DE1591871A1 - Anordnung zur Messung von Magnetfeldern - Google Patents
Anordnung zur Messung von MagnetfeldernInfo
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Description
Anordnung zur Messung von Magnetfeldern
Zusatz zur Patentanmeldung 0 34686 IZ d/21 e β DAS
1 234 848
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Anordnungen sur Messung von Magnetfeldern» mit einem
sättigbaren ferromagnetisohen Kern im Inneren einer
einsigen Sondenwioklung, die einerseits mit einem
Generator für den Irregungsweohselstrom und andererseits mit einer MeSsohaltung verbunden ist, in
Ot/r
welcher
009837/0338
welcher die bei jeder Halbwelle des Erregungestromes in der Wicklung entstehenden Spitzenwerte der Sättigungsströme integriert werden und welche an ihrem
Ausgang eine der Differenz zwischen den Sättigungs-8tromen'proportionale Spannung abgibt, nach Patent
... (Patentanmeldung 0 34686 IX d/21 e = DAS 1234848).
Das im Hauptpatent beschriebene Magnetometer umfaßt für die Erregung der Sonde einen Generator für sinusförmigen Wechselstrom und eine daran angeschlossene
Anpassungsschaltung mit niedrigem Innenwiderstand,
wobei die Ankopplungen mittels auf die Generatorfrequenz abgestimmter Übertrager ausgeführt sind.
Bei gewissen Anwendungefällen ist es wünschenswert, die Benutzung solcher übertrager zu vermeiden.
Ss ist ein Ziel der Erfindung, die symmetrische Anpaesungssohaltung der erwähnten Anordnung duroh ein·
neu· Sohaltung zu ersetzen, bei wtloher Ankopplung·!!
mittels abgestimmt« Übertrager nioht vorhanden sind*
ist zur symmetrisch®*» Anpassung zwisoh«B der Sondenwioklang us* "dta ttonarator für den
eine liriiafcaöeohaltuBg Torg«it~
hen, die in Reihe mit einem Ladewiderstand an den
Klemmen einer Diagonale mittels einer Gleichstromquelle gespeist ist, während die Primärwicklung des
Erregungsttbertragers der Sonde an die andere Diagonale
angeschlossen ist, wobei jeder Brttokenzweig
einen unterbrecher enthält und die Unterbrecher der beiden nicht benachbarten Zweige durch die Gen.eratorsignale
synchron gesteuert sind.
Bei einer bevorzugten Ausführungeform der Erfindung ist der Wechselstromgenerator für die Sondenerregung
als Multivibrator ausgebildet, der einem bistabilen Multivibrator zugeordnet ist.
Dieser Aufbau der Anpassungsschaltung hat gegenüber der Verwendung abgestimmter Übertrager gewisse Torteile.
Die Frequenz des freien Multivibrators kann um etwa + 30 i» schwanken, ohne daß der Betrieb bzw*
die Kennwerte des Magnetometers dadurch beeinträchtigt würden. Tatsächlich werden die Form und die
Amplitude der Stromimpulse nicht verändert. Kur der Zeitabstand zwischen zwei Impulsen hängt von der
Frequenz ab. Bin wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht daher darin, daß sie gegen
über 009837/0336
über Frequenzveränderungen des Erregungsgenerators
für die Sonde unempfindlich bleibt. Infolgedessen benötigt die Magnetometerschaltung keine Regelung
in Abhängigkeit von der Erregungsfrequenz mehr.
Das Magnetfeld kann in Form einer Differential-Gleichspannung am Ausgang zweier Integratorschaltungen
erfolgen, wie beim Hauptpatent vorgesehen. Gemäß einer dort bereits angegebenen Anordnung liefert
die verstärkte Differenzspannung den Gegenkopplungs-Strom, welcher einen aus der Sekundärwicklung
des Erregungsübertragers und der einzigen Wicklung der Sonde bestehenden Kreis durchläuft und
welcher darin einen Kompensations-Magnetfluß erzeugt, der das auf die Sonde einwirkende äußere Magnetfeld
ausgleicht. Der Erregungs-Stromkreis für die Sonde ist über einen Kondensator geschlossen, der an den
Klemmen dieser beiden Wicklungen liegt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Darin zeigen:
Fig. 1 ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung, und
00.9837/0338 yig.
Pig. 2 und 3 Diagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schaltung von Figur 1.
