht 2 abnehmbare elektrische Spannung zu berechnen. Nimmt man an, daß das
Amplitudenquadrat (Hd2) des Magnetfeldes Hd entSang
der schweren Achse AD der Schicht 2 sehr viel kleiner ist als das Amplitudenquadrat (Hk?) des Anisotropiefeldes
Hk, so zeigt sich, daß die erhaltene Spannung V sich
aus Signalen mit den Frequenzen F, 2F, 3F und 4F zusammensetzt Insbesondere berechnet sich die Ampli-
tude des Signals Vyrmitder Frequenz 3Fzu:
und die Amplitude der zweiten Harmonischen ergibt
sich /.u:
ls
VF1
3
(h
Nimmt man weiter an, daß das Amplitudenquadrat h2
für das zu messende Magnetfeld Λ im Vergleich zum Amplitudenquadrat Hk2 des Anisotropiefeldes Hk sehr
klein bleibt, so läßt sich das Signal V> mit der Fundamentalfrequenz F auch durch eine für Λ linerare
Gleichung ausdrücken:
Vi- =
Berücksichtigt man weiter die Komponente Hf
entlang der schweren Achse AD so werden die Rechnungen komplizierter, sie führen jedoch nicht zu
einem wesentlich verschiedenen Ergebnis, so daß diese Berechnungen für das Verständnis der Erfindung im
Vergleich zu den vorstehenden vereinfachten Rechnungen nichts weiter hergeben.
Hat das zu messende Magnetfeld den Wert Null, so oszilliert die Magnetisierung symmetrisch um die leichte
Achse AF, und die beiden Extremwinkel «' und «"
werden gleich groß. Aus Symmetriegründen gibt es dann keine ungeradzahligen Harmonischen. Dies zeigt
sich auch aus den vorstehend angegebenen Formeln, wenn man in diesen Λ = 0 einsetzt Die Existenz einer
Komponente entlang der schweren Achse A D zerstört die Symmetrie und läßt ungeradzahlige Harmonische
auftreten, deren Amplitude der zu messenden Komponente proportional ist
Man sieht daher ohne weiteres, daß das erfindungsgemäß ausgebildete Magnetometer sich sowohl in seinem
Prinzip als auch in seiner Leistung grundsätzlich von den oben beschriebenen und zum Stande der Technik
gehörenden Magnetometern unterscheidet. In seinem Prinzip deswegen, weil das Erregerfeld keine Umkehrung
der Magnetisierung, sondern nur eine Oszillation hervorruft, die außerdem nicht die zweite Harmonische
bevorzugt, sondern im Gegenteil die ungeradzahligen Harmonischen, und in seiner Leistung deswegen, weil es
keine Wandverschiebungen gibt
Die vorstehend angegebenen Formeln zeigen, daß die Empfindlichkeit für die Messung zum einen — über die
Amplitude A0 — von der Erregung und zum anderen von
der Größe des Anisotropiefeldes Hk abhängt Dabei
liegt auf der Hand, daß der Wert für Λο so groß wie
möglich gewählt werden sollte, um auch den Wert des erhaltenen elektrischen Signals möglichst groß ausfallen
zu lassen. Nun zeigt aber die kritische Kurve in Form der Astroide von F i g. 2, deren Gleichung sich ergibt zu:
j1
Hk
Hk
Erdmagnetfeld nicht übersteigen kann, der bei 0,7 Oe
liegt, so ergibt sich der begrenzte Wert für Λο zu:
kip < HK2I3-H)Jf*.
