DE4443025C2 - Verfahren und Einrichtung zur Rastermagnetmikroskopie - Google Patents
Verfahren und Einrichtung zur RastermagnetmikroskopieInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Messung eines an der
Oberfläche eines Prüflings herrschenden permanenten Magnetfel
des sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Zur Messung der Feldstärke werden z. B. Vibrationsmagnetometer
verwendet, bei denen eine oder mehrere Meßpulen über dem Prüf
ling schwingen. So gibt die DE-AS 12 94 550 ein Vibrationsmag
netometer mit zwei in einer oder in parallelen Ebenen liegen
den schwingenden Meßspulen an, wobei das den Meßspulen abge
nommene Signal eine Komponente enthält, die proportional der
Tangentialkomponente der magnetischen Feldstärke in dem Punkt
ist, um welchen die Meßspulen schwingen.
Weiterhin ist aus der DE 43 43 225 C2 ein Verfahren zur zer
störungsfreien Werkstoffprüfung bekannt, bei dem ein Prüfling
mit einem periodisch wechselnden Magnetfeld sowie Schallwellen
beaufschlagt wird, wobei die Ummagnetisierungsvorgänge mit ei
nem induktiven Sensor erfaßt werden, der in einer Ebene paral
lel zum Prüfling angeordnet ist.
Ferner geben Y. Honda et al ein Magnetkraftmikroskop an, bei
dem eine in Schwingungen versetzte magnetische Spitze aus
Cobalt an einem Hebelarm befestigt ist und dieser mittels ei
nes xyz-Scanners über einen Prüfling linienförmig bewegt wird,
wobei durch die magnetische Anziehungskraft des Prüflings die
Frequenz der Schwingung verändert wird und so zur Messung der
magnetischen Feldstärke verwendet werden kann.
Mit allen bisher bekannten Verfahren läßt sich jedoch prinzi
piell nur die tangentiale Komponente des Magnetfeldes messen,
das an der Oberfläche des Prüflings herrscht, ob nun permanent
oder diesem zur Materialuntersuchung periodisch eingeprägt.
Der magnetische Kreis wird dabei zu einem großen Teil durch
die Luft geführt, was zu Streuverlusten und -fehlern führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrich
tung zur Durchführung des Verfahrens zur Messung der orthogo
nalen Komponente der magnetischen Feldstärke, die an der Ober
fläche eines Prüflings auftritt, anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1
angegebenen Merkmalen bzw. durch eine Einrichtung mit den im
Anspruch 7 angegebenen Merkmalen gelöst. Besondere Ausführungs
arten der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Neben der Anwendung in der allgemeinen Werkstoffprüfung und
Qualitätssicherung ist dieses Verfahren zum Einsatz im For
schungs- und Entwicklungsbereich prädestiniert, z. B. bei Ma
gnetbubblespeichern.
Demgemäß ist beim erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich, daß die
Probe zu ihrer Relativbewegung in x-y-Richtung bzw. rotierend bzw.
rotierend-verschoben zusätzlich in hochfrequente Schwingungen ver
setzt wird, die in beliebiger Richtung erfolgen können, vorzugs
weise jedoch orthogonal zum Bewegungsvektor, d. h. in z- bzw. x-
oder y-Richtung. Diese Zusatzbewegung, die der Rasterbewegung ü
berlagert wird, führt zu einer virtuellen Relativgeschwindigkeit
von über drei Metern/Sekunde bei einer Frequenz von 10 Kilohertz
und einer Amplitude von 100 Mikrometern.
In einer Weiterführung des Erfindungsgedankens wird vorgeschlagen,
den Magnetkreis durch die Probe zu schließen, wobei neben den be
kannten Meßverfahren such Messungen mittels eingeprägter magneti
scher Wechselfelder veränderbarer Frequenz und Amplitude vorge
nommen werden können. Auf diese Weise läßt sich z. B. die Koerzi
tivfeldstärke eines Weißschen Bezirks messen oder deren Einfluß
auf Wechselfelder, deren Stärke unterhalb des Remanenzpunktes
liegt. Ebenso können gezielt Informationen auf die Probe geschrie
ben werden.
Eine Prüfspitze wird vorteilhafterweise aus einem dünnen Platin
draht gefertigt, auf den zwei weichmagnetische Schichten z. B. aus
Eisen durch eine un- oder diamagnetische Schicht, etwa aus Wismut,
getrennt werden, wobei diese Schichten elektrolytisch aufgetragen
werden.