In der Figur 1 bezeichnet 50 einen Multivibrator, dessen
Frequenz beispielsweise 40 kHz beträgt. Er steuert einen bistabilen Multivibrator 51» welcher komplementäre
Signale S und S* liefert. Eine Brückenschaltung bildet eine symmetrische Anpassungsschaltung, welche
vier Transistoren !D 10 bis T 13 aufweist. Dabei sind die Transistoren T 10 und T 11 von gleichem Typ, beispielsweise
npn-Transistören, während T 12 und T 13
Transistoren von komplementärem Typ sind, im Beispiel also pnp-Transistören. Die Kollektoren der Transistoren
T 10, T 11 und T 12, T 13 stellen die Klemmen einer Brückendiagonale dar, die in Reihe mit einem
Ladewiderstand 53 zwischen einer positiven Spannungsquelle und Masse angeschlossen ist. Die andere Brükkendiagonale
zwischen den Emittern der Transistoren T 10, T 12 und T 11, T 13 enthält die Primärwicklung
eines Erregungstibertragers 57 für die Sonde 60 sowie einen Kondensator 58. Über zwei Spannungsteiler 54»
werden die Signale S, S jeweils der Basis der Transistoren T 10, T 12 bzw. T 11, T 13 zugeführt. Diese
Basen sind über einen Kondensator 56 miteinander ver
009837/0330
bunden, welcher eine Zeitkonstante für das Auftreten der Spannung am Eingang der Brtickenschaltung 52 bewirkt.
Eine Weichen- bzw. Trennschaltung 59 umfaßt zwei Transistoren T 14, T 15 von gleicher Art, die
über ihre Emitter an den Ladewiderstand 53 angeschlossen sind. Der Basis dieser Transistoren werden jeweils
die Signale S bzw. S* zugeführt, und ihre Kollektoren sind mit Anzeige- und Spitzenwert-Integrations-Schaltungen
61, 62 verbunden. Die Ausgänge dieser letzteren sind an einen Gleichstrom-Differentialverstärker
63 angeschlossen. An dessen Ausgangsklemmen 66 liegt einerseits ein Gegenkopplungskreis, der
aus einem Widerstand 64, der Sonden-Erregungswicklung 60 und der Sekundärwicklung des Übertragers 57 besteht,
und andererseits ein Kondensator 65, über welchen der Erregungsstromkreis für die Sonde geschlossen
ist.
Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist die folgende. Ton dem Multivibrator 50 gehen Raohtecksignsle aus,
deren Frauen» durch den bistabilen Multivibrator 51
in der Weise halblere wird, daß r·* iswel Signale S, S
νοϊΐ <*η kHz mit entgegengesetzter Phase liefert. Diese
.ale wer&«m den B&ssü der iransiiätoren der Brüoken-
■ohaltung
0Q3837/Q33S
schaltung 52 zugeführt, welche die Rolle von Unterbrechern spielen. Ist "beispielsweise S eine positive
Rechteck-Halbwelle, so wird Transistor T 10 gesättigt
und T 12 gesperrt; gleichzeitig wird durch die negative Rechteck-Halbwelle Έ der Transistor T 13 gesättigt
und T 11 gesperrt. Die Transistoren T 10, T 13 sind auf diese Weise leitend und der von der positiven
Spannungsquelle ausgehende Strom fließt auf dem
folgenden Pfad: Transistor T 10, Primärwicklung des Übertragers 57, Kondensator 58, Transistor T 13 und
Ladewiderstand 53. Bei der darauffolgenden Halbwelle sind die Transistoren T 10 und T 13 gesperrt, während
die Transistoren T 11 und T 12 leitend sind. Der Strom fließt dieses Mal daher auf dem Pfad: Transistor T 11,
Kondensator 58, Primärwicklung des Übertragers 57, Transistor T 12 und Ladewiderstand 53. Alle Vorgänge
laufen so ab, als ob die Transistoren T 11, T 12 sowie T 10, T 13 gekoppelte Unterbrecher wären, die im
Rhythmus der Signale S synchron betätigt werden.
Somit wird die Sondenwicklung 60 von einem Erregungs-Wechselstrom durchflossen, der von der Sekundärwicklung
des Übertragers 57 weitergeleitet und dessen Größe so geregelt wird, daß die Sättigung des ferromagnetieohen
Sondenkerne mit hoher Permeabilität weitgehend
009837/0338
erreicht
erreicht wird. Im Augenblick der Sättigung wird die Impedanz der Sonde sehr niedrig, und zwar praktisch
gleich dem ohmschen Widerstand ihrer Wicklung. In der Primärwicklung des Übertragers 57 steigt der Strom
daher an, bis er nach Aufladung des Kondensators 58 auf Null abfällt.