Zum anderen muß das Verhältnis ho/Ηκ möglichst
groß gemacht werden, indem der Wert für Hk ko klein
wie möglich gewählt wird, was die obere Grenze für Λο
herabsetzt. Diese beiden einander zuwiderlaufenden Forderungen bringen es mit sich, daß die Empfindlichkeil
K— V/h bei Variation des Anisotropiefeldes Hk ein
Maximum durchläuft. Dies ist auch in F i g. 3 dargestellt, wo die normalisierten Empfindiichkeitskurven in bezug
auf eine maximale Empfindlichkeit eines Magnetometers dargestellt sind, das entweder mit der ersten
Harmonischen (Kurve Kf) oder mit der dritten Harmonischen (Kurve ^f) arbeitet. Die in Fig.3
dargestellten Kurven zeigen, daß man für den speziellen Wert A/a. = 3,6 Oe in beiden Fällen 90% des Maximalwertes
für die Empfindlichkeiten Kf und Kjf erhält.
Diese Empfindlichkeiten sind im übrigen voneinander verschieden, da sich ihrVerhältnis ergibt zu:
K1
daß der Wert für A0 notwendigerweise begrenzt bleibt;
berücksichtigt man, daß Hf den Maximalwert für das Da das Verhältnis ho/Ηκ klein ist gegen 1, ergibt sich
bei Wahl der dritten Harmonischen eine geringere Empfindlichkeit als bei Wahl der Fundamentalfrequenz.
Insbesondere für den Wert Hk=3,6 Oe ergibt sich das
Verhältnis der Empfindlichkeiten zu 0,1; jedoch gestattet es die Verwendung der dritten Harmonischen,
die Erregerfrequenz (F) von der Frequenz (3F) des aufgefangenen Signals sicher zu trennen.
Hat man die Werte für Hk und Λο einmal gewählt, so
hängt die theoretische Empfindlichkeit des Magnetometers nicht mehr von der Erregerfrequenz F, den
Abmessungen der Sonde (a und I) und der Sättigungsmagnetisierung /sdes Materials der Schicht 2 ab.
Als nächstes soll unter Bezugnahme auf die Darstellung in Fig.4 das Grundprinzip für einen im
Sinne der Erfindung bevorzugten Abnahmekreis für die Abnahme des Nutzsignals beschrieben werden. In
F i g. 4 wird als Träger für eine magnetische Schicht 10, mit deren Hilfe die Magnetfeldmessung vorgenommen
werden soll, ein Hohlzylinder 12 verwendet, durch den ein leitender Draht 18 hindurchgeführt ist Der Draht 18
bildet dabei eine die magnetische Schicht 10 umgebende Schleife, und an seinen Anschlußklemmen ist das
Nutzsignal V abnehmbar. Diese Anordnung wird von besonderem Vorteil, wenn der leitende Draht 18 in
mehreren Windungen um die magnetische Schicht 10 herumgeführt wird: Das Nutzsignal wird dann durch die
Anzahl der Windungen multipliziert, was es ermöglicht,
das Nutzsignal im Verhältnis zum Rauschen zu vergrößern. Zwar wird dabei das auf die magnetische
Schicht zurückgehende Rauschen, das für sich genommen im Vergleich zu bisher bekannten Meßvorrichtungen
durch die unterschiedliche Betriebsweise und gegebenenfalls durch die Verwendung einer Monodomänen-Konfiguration
ohnehin stark vermindert ist, mit dem gleichen Fakic multipliziert wie das Nutzsignal,
jedoch bleibt das auf die elektronische Schaltung zurückzuführende Rauschen konstant und verringert
sich daher im Verhältnis zum Nutzsignal erheblich.
Nachdem nunmehr insbesondere anhand von F i e. 1
und 4 der Aufbau der eigentlichen Sonde genau beschrieben ist, soll im folgenden die Analysierschaltung
für die Analyse der aufgefangenen Spannung V im einzelnen beschrieben werden. Diese Schaltung ist in
F i g. 5 veranschaulicht, die ein synoptisches Schema für
eine Analysierschaltung wiedergibt, wie sie beispielsweise in dem Falle zum Einsatz kommen kann, daß mit
der Grundfrequenz gearbeitet wird. In der Darstellung
in F i g. 5 wird eine Erregerwicklung für die Sonde 20 über eine Schaltung 22 gespeist, die mit einem ersten
Oszillator 24 der Frequenz F verbunden ist Die an den Enden der magnetischen Schicht auftretende Spannung
wird abgenommen und verstärkt durch einen selektiven Verstärker 26, der auf die Frequenz F abgestimmt ist.
