DE1082344B

DE1082344B - Einrichtung zur Messung des Feldgradienten schwacher magnetischer Felder

Info

Publication number: DE1082344B
Application number: DES54305A
Authority: DE
Inventors: Dr Herbert Weiss
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1957-07-16
Filing date: 1957-07-16
Publication date: 1960-05-25

Description

Einrichtung zur Messung des Feldgradienten schwacher magnetischer Felder Es sind elektrische Meßgeräte zur Messung von Magnetfeldern und von durch sie abgebildeten Größen bekanntgeworden, bei denen als Meßglieder Hall-Generatoren vorgesehen sind. Der Vorteil derartiger Geräte gegenüber schon länger bekannten Hall-Spannungserzeugern beruht darauf, daß - dank der Verwendung von Halbleiterstoffen mit Trägerbeweglichkeiten von mindestens 6000 cm2/Vsec - die Hall-Spannung über Galvanometergrößen hinausgehend leistungsmäßig belastet werden kann, daß es also möglich ist, die Hall-Spannung unmittelbar, ohne Verstärker mit hochohmigem Eingang, auf leistungsaufnehmende Einrichtungen zu schalten. Bei den früher bekannten Geräten dieser Art, z. B. bei einem Germanium-Halbleitergerät, würde die Hall-Spannung bei einer solchen Belastung zusammenbrechen.
Weiterhin sind Geräte vorgeschlagen worden, bei denen zur Steigerung der Empfindlichkeit der Hall-Generator zwischen zwei weichmagnetischen Metallstäben angeordnet und die Hall-Spannung rückgekoppelt ist, ferner Geräte, bei denen weiterhin Mittel vorgesehen sind zur Kompensation des Nulleffektes und des Temperatureffektes. Schließlich sind Maßnahmen zur Kompensation von Störfeldern und zur Beseitigung von Verfälschungen des Ofeßergebnisses auf Grund von Hystereseerscheinungen bei den weichmagnetischen Metallstäben eine magnetische Gegenkopplung eines Kompensationsverstärkers, auf den die Hall-Spannung des Hall-Generators geschaltet ist, vorgeschlagen worden.
Gegenstand der Erfindung ist eine Weiterbildung der vorgenannten Geräte zur Messung des Feldgradienten schwach magnetischer Felder. Sie betrifft eine Einrichtung zur Messung des Feldgradienten schwacher Magnetfelder mit Hilfe von zwei in dem Feldbereich, dessen Gradient bestimmt werden soll, angeordneten Hall-Generatoren. Nach der Erfindung induziert eine im Hall-Kreis des einen Hall-Generators angeordnete Spule den anderen Hall-Generator in derartigem Sinne und ist so dimensioniert, daß das von ihr erzeugte Feld beim Gradienten Null die Hall-Spannung dieses Hall-Generators gerade zum Verschwinden bringt, so daß dessen Hall-Spannung ein Maß für den Gradienten darstellt.
Die besonderen Vorteile der Anordnung nach der Erfindung liegen darin, daß der Gradient ohne weiteres in bezug auf große Distanzen gemessen werden kann und in den Sonden eventuell auftretende Hystereseerscheinungen das Meßergebnis nicht beeinflussen können.
In den Fig. 1 und 2 sind Einrichtungen zur Durchführung von Feldgradientenmessungen dargestellt, wie sie in ähnlicher Weise, aber ohne Hall-Generatoren, schon bekannt sind, und zwar zeigt Fig. 1 eine Einrichtung, bei der die beiden Hall-Generatoren primärseitig hintereinandergeschaltet und die Hall-Spannungen galvanisch getrennt gegen geschaltet sind, Fig. 2 eine Einrichtung, bei der die Primärkreise der beiden Hall-Generatoren galvanisch getrennt und die Hall-Spannungen direkt entgegengesetzt hintereinandergeschaltet sind; in Fig. 3 ist das Schaltbild einer Einrichtung gemäß der Erfindung mit magnetischer Gegenkopplung der Hall-Spannungen der Hall-Generatoren dargestellt.
