DE3124255C2 - Magnetisches Sensorgerät - Google Patents

Abstract

Bei einem magnetischen Sensorgerät mit einem Paar von ausgerichteten magnetischen Feldsensoren in Längsrichtung und im Abstand voneinander innerhalb eines Rohres ist eine mechanische Einrichtung zum Kompensieren der Fehlausrichtung der Sensorachsen vorgesehen. Die Kompensationseinrichtung nimmt die Form eines nicht-magnetischen Teiles ein, welches mit einem Ende des Rohres für eine Drehung um die Rohrachse zusammenwirkt. Innerhalb dieses nicht-magnetischen Teils ist innerhalb einer diametral verlaufenden Gewindebohrung, die durch das drehbare Teil angeordnet ist, ein Stift aus leicht magnetisierbarem Material eingeschraubt. Einstellungen hinsichtlich der Lage des magnetischen Körpers relativ zu den Sensoren können erfolgen, indem der Stift innerhalb der Gewindebohrung durch eine Schraubbewegung lageverändert wird, um den Radialabstand des magnetischen Stiftes gegenüber der Achse des Rohres zu verändern. Die Ausrichtung des magnetischen Körpers relativ zu den Sensoren kann durch Drehen des Teiles erfolgen, von dem es relativ zum Rohr in einer bestimmten Lage aufgenommen wird. Dadurch können die Sensoren mit einer größeren Toleranz fehlausgerichtet sein, ohne daß damit die Funktion des gesamten Gerätes gefährdet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein magnetisches Sensorgerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein derartiges magnetisches Sensorgerät ist in der älteren deutschen OS 29 29 404 vorgeschlagen.

Magnetische Sensorgeräte umfassen gewöhnlich zwei elektrisch gekoppelte Feld-Sensorelemente, die sich innerhalb einer nicht-magnetischen Konstruktion so befinden, daß ihre magnetischen Achsen, zumindest theoretisch, genau parallel oder koaxial ausgerichtet sind. Die Ausgangssignale von zwei Sensoren sind so ausgerichtet, daß sie gegeneinander gerichtet sind. Wenn die Konstruktion in einem gleichförmigen magnetischen Feld in irgendeine Richtung ausgerichtet ist, sind die Feldkomponenten an jedem Sensor gleich, so daß kein Ausgangssignal der Kombination der Sensoren resultiert. Wenn ein magnetisches Objekt innerhalb des Erfassungsraumes des Instrumentes vorhanden ist, wird das magnetische Feld im allgemeinen an einem der Sensoren stärker sein ais am anderen Sensor, und zwar mit dem Ergebnis, daß das Ausgangssignal eines Sensors größer sein wird als das des anderen, so· daß ein Nettodifferenzsignal erzeugt wird, welches für das Vorhandensein des Objektes indikativ isL

Für eine zufriedenstellende Betriebsg;enauigkeit sollten die magnetischen Achsen der beiden Sensoren genauestens ausgerichtet sein. Die bei einer solchen Ausrichtung erforderliche Präzision liegt im Bereich von ungefähr 3 Bogensekunden, wenn das Signa! infolge einer Fehlausrichtung der magnetischen Achsen kleiner als 1 gamma (10~⁵ gauss) in einem Umgebungs-Magnetfeld von 60 000 gamma sein soll. Wenn die magnetischen Achsen der beiden Sensoren nicht präzise aufeinander ausgerichtet sind, so wird die Komponente des Umgebungsmagnetfeldes, welches entlang der magnetisehen Achse eines Sensors existiert, nicht die gleiche sein wie die Komponente des MagnetFeldes, welches entlang der magnetischen Achse des anderen Sensors vorhanden ist Dementsprechend wird der Unterschied zwischen den beiden Sensorsignalen nicht Null sein. Es wird vielmehr mehr infolge der mechanischen Fchlausrichtung der Sensoren ein Faischsignai erzielt.

Bei bestimmten bekannten Luftspaltgradiometern wurde eine Ausrichtung der Sensoren durch mechanische Ausrichtung oder Abbiegen von strukturellen Teilen erzielt, wie ein Rohr, in dem die Sensoren befestigt sind (US-PS 30 50 679). Mit dieser Anordnung geraten die Sensoren nach einer gewissen Zeit in Fehlausrichtung, so daß Ungenauigkeiten eintreten und ein erneutes Justieren notwendig wird.

Eine weitere Annäherung an dieses Problem der Sensorfehlausrichtung erfolgte dadurch, daß ein solches Gerät mit einer Fehlausrichtungs-Kompensationscinrichtung versehen wird. In diesem Zusammenhang offenbart die US-PS 34 88 579 ein System, bei dem eine Fehlausrichtungs-Kompensation elektrisch vorgenommen wird. Während dieses System eine Kompensation der Ausrichtung mit hoher Präzision vornehmen kann, sind die Kosten für eine derartige Einrichtung so hoch, daß diese die erzielte hohe Genauigkeit nicht rechtferiigen.