Weiterhin läßt sich eine Prüfspitze durch Ausziehen eines Drahts
anfertigen, der aus in un- oder diamagnetischem Werkstoff einge
betteten weichmagnetischen Sonden- und Abschirmdraht oder -drähten
besteht.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Einrichtung ist neben dem pie
zomechanischen Schwingungserreger die Sonde, die aus einer Prüf-
und Versorgungsspitze besteht. Diese Spitzen sind einzeln auswech
selbar und über den Versorgungsbereich magnetisch miteinander ver
bunden. Da sowohl ein Lese- als auch ein Schreibbetrieb möglich
ist, kann es vorteilhaft sein, die Spule und/oder einzelne Meßspu
len magnetisch kurzzuschließen oder zu überbrücken. Durch die mag
netische Abschirmung der Prüfspitze und Messung des Sonden- und/o
der Abschirmkreises läßt sich eine Auflösung etwa in Größe des
Sondendrahtdurchmessers erreichen. Durch Aufteilung des Abschirm
kreises und getrennte Messungen lassen sich dabei zusätzliche In
formationen gewinnen. Ebenso ist eine Abstandsänderung von Prüf-
und/oder Sondenspitze und deren Auswertung denkbar.
Von Vorteil ist auch die Anordnung mehrerer Prüfspitzen in einer
oder mehreren, vorzugsweise zueinander versetzten Reihen zu einer
Lesezeile, mit einer entsprechend ausgeformten Versorgungsleiste.
Das Schreiben erfolgt durch Einprägung eines magnetischen Feldes
in den jeweils gewünschten Sondenkreis.
Neben einer relativ hohen Scangeschwindigkeit zeichnet sich das
Verfahren durch einen einfachen und robusten Aufbau aus, mit dem
sich auch reproduzierbare Meßergebnisse erzielen lassen.
Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren und die erfin
dungsgemäße Einrichtung unter Bezug auf die Zeichnung näher erläu
tert.
Es zeigt:
Fig. 1: eine schematische Darstellung der Sonde,
Fig. 2: einen Schnitt durch die Prüfspitze längs der Linie II-II
in Fig. 1, und
Fig. 3: eine schematische Darstellung der Magnetkreise.
In Fig. 1 ist eine Sonde 1 für die erfindungsgemäße Einrichtung
dargestellt, die aus zwei magnetischen Leitern 2 gebildet wird.
Die Probe 3 wird zwischen der Prüfspitze 4 und der Versorgungs
spitze 5, in x-y-Richtung oder kreisend bzw. kreisend verschoben
bewegt. Prüfspitze 4 und Versorgungsspitze 5 können in gleichem
oder verschiedenem Maße spitz zulaufend ausgeführt sein.
Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausführungsform einer Prüfspitze im
Querschnitt. Um den Sondendraht 7 sind Abschirmdrähte 6 angeord
net, wobei die aus magnetisch leitendem Material bestehenden
Drähte 7, 6 in diamagnetisches Wismut 8 eingebettet sind.
Fig. 3 stellt den Verlauf der einzelnen Magnetkreise dar, die von
der Spule 19 ausgehen. Der Kalibrierkreis 11 dient zur Kalibrie
rung der Einrichtung, die zur Erhöhung der Meßgenauigkeit auch
während des Betriebs erfolgen kann, wobei die Werte der Meßspule 9
als Bezugsgröße verwendet werden. An den Arbeitskreis 12 wird mit
tels Schrauben 18 dor Versorgungskreis 13 bzw. durch Kontaktfedern
17 der Abschirm- 15 und Sondenkreis 16 angeschlossen. Der Proben
tisch 14 mit entsprechenden Antriebsvorrichtungen befindet sich
zwischen der an den Versorgungskreis 13 angeschlossenen Versor
gungsspitze 5 und der Prüfspitze 4, in der der Abschirm- 15 und
Sondenkreis 16 verläuft. Die Auflösung kann durch die Auswechslung
der Spitzen 4, 5, durch Wahl des Spitzendurchmessers und Abstand
der Spitzen 4, 5 zueinander geändert werden. Die Meßspulen 9 im
Versorgungs- 13 und Abschirmkreis 15 liefern z. B. durch Differenz
bildung den Meßwert, evtl. mit Einbeziehung des Meßwertes der Meß
spule 9 des Kalibierkreises 11 als Referenzgröße.
1.
Sonde
2.
magnetischer Leiter
3.
Probe
4.
Prüfspitze
5.
Versorgungsspitze
6.