Ein zweiter Oszillator 28 der Frequenz F'# F speist einen Frequenzwandler 30, der seinerseits an seinem
Ausgang ein Zwischensignal mit der Frequenz | F-F'| abgibt; ein weiterer selektiver Verstärker 32, der auf die
Frequenz | F— F' | abgestimmt ist, verstärkt dieses Zwischensignal und gibt es an einen Synchrondetektor
34 weiter; dieser Synchrondetektor wird außerdem mit einem Bezugssignal der Frequenz | F— F'\ gespeist, das
in einem zweiten Frequenzwandler 36 erzeugt wird, der seinerseits durch die beiden Oszillatoren 24 und 28
gespeist wird. An einen auf den Synchrondetektor 34 folgenden Ausgang 37 kann ein in Fig.5 nicht im
einzelnen dargestellter Indikator angeschlossen werden, der die Größe der ihm zugeführten Gleichspannung
sichtbar werden läßt, die proportional ist zur Größe der Komponente des zu messenden Magnetfeldes entlang
der Achse schwerer Magnetisierung der Sonde.
Bei einer Ausführungsvariante, die der in F i g. 5 mit gestrichelten Linien dargestellten Schaltung entspricht,
wird die am Ausgang 37 erscheinende Gleichspannung abgenommen, in einem Gleichspannungsverstärker 38
verstärkt und erneut in die Erregerspule der Sonde 20 mit einem solchen Vorzeichen eingespeist, daß das
Magnetfeld kompensiert wird. Auf diese Weise läßt sich eine Spannungsrückführung für die Ausgangsspannung
realisieren.
Wenn man den Schutz gegen das Erregersignal mit der Frequenz F verbessern und an den Anschlußklemmen
der Sonde nur die auf die Existenz eines Magnetfeldes Λ zurückzuführenden Signale abnehmen
will, so empfiehlt es sich, entweder zwei dünne magnetische Schichten, deren Achsen schwerer Magnetisierung
zueinander parallel verlaufen und die von einer gemeinsamen Erregerspule gespeist werden und mit
zwei einander entgegengeschalteten Abnahmespulen für die Abnahme des Nutzsignals umgeben sind, oder
eine dünne magnetische Schicht zu verwenden, die durch zwei einander entgegengeschaltete Erregerspulen
gespeist wird und von einer passend angeordneten Abnahmespule für die Abnahme des Nutzsignals
umgeben ist; die induzierten Spannungen mit der Frequenz F, die von der Erregung herrühren, kompensieren
sich dann gegenseitig, während die induzierten Spannungen in den dünnen Schichten, die an die
Anwesenheit des zu messenden Magnetfeldes gebunden sind, sich zueinander addieren.
Bei einer zweiten Ausführungsform für ein erfindungsgemäß ausgebildetes Magnetometer wird die
dritte Harmonische des an den Klemmen der Sonde abgenommenen elektrischen Signals analysiert. Eine
solche Analysierschaltung läßt sich aus der in F i g. 5 dargestellten Schaltung dadurch erhalten, daß der
Verstärker 26 durch einen selektiven Verstärker ersetzt wird, der auf die Frequenz 3F abgestimmt ist. Diese
Ausführungsvariante führt zwar, wie dies oben bereits erwähnt ist, zu einer geringeren Empfindlichkeit, sie
ermöglicht es jedoch, sich völlig von den Signalen mit der Frequenz /^freizumachen, die gegebenenfalls durch
die Erregersignale in die Analysierschaltung eingebracht werden könnten.
Wie dies bereits oben in Verbindung mit Fig.3
aufgezeigt worden ist, genügt es, wenn man gleichzeitig die Grundfrequenz und die dritte Harmonische
ι« analysieren will, zwei entsprechende Analyseketten
vorzusehen, und es ist dann von Vorteil, das Anisotropiefeld Hk etwa auf den Wert 3,6Oe zu
bringen, für den in beiden Fällen die Empfindlichkeiten KF und K3F jeweils 90% der jeweiligen Maximalwerte
i> annehmen.