In Fig. 1 sind die beiden Hall-Generatoren mit 1 und 2 bezeichnet. Sie sind primärstrommäßig hintereinandergeschaltet und werden durch die Wechselstromquelle 3 gespeist. Die beiden Hall-Kreise 4 und 5 der Hall-Generatoren 1 und 2 sind induktiv und entgegengesetzt mit dem Meßkreis 6 gekoppelt. Die Spannung am Spannungsmesser 7 gibt ein Maß für den Feldgradienten in bezug auf das Feld am Ort des Hallgenerators 1 einerseits und des Hall-Generators 2 andererseits. Zur Erfassung des Absolutwertes des Feldes am Ort des Hall-Generators 1 dient der Sekundärkreis 8 mit dem Spannungsmeßgerät 9.
Bei der entsprechenden Einrichtung der Fig. 2 werden die Hall-Generatoren 11 und 12 primärseitig durch die galvanisch getrennten Kreise 13 und 14 versorgt. Die beiden Hall-Spannungen sind entgegengesetzt hintereinandergeschaltet, ihre Differenz wird am Spannungsmeßgerät 15 abgelesen. Diese ist ein Maß für den Feldgradienten, bezogen auf den Ort des Hall-Generators 11 einerseits und den Ort des Hall-Generators 12 andererseits. Der Absolutwert des Feldes am Ort des Hall-Generators 11L wird durch das Spannungsmeßgerät 16 erfaßt.
Bei der Einrichtung gemäß Fig. 3 sind die Hall-Generatoren 21 und 22 jeweils zwischen weichmagnetischen Metallstäben, die mit 23, 24, 25 und 30 bezeichnet sind, angeordnet, wie dies bereits früher vorgeschlagen worden ist. Die Hall-Spannungen sind jeweils auf einen Verstärker 27 bzw. 28 geschaltet, z. B. auf einen Kompensationsverstärker - vorzugsweise auf einen Transistorverstärker mit nachfolgender Demodulation durch Ringmodulatoren - mit magnetischer Gegenkopplung. Die Gegenkopplungsspulen sind bei 29 und 26 angegeben. In dem zum Verstärker 27 gehörigen Gegenkopplungskreis ist in Reihe mit der Spule 29 die Spule 31, die auf den zum Hall-Generator 22 gehörigen weichmagnetischen Stab 25 wirkt, angeordnet. Sie ist so dimensioniert, daß das von ihr erzeugte Feld beim Gradienten Null die Hall-Spannung des Hall-Generators 22 gerade zum Verschwinden bringt; die verstärkte Hall-Spannung des Hall-Generators 22, die an dem Spannungsmeßgerät 32 abgelesen wird, stellt somit ein direktes Maß für den Feldgradienten dar.
Durch die magnetische Gegenkopplung werden Verfälschungen des Meßergebnisses vermieden, die durch Hystereseerscheinungen bei den weichmagnetischen Metallstäben eintreten können. Bei der Einrichtung gemäß Fig. 3 treten kleine Unterschiede in der Empfindlichkeit und Temperaturabhängigkeit der beiden Hall-Spannungen nicht störend in Erscheinung. In manchen Fällen ist es ausreichend, wenn nur der der Absolutmessung des magnetischen Feldes dienende Hall-Generator magnetisch gegengekoppelt ist.
PATENTANSPROCHE: 1. Einrichtung zur Messung des Feldgradienten schwacher Magnetfelder mit Hilfe von zwei in dem Feldbereich, dessen Gradient bestimmt werden soll, angeordneten Hall-Generatoren, dadurch gekennzeidhnet, daß eine im Hall-Kreis des einen Hall-Generators angeordnete Spule den anderen Hall-Generator in derartigem Sinn induziert und so dimensioniert ist, daß das von ihr erzeugte Feld beim Gradienten Null die Hall-Spannung dieses Hall-Generators gerade zum Verschwinden bringt, so daß dessen Hall-Spannung ein Maß für den Gradienten darstellt.

Claims

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Hall-Generatoren jeweils zwischen zwei weichmagnetischen Metallstäben angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Hall-Spannungen der Hall-Generatoren je auf einen Verstärker geschaltet sind und daß mindestens ein Hall-Generator eine magnetische Gegenkopplung aufweist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verstärker Transistorverstärker mit nachfolgender Demodulation durch Ringmodulatoren vorgesehen sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 1 998 952, 2 725 504; »Siemens Zeitschrift«, 28 (1954), S. 376 bis 384; »Zeitschrift Metallkunde«, 46 (1955), S. 358 bis 370; »Le Journal de Physique et le Radium Physique Appliquée«, 18 (1957), S. 108A bis 111A.