Es ist ebenso bereits bekannt, fehlausgerichtcte Kerne und Fremdmagneteinwirkungen dadurch zu kompensieren, daß Körper aus leicht magnetisierbarcm Material vorgesehen werden, die verstellbar in der Niihe eines Gradiometers angeordnet sind.

So ist beispielsweise aus der US-PS 37 57 209 ein Kompensationssystem bekannt, bei dem der mechanische Kompensator aus einem nicht-magnetischen Ring besteht, welcher das Rohr umgibt, sowie einem darauf angebrachten magnetischen Korper. Der Ring kann sowohl in Umfangsrichtung des Rohres als auch entlang dem Rohr bewegt werden, um die richtige Lage des magnetischen Körpers einzustellen und dadurch eine optimale Kompensation zu erzielen. Bei einer anderen Form des Gerätes besteht der mechanische Kompensator aus einer nicht-magnetischen Kappe, die auf ein Ende des Sensorrohres aufgesetzt ist. Der mechanische Kompensator hat dabei einen magnetischen Körper, welcher exzentrisch an der Innenseite der Kappe angcordnet ist. Die Drehung der Kappe innerhalb des Rohres stellt die Lage des magnetischen Körpers ein, um eine optimale Sensorkompensation zu erzielen. Diese Anordnung ist kompakter als die zuvor beschriebene Ringanordnung, ist jedoch weniger flexibel, da keine

b5 Möglichkeit zum Einstellen der Lage des magnetischen, kompensierenden Körpers in Längsrichtung lies Rohres vorgesehen ist.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein magnetisches Sen

sorgcrät mit einer mechanischen Kompensationseinrichtung für die Sensorfehlausrichtung zu schaffen, bei den die Kompensationseinrichtung bei einem breiten Kompensationsbereich möglichst kompakt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelösL

Durch die erfindungsgemäße Lösung wird einerseits eine gute Manipu'ierbarkeit hinsichtlich der beiden Verstellungen und andererseits eine einfache und kompakte Konstruktion erzielt, wenn man den nicht-magnetischen Körper weder vollständig außerhalb, noch vollständig innerhalb des Rohres anbringt, sondern so im Rohr, daß er teilweise endseitig über dus Rohr vorsteht, so daß die Möglichkeit besteht, in diesem Teil auf die an sich bekannte Weise in einer Radialbohrung nur ein leicht magnetisierbares Teil vorzusehen, welches für die Verstellung von außerhalb dieses vorstehenden Abschnittes leicht zugänglich ist, wobei außerdem gewährleistet ist, daß das überstehende Teil bei relativ kleiner Bemessung, d. h. nicht größer als das Rohr seibst, !eicht von I land erfaßt und gedreht werden kann, um eine "n Umfangsrichtung weisende Stellung des leicht magnetisierbaren Körpers vorzunehmen.

Der Rcibsilz gemäß Anspruch 2 gewährleistet eine besonders einfache Dreheinstellung der Kappe um die I .ängsachse des Rohres.

Der in die Radialbohrung eingesetzte Gewindestift erlaubt bei guter Zugänglichkeit im über das Rohr vorstehenden Teil eine leichte Einstellung quer zur Längsachse des Rohres.

Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 5 kann entsprechend F i g. 8 die Kappe selbst drehfest im Rohr angeordnet und nur der daran eingesetzte, den Gewindestift aufnehmende Körper drehbar sein, welcher kleinere Abmessungen haben kann.

Die Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung anhand der in den Zeichnungen rein schematisch dargestellten Ausfühf'ungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines magnetischen Sensorgerätes entsprechend der Erfindung,

I·" i g. 2 eine Schnittansio'ht des distalen Endes des Gerätes gemäß Fig. 1.

F i g. J eine Endansichi des in F i g. 2 dargestellten Rohres ir.it abgenommene«· Kappe.

Fig.4 eine Schnittansitiht eines Teils einer zweiten Ausfiihrungsform eines magnetischen Sensorgerätes entsprechend der Erfindung, und

F i g. 5 eine Endansicht des in F i g. 4 dargestellten Gera tcs.

Entsprechend der Darstellung in Fig. 1 bezeichnet das Be/.ugs/.eichen 10 ein magnetisches Sensorgerät, wie beispielsweise ein magnetisches Suchgerät, welches Kompcnsationsmittel verwendet. Das Suchgerät, welches dazu verwendet werden kann, versteckte Gebrauchsrohre, Vermessungsmarkierungen usw. zu lokalisieren, umfaßt ein zylindrisches Gehäuse 12 mit einer darin befindlichen Elektronik und ein einen Sensor enthaltendes Rohr 14, welches vom Gehäuse 12 ausgeht. Das Gerät ist bei der Verwendung tragbar und das distalc Ende des Rohres 14 kann entlang dem Boden in einer Abiastbewegung hin- und hergeschwungen werden. Ein distinktives 3'gnal wird in Kopfhörern 16 erzeugt, wenn ein magnetisches Objeki lokalisiert wird.