Bei einer anderen Ausführungsform wird die abgenommene Spannung V verstärkt und dient zur Speisung
der Erregerspule, die Teil eines Schwingkreises ist, so
daß die gesamte Schaltung einen Oszillator darstellt Ein
-'" solcher Fall ist in Fig.6 dargestellt, wo die Sonde 20
durch eine Wicklung 40 erregt wird, die parallel zu einem Kondensator 42 geschaltet ist und mit der in der
dünnen magnetischen Schicht erzeugten und in einem Verstärker 44 verstärkten Spannung gespeist wird. Bei
:r> dieser Oszillato schaltung wird die Größe des Magnetfeldes
h aus der Schwingungsamplitude hergeleitet.
Wenn die Näherung Λ2 ■<
Hk2, die zur Proportionalität zwischen der Spannung VVund h führt, für bestimmte
zu messende Magnetfelder nicht erfüllt ist, kann man
i» sich zu ihrer Erfüllung mit Vorteil einer Kompensationsspule bedienen, deren Achse parallel zur Achse
schwerer Magnetisierung der entsprechenden magnetischen Schicht liegt und die von einem Gleichstrom
durchflossen wird, der ein dem zu messenden Magnetic
feld entgegengerichtetes Magnetfeld erzeugt, wobei die Sonde in diesem Falle die Differenz zwischen dem zu
messenden Magnetfeld einerseits und dem als bekannt anzunehmenden Kompensationsfeld andererseits anzeigt.
4(i Dabei kann die Kompensation des zu messenden Magnetfeldes total sein; der Gleichstrom wird dann
beispielsweise von Hand so eingestellt, daß die Spannung ν zu Null wird; bei dieser Nullmethode wird
die Größe des zu messenden Magnetfeldes aus dem in 3 der Kompensationswicklung fließenden Strom abgeleitet.
Als ein erläuterndes Beispiel ist in Fig.7 eine spezielle Schaltung für eine Sonde dargestellt; dabei
sind ein die dünne magnetische Schicht 10 tragender
so Draht 50 und die Meßwicklung 52 in ein beispielsweise
aus Glas bestehendes isolierendes Rohr 54 eingeschoben, auf das die Erregerwicklung 56 aufgewickelt ist. Ein
weiterer Draht 58 dient zur anfänglichen Sättigung; dieser Draht kann selbstverständlich auch wegbleiben,
5ί wobei seine Aufgabe dann von der Meßwicklung 52 zu
übernehmen ist Die Speisung der Erregerwicklung erfolgt über ein Koaxialkabel 60; das an den Enden der
Sonde abgenommene Signal wird über ein Koaxialkabel 62 abgeführt. Die gesamte Schaltung kann gegebenen-
bo falls in ein Material 64 eingebettet werden, das den
mechanischen Zusammenhalt der Sonde verbessert. Der die magnetische Schicht 10 tragende Draht 50 ist
seinerseits als beispielsweise aus Quarz bestehendes isolierendes Hohlrohr ausgebildet, durch dessen Inneres
fi5 die Meßwicklung 52 hindurchgeführt ist. In F i g. 7 ist die
Meßwicklung 52 nur als einzelner Draht dargestellt, sie weist jedoch wie bereits oben erwähnt, vorteilhaft
mehrere Windungen auf und nimmt dann die Allgemein-
form einer um den die magnetische Schicht 10
tragenden Draht herumgewickelten Wicklung an. Die
Anmeldern hat auf diese Weise eine Sonde gebaut,
deren Empfindlichkeit etwa 70 Nanovolt/Garnma und
deren Rauschen größenordnungsmäßig 2 Nanovolt/
Gamma betrug, was 3 Centigamma entspricht
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich zwar auf
eine Bauweise, bei der die dünne ferromagnetische
Schicht auf einen zylindrischen Träger aufgebracht ist,
da diese Anordnung am leichtesten die Realisierung
einer Monodomänen-Konfiguration für die dünne
10
magnetische Schicht ermöglicht, durch die sich das
Rauschen auf eben Micimalwert bringen läßt, die Erfindung selbst erstreckt sich jedoch ganz allgemein
auf dünne magnetische Schichten, sie umfaßt also auch
nicht zylindrische, beispielsweise ebene magnetische Schichten, sofern nur die Lagebedingungen für die
Achsen der Erregerwicklung, des zu messenden Magnetfeldes und des Abnahmekreises für das Nutzsignal in Relation zur Richtung der leichten Magnetisierung der dünnen magnetischen Schicht eingehalten
werden.