Abschirmdraht
7.
Sondendraht
8.
Wismut
9.
Meßspule
10.
-
11.
Kalibrierkreis
12.
Arbeitskreis
13.
Versorgungskreis
14.
Probentisch
15.
Abschirmkreis
16.
Sondenkreis
17.
Kontaktfedern
18.
Schrauben
19.
Spule
Claims (10)
1. Verfahren zur Messung eines an der Oberfläche eines
Prüflings herrschenden permanenten Magnetfeldes mittels
einer magnetisch leitfähigen Prüfspitze, die linienför
mig über die Oberfläche des Prüflings bewegt wird, wo
bei jedem Meßpunkt auf der Oberfläche neben einem dem
zu messenden Magnetfeld proportionalen Meßwert ein Ab
standswert der Prüfspitze zur Oberfläche zugeordnet
wird oder durch Verschiebung der Prüfspitze ein kon
stanter Abstand aufrecherhalten wird, wobei aus dem
Meß- und dem Abstandswert gebildete Wertetupel zur
Bilderzeugung für Rastermikroskopieverfahren verwendet
werden,
dadurch gekennzeichnet,
daß über die Prüfspitze (4), die über einen magneti
schen Leiter (13) mit einer magnetisch leitenden Versor
gungsspitze (5) verbunden ist, ein Magnetkreis von der
Oberfläche zu der dieser gegenüberliegenden Unterseite
des Prüflings (3) gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling (3) orthogonal
zu der linienförmigen Bewegung der Prüfspitze (4) mit
einer mechanischen Schwingung veränderbarer Amplitude
und Frequenz beaufschlagt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Prüfling (3) über den
aus Prüfspitze (4), magnetischen Leiter (13) und Ver
sorgungsspitze (5) gebildeten Magnetkreis mit einem
magnetischen Feld veränderbarer Amplitude und Frequenz
beaufschlagt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die magnetische Be
aufschlagung des Prüflings (3) analoge oder digitale
Informationen in diesem gespeichert werden.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkreis in der
Prüfspitze (4) aus einem Abschirm- (15) und einem Son
denkreis (16) gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld, mit dem der
Prüfling (3) beaufschlagt wird, in einem parallelen Ka
librierkreis (11) gemessen wird.
7. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
- 1. daß die Prüfspitze (4) mindestens einen Magnetkreis ausbildet,
- 2. daß der bzw. die Magnetkreise über einen bzw. mehrere magnetische Leiter (13) und eine Versorgungsspitze (5) fortgeführt werden,
- 3. daß an oder in mindestens einem Magnetkreis ein Sen sor (9) zur Messung des magnetischen Flusses oder der magnetischen Feldstärke angeordnet ist, und
- 4. daß zumindest die Prüfspitze (4) in der z-Achse bzw. im Abstand zur Oberfläche des Prüflings (3) verstellbar ist.
8. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe der Prüfspitze (4)
ein xy-Tisch und ein piezomechanischer Schwinger ange
ordnet sind.
9. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Prüf- (4) und/oder Ver
sorgungsspitzen (5) am Magnetkreis lösbar befestigt
sind.
10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die Anordnung von
Prüfspitzen (4) in einer oder mehreren, zueinander ver
setzten Reihen eine Lese- und/oder Schreibzeile aufge
baut wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4443025A DE4443025C2 (de) | 1994-12-02 | 1994-12-02 | Verfahren und Einrichtung zur Rastermagnetmikroskopie |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE4443025A DE4443025C2 (de) | 1994-12-02 | 1994-12-02 | Verfahren und Einrichtung zur Rastermagnetmikroskopie |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4443025A1 DE4443025A1 (de) | 1996-10-02 |
DE4443025C2 true DE4443025C2 (de) | 1999-10-14 |
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ID=6534800
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DE4443025A Expired - Fee Related DE4443025C2 (de) | 1994-12-02 | 1994-12-02 | Verfahren und Einrichtung zur Rastermagnetmikroskopie |
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CN112816546B (zh) * | 2021-02-03 | 2024-04-30 | 中海石油(中国)有限公司 | 一种三轴漏磁内检测器整机传感器校正装置及校正方法 |
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DE4343225C2 (de) * | 1992-12-23 | 1996-05-02 | Fraunhofer Ges Forschung | Verfahren zur zerstörungsfreien Werkstoffprüfung |
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- 1994-12-02 DE DE4443025A patent/DE4443025C2/de not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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DE4443025A1 (de) | 1996-10-02 |
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