Das Rohr 14, welches au!-nicht-magnetischem Material, wie beispielsweise Aluminium, besteht, enthält magnetische Feldsensoren A und B, die auf einem geeigneten Kern montiert sind, welcher auf bekannte Weise sich mit einem Reibsitz im Rohr 14 befindet Die Feldsensoren vom Luftspalttyp, welche für die Verwendung in dem Gerät geeignet sind, sind beispielsweise in der US-Patentschrift 29 81 885 der Anmelderin offenbart. Ein geeigneter Feldsensor kann einen rohrförmigen magnetischen Kern aufweisen, welcher Erregerwicklungen hat, die in Längsrichtung um den Kern gewickelt sind.

ίο Außerdem hat der Feldsensor über den Umfang des Kerns gewickelte Geberwicklungen. Im Betrieb werden die Erregerwicklungen durch einen Oszillator mit -einem Wechselstrom versorgt Zweite harmonische Flüsse, die in den Feldsensorkernen infolge der Wirkung eines äußeren magnetischen Feldes, welches entlang der Kernachsen (parallel zur Länge der Kerne) wirken, erzeugt werden, schneiden die Geberwicklungen und erzeugen zweite harmonische Ausgangsspannungen darin. Die Ausgangsspannungen vom Feldsensor werden differentiell einem geeigneten Meßgerät zu7?führt, so daß, wenn die Feldsensoren angepaßt sind, sobald ihre Achsen perfekt ausgerichtet sind, das Meßgerät in einem gleichförmigen Feld den Wert Null lesen wird. Wenn jedoch eine Fehlausrichtung einer der beiden Kernachsen vorliegt, wird infolge dieser Fehlausrichtung ein Fehisignal erzeugt.

Für eine mechanische Kompensation zum Ausrichten der magnetischen Achsen der Feldsensorachsen ist am Ende des Rohres 14 eine Kappe 18 aus nicht-magnetischem Material vorgesehen. Diese Kappe besteht beispielsweise aus hartem synthetischen Kunststoff und enthält einen Gewindestift 20 aus leicht magnetisierbarem Material, beispielsweise Permalloy. Eine O-Ringdichtung 22 sitzt zwischen der Kappe 18 und dem Rohr 14 und schafft einen Widerstand gegenüber dem Drehen der Kappe 18, so daß die Kappe in besonderer Ausrichtung verbleibt, in der sie relativ zum Rohr 14 gedreht ist.

Der Gewindestift 20 hat die Form einer Madenschraube, die sich innerhalb einer Gewinderadialbohrung 14 befindet, welche diametral durch die Kappe verläuft. So kann der Radialabstand des Gewindestiftes 20 relativ zur Achse des Rohres 14 durch eine Schraubbewegung des Stiftes nach innen oder nach außen relativ zur Gewinderadialbohrung 24 eingestellt werden. Außen ist die Kappe 18 mit Öffnungen 26 versehen, zur Aufnahme eines Schlüssels oder dgl., welcher dazu verwendet werden kann, die Kappe relativ zum Rohr 14 zu drehen.

so Im Betrieb kann die Ausrichtung des Gewindestiftes 20 relativ zu den Feldsensoren A und B dadurch eingestellt werden, daß die Kappe 20 im Rohr 14 gedreht wird. D°r Radialabstand des Stiftes relativ zur Rohrachse kann durch eine Schraubbewegung des Stiftes innerhalb der Gewinderaf'ialbohrung 24 eingestellt werden. Diese beiden Variablen können verwendet werden, um die korrekte Positionierung der Kappe 18 zu erzielen, um dadurch eine optimale Kompensation der Fehlausrichtung der Feldsewsoren A und B zu erreichen. Die Theorie zur Erzielung einer solchen mechanischen Kompensation wird hier nicht im einzelnen beschrieben, sondern hierzu auf die US-Patentschriften 3Γ 57 209 und 34 87 459 Bezug genommen. Um den Kompensationsmechanismus der Erfindung einzustellen, und zwar zur Erzielung einer optimalen Kompensation der Fehlausrichtung der Feldsensoren A und B, kann das Gerät 10 in einer nicht dargestellten Befestigung angeordnet werden, so daß es um die Längsachse des Rohres 14 in

einem magnetischen Umgebungsfeld senkrecht zu dieser Längsachse gedreht werden kann. Wenn die magnetischen Achsen der Feldsensoren A und B nicht genau miteinander oder parallel zur Längsachse des Rohres 14 ausgerichtet sind, wird ein Signal erzeugt, wenn die An-Ordnung um die Längsachse des Rohres gedreht wird. Die Lage des Gewindestiftes 20 kann dann entweder radial in der Gewinderadialbohrung 24 oder durch Drehung der Kappe 18 eingestellt werden, oder beides, um das erzeugte Signal zu