Claims (22)
1. Verfahren zum Messen eines Magnetfeldes entlang einer Achse, bei dem eine dünne ferromagnetische
Schicht, die eine Achse leichter Magnetisierbarkeit,
eine Achse schwerer Magnetisierbarkeit und ein Anisotropiefeld besitzt, mit ihrer Achse
schwerer Magnetisierbarkeit parallel zur Achse des zu messenden Magnetfeldes angeordnet, an diese
dünne Schicht ein magnetisches Wechselfeld der Frequenz F in Richtung der Achse schwerer
Magnetisierbarkeit angelegt und ein die temporären Änderungen der magnetischen Induktion in der
dünnen Schicht wiedergebendes elektrisches Signal abgenommen und analysiert wird, dadurch
gekennzeichnet,
daß das magnetische Wechselfeld in seiner Amplitude kleiner bemessen wird ais das Anisotropiefeld der
dünnen Schicht und
daß für die Analyse die dem entlang der Achse schwerer Magnetisierbarkeit der dünnen Schicht
gerichteten Magnetfeld proportionale Amplitude einer ungeradzahligen Harmonischen des elektrischen
Signals gemessen wird.
2. Verfahren zum Messen eines Magnetfeldes entlang einer Achse, bei dem eine dünne ferromagnetische
Schicht, die eine Achse leichter Magnetisierbarkeit, eine Achse schwerer Magnetisierbarkeit
und ein Anisotropiefeld besitzt, mit ihrer Achse schwerer Magnetisierbarkeit paraljel zur Achse des
zu messenden Magnetfeldes angeordnet, an diese dünne Schicht ein magnetisches Wechselfeld der
Frequenz F in Richtung der Achse schwerer Magnetisierbarkeit angelegt und ein die temporären
Änderungen der magnetischen Induktion in der dünnen Schicht wiedergebendes elektrisches Signal
abgenommen und analysiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Wechselfeld in seiner
Amplitude kleiner bemessen wird als das Anisotropiefeld der dünnen Schicht, daß die dünne ferromagnetische
Schicht zylindrisch mit in Umfangsrichtung verlaufender Achse leichter Magnetisierbarkeit
ausgebildet wird und daß das elektrische Signal unter Abnahme der elektrischen Spannung gewonnen
wird, die an den Anschlußklemmen mindestens einer die dünne Schicht umgebenden Leiterschleife
mit zur Achse leichter Magnetisierbarkeit paralleler Achse auftritt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne ferromagnetische
Schicht als magnetische Monodomäne ausgebildet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne ferromagnetische
Schicht anfänglich durch Anlage eines Magnetfeldes entlang der Achse leichter Magnetisierung dieser
Schicht gesättigt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Spannung abgenommen
wird, die an den Enden mindestens einer Leiterschleife auftritt, die um die dünne ferromagnetische
Schicht herumgelegt ist und eine mit deren Achse leichter Magnetisierbarkeit zusammenfallende
Achse aufweist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anlage des magnetischen Wechselfeldes
ausgehend von dem abgenommenen und verstärkten elektrischen Signal ein Wechselstrom
erzeugt wird, mit dem eine einen Teil eines Schwingkreises bildende Spule gespeist wird, und
daß die Größe des zu messenden Magnetfeldes aus s der Amplitude der auf diese Weise entstehenden
Schwingungen hergeleitet wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das zu messende Magnetfeld
durch ein regelbares und bekanntes Magnetfeld
ίο kompensiert wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensation des Magnetfeldes in
einer Nullmethode mit totaler Kompensation des zu messenden Magnetfeldes vorgenommen wird.