Ist kein magnetisches G-leichfeld überlagert, so erhält
man mithin an dem Ladewiderstand 53 Stromimpulse wie die in Figur 2 angegebenen Impulse I1, I„. Diese
sind aus Symmetriegründen für jede Halbwelle S des Erregungssignals gleich.
Wenn ein äußeres magnetisches G-leichfeld existiert,
so addiert sich die in Richtung der Achse des Kerns der Sonde 60 verlaufende Komponente dieses Feldes zu
dem Wechselfluß für die eine Reihe von Halbwellen des Erregungsstromes, während sie für die andere Reihe
von Halbwellen diesem Wechselfluß entgegengesetzt gerichtet ist. Infolgedessen ist der Betrag, bei dem
die Sättigung des Kerns erreicht wird, nicht mehr der gleiche; diese Unsymmetrie drückt sich in einer Ungleichheit
der Stromimpulse I1 und Ig aus, wie aus
Figur 3 ersichtlich. Sie Richtung und die Amplitude
der 009837/0338
der Differenz zwischen diesen Strömen ist wie bei der Anordnung nach dem Hauptpatent τοη der Polarität
und der Stärke des äußeren, überlagerten Magnetfeldes abhängig.
Um diese Differenz nutzbar zu machen, müssen die Stromimpulse I1 und I2 getrennt werden, die sämtlich
dem Ladewiderstand 53 zugeführt werden. Hierzu ist die Weichen- bzw. Trennschaltung 59 vorgesehen,
in welcher jeder der Transistoren T 14 und T 15 durch die der jeweiligen Basis zugeführten Signale
S bzw. 'S abwechselnd leitend bzw. gesperrt wird.
Die in Figur 2 und Figur 3 eingezeichneten Signale Ig1 und Ig« stellen die Signale dar, welche am Eingang
der Integratorschaltungen 61 bzw. 62 auftreten. An ihrem Ausgang 1st die Differenz-Gleichspannung
U1 - U2 ein Maß für die entlang der Achse der Sonde
gerichtete Komponente des äußeren Feldes, in dem die Polarität und die Amplitude dieser Differenzspannung
von der Polarität und der Amplitude der genannten Komponente abhängt.
ffaoh Verstärkung duroh den Verstärker 63 kann diese
Dlffartnzepannung
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Differenzspannung unmittelbar an dessen Ausgangsklemmen
66 gemessen werden. Gemäß einer im Hauptpatent für die Messung an schwachen Feldern vorgesehenen
Anordnung kann man auch eine Gegenkopplung verwenden. Die über einen Widerstand 64 zweckmäßig
heruntergesetzte Ausgangsspannung des Verstärkers 63 liefert den Gegenkopplungs-Strom an die einzige
Sondenwicklung 60, der einen dem überlagerten äußeren Magnetfeld entgegengerichteten Magnetfluß erzeugt.
Der Widerstandswert des Widerstandes 64 bestimmt die Empfindlichkeit des Magnetometers, und
der Spannungsabfall an den Klemmen 66 stellt die Ausgangsspannung des Magnetometers dar.
Es ist anzumerken, daß man ohne die Weichen- bzw. Trennschaltung 59 für die Ströme I^, I2 auskommen
könnte, indem anstelle des einen gemeinsamen Ladewiderstandes
53 in di« Kollektorkreise der !Transistoren T 12 bzw. T 13 zwei getrennte, gleichgroße
Widerstände gelegt werden. Biess Lösung hat jedoch
den Nachteil, daß diese Widerstände sehr genau abgeglichen werden müösen9 wobei *λτ Abgleioh unter
Umständen während des Betriebes infolge der ungleijinSEi
Einwirkung verschiedene. Einflußgrößen, insbe-
Bondere 009837/033«
sondere der Temperatur, nicht erhalten "bleibt; dadurch
wird eine Drift hervorgerufen, welche die Genauigkeit
der Messung "beeinträchtigt.