r>
9. Magnetometer zum Durchführen des Verfahrens
nach Anspruch I mit einer dünnen ferromagnetischen Schicht, die eine Achse leichter Magnetisierbarkeit,
eine Achse schwerer Magnetisierbarkeit und einen vorgegebenen Wert für das Anisotropiefeld
aufweist, mit einer mit einem Wechselstrom der Frequenz F speisbaren Erregerspule mit zur
Richtung schwerer Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht paralleler Achse, mit einem Stromgenerator,
mit einem Abnahmekreis für die Abnahme
r> einer elektrischen Signals, das die temporären Änderungen der magnetischen Induktion in der
dünnen Schicht repräsentiert, und mit einer elektronischen Analysierschaltung zum Analysieren dieses
elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß
so der in der Erregerspule fließende Wechselstrom eine Amplitude aufweist, die unterhalb der Amplitude
liegt, die ein Magnetfeld mit der Amplitude des Anisotropiefeldes gleicher Amplitude hervorruft,
und daß die Analysierschaltung einen ersten
i") Verstärker, der selektiv auf eine Frequenz f
abgestimmt ist und mit dem zu analysierenden elektrischen Signal gespeist wird, einen mit dem
ersten Verstärker verbundenen Synchrondetektor, der die Amplitude der verstärkten Spannung mit der
tu Frequenz f angibt, wobei die Frequenz f einen
beliebigen der Werte Fund 3Fannehmen kann, und eine Leserstufe für die Auslesung dieser Amplitude
enthält, die für die zur Achse schwerer Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht parallele Komponente
ι> des zu messenden Magnetfeldes repräsentativ ist.
10. Magnetometer zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 2 mit einer dünnen ferromagnetischen
Schicht, die eine Achse leichter Magnetisierbarkeit, eine Achse schwerer Magnetisierbarkeit
in und einen vorgegebenen Wert für das Anisotropiefeld
aufweist, mit einer mit einem Wechselstrom der Frequenz F speisbaren Erregerspule mit zur
Richtung schwerer Magnetisierbarkeit in der dünnen Schicht paralleler Achse, mit einem Stromgene-
->r> rator, mit einem Abnahmekreis für die Abnahme
eines elektrischen Signals, das die temporären Änderungen der magnetischen Induktion in der
dünnen Schicht repräsentiert, und mit einer elektronischen Analysierschaltung zum Analysieren dieses
Mi elektrischen Signals, dadurch gekennzeichnet, daß
der in der Erregerspule fließende Wechselstrom eine Amplitude aufweist, die unterhalb der Amplitude
liegt, die ein Magnetfeld mit der Amplitude des Anisotropiefeldes gleicher Amplitude hervorruft,
hr) daß die dünne ferromagnetische Schicht zylindrisch
mit in Umfangsrichtung liegender Achse leichter Magnetisierbarkeit ausgebildet ist und daß der
Abnahmekreis aus mindestens einer die dünne
Schicht umgebenden Leiterschleife mit zur Achse leichter Magnetisierbarkeit paralleler Achse besteht
11. Magnetometer nach Anspruch 9 oder 10,
dadurch gekennzeichnet, daß es außerdem eine Sättigungsschaltung für die Sättigung der dünnen
ferromagnetischen Schicht entlang deren Achse leichter Magnetisierbarkeit enthält
12. Magnetometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne ferromagnetische
Schicht zylindrisch mit in Umfangsrichtung liegender Achse leichter Magnetisierbarkeit ausgebildet
ist
13. Magnetometer nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne ferromagnetische
Schicht auf einem isolierenden Draht abgeschieden ι ~> ist
14. Magnetometer nach Anspruch 10 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne ferromagnetische
Schicht auf einem hohlen Träger abgeschieden ist und daß die Leiterschleife für die .'o
Signalabnahme durch das Innere dieses hohlen Trägers hindurchgeführt ist
15. Magnetometer nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne ferromagnetische
Schicht auf einem hohlen Träger abgeschieden ist 2ϊ
und daß durch diesen Träger entlang seiner Achse ein leitender Draht hindurchgeführt ist, der einen
Teil der Sättigungsschaltung für die anfängliche Sättigung der dünnen ferromagnetischen Schicht
entlang ihrer Achse leichter Magnetisierbarkeit so bildet.
16. Magnetometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Analysierschaltung nach
dem ersten selektiven Verstärker weiterhin einen zweiten Oszillator mit einer Frequenz ('ψί, einen r>
ersten Frequenzwandler, der mit dem Ausgangssignal des ersten selektiven Verstärkers und dem
Ausgangssignal des zweiten Oszillators gespeist wird, einen zweiten selektiven Verstärker, der auf
eine Frequenz \ f— f'\ abgestimmt und an den in
Ausgang des ersten Frequenzwandlers angeschlossen ist, einen zweiten Frequenzwandler, der das
Ausgangssignal des ersten Oszillators der Frequenz fund das Ausgangssignal des zweiten Oszillators der
Frequenz /"'zugeführt erhält und an seinem Ausgang r>
ein Bezugssignal der Frequenz | /— f | abgibt, aufweist und daß der Synchrondetektor mit dem
Ausgangssignal des zweiten selektiven Verstärkers der Frequenz | f—f'\ und dem Bezugssignal aus dem
zweiten Frequenzwandler gespeist wird und seinerseits ein Gleichspannungssignal abgibt, das der zu
messenden Magnetfeldkomponente proportional ist.
17. Magnetometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß es weiterhin eine Reinjekticnsschaltung
enthält, die einen an den Ausgang der r> Analysierschaltung angeschlossenen und ein der zu
messenden Magnetfeldkomponente proportionales Gleichspannungssignal abgebenden Gleichspannungsverstärker
und die Erregerwicklung umfaßt.
18. Magnetometer nach Anspruch 9, dadurch e>o
gekennzeichnet, daß es zwei dünne ferromagnetische Schichten mit zueinander parallelen Achsen
schwerer Magnetisierbarkeit enthält, deren Erregerwicklungen für beide Schichten in gleichem Sinne
gewickelt sind und deren Abnahmespulen für die br> Abnahme des Nutzsignals einander elektrisch
entgegengeschaltet sind und die Analysierschaltung mit einem Signal der Fundamentalfrequenz F
speisen.
19. Magnetometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule Teil eines
Schwingkreises bildet und mit dem an der dünnen ferromagnetischen Schicht abgenommenen und
zu"or verstärkten Signal gespeist wird und daß ein Meßgerät für die Messung der Amplitude der
Schwingungen im Schwingkreis vorgesehen ist
20. Magnetometer nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet daß es zusätzlich eine
Kompensationswicklung mit zur Achse schwerer Magnetisierbarkeit der dünnen ferromagnetischen
Schicht liegender Achse aufweist die aus einem regelbaren Gleichstromgenerator speisbar ist
21. Magnetometer nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet daß es außerdem einen an die
Anschlußklemmen des Abnahmekreises für die Signalabnahme angeschlossenen Nulldetektor und
einen Indikator für den durch die Kompensationsspule fließenden Strom enthält
22. Magnetometer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß die Analysierschaltung zwei
umschaltbare Meßketten enthält, die auf die Frequenzen Fbzw. 3Fabgestimmt sind, und daß das
Anisotropiefeld der dünnen ferromagnetischen Schicht bei einem Wert von etwa 3,6 Oe liegt.
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