Sämtliche aus der Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervorgehenden Merlanale und Vorteile
der Erfindung einschließlich konstruktiver Einzelheiten und Verfahrensschritte können auch in beliebigen
Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Claims (8)
1. Anordnung zur Messung von Magnetfeldern, mit einem sättigbaren ferromagnetisehen Kern im-Inneren einer
einzigen Sondenwicklung, die einerseits mit einem Generator für den Erregungswechselstrom und andererseits
mit einer Meßschaltung verbunden ist, in welcher die "bei jeder Halbwelle des Erregungsstromes
in der Wicklung entstehenden Spitzenwerte der Sättigungsströme integriert werden und welche an ihrem
Ausgang eine der Differenz zwischen den Sättigungsströmen proportionale Differenzspannung abgibt, nach
Patent ... (Patentanmeldung G 34686 ΙΣ d/21 e = DAS
1 234 848), dadurch gekennzeichnet, daß zur symmetrischen Anpassung zwischen der Sekundärwicklung (60)
und dem Generator für den Erregungswechselstrom eine Brückenschaltung (52) vorgesehen ist, die in Reihe
mit einem Ladewiderstand (53) an den Klemmen einer Diagonale mittels einer Gleichstromquelle gespeist
ist, während die Primärwicklung des Erregungsübertragers (57) der Sonde an die andere Diagonale angeschlossen
ist, und daß jeder Brüokenzweig einen Unterbrecher enthält, wobei die Unterbrecher der beiden nicht
benaofrb arten 009837/0338
benachbarten Zweige durch die G-enaratorsignale
(S, i?) synchron gesteuert sind.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator als Multivibrator (50) ausgebildet
ist, der einem bistabilen Multivibrator (51) zugeordnet ist, welcher Signale (S, 'S) entgegengesetzter
Phase liefert.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterbrecher von Transistoren (T
bis T 13) gebildet sind, wobei die Transistoren der beiden nicht benachbarten Zweige (T 10, T 12, bzw.
T 11, T 13) von komplementärem Typ sind.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vom bistabilen Multivibrator (51) ausgehenden
Signale (S, 3) entgegengesetzter Phase jeweils der Basis von zwei komplementären Transistoren
(T 10, T 12 bzw. T 11, T 13) zweier benachbarter Zweige
zugeführt sind,
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4>
daduroh
gtktnngflohntt
009837/0338
gekennzeichnet, daß in der einen Brückendiagonalen in Reihe mit der Primärwicklung des Erregungsübertragers (57) der Sonde (60) ein Kondensator (58) angeordnet
ist.
6. Anordnung naoh einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß der Ladewiderstand (53) über zwei die Signale (S, 3) des bistabilen Multivibrators
(51) mit entgegengesetzter Phase gesteuerte Unterbrecher mit zwei Anzeige- und Spitzenwert-Integrations-Sohaltungen
(61, 62) verbunden ist.
7· Anordnung naoh Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Unterbrecher aus zwei !Transistoren (T 14, T 15) gleiohen Type bestehen.
8. Anordnung naoh einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß die Differensspannung der Ausgänge (66) der beiden Integrations-Sohaltungen (61, 62)
über einen (Jleiohstrom-Differentialverstärker (63)
einen Gegenkopplungs-Gleiche troin liefert, welcher
die Sondsnwioklung (60) lowie die Sekundärwicklung
de· Erregerübertragers (57) durchfließt, wobei ein Eondeneafcftr (6?) an di* KLem^sn dieser beiden Wiokangeaohlosaeii
ißt.
9837/0330
Leerseite
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR89135A FR91438E (fr) | 1966-12-28 | 1966-12-28 | Perfectionnements aux appareils de mesure de champ magnétique |
FR89135 | 1966-12-28 | ||
DEC0044240 | 1967-12-23 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1591871A1 true DE1591871A1 (de) | 1970-09-10 |
DE1591871B2 DE1591871B2 (de) | 1972-08-24 |
DE1591871C DE1591871C (de) | 1973-03-15 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0490309A2 (de) * | 1990-12-11 | 1992-06-17 | Honeywell Ag | Magnetfeldsensor |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0490309A2 (de) * | 1990-12-11 | 1992-06-17 | Honeywell Ag | Magnetfeldsensor |
DE4039422A1 (de) * | 1990-12-11 | 1992-06-17 | Honeywell Regelsysteme Gmbh | Magnetfeldsensor |
EP0490309A3 (en) * | 1990-12-11 | 1993-07-07 | Honeywell Regelsysteme Gmbh | Magnetic field sensor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR91438E (fr) | 1968-06-07 |
NL6717728A (de) | 1968-07-01 |
SE330732B (de) | 1970-11-30 |
GB1180470A (en) | 1970-02-04 |
DE1591871B2 (de) | 1972-08-24 |
US3515985A (en) | 1970-06-02 |
CH486705A (fr) | 1970-02-28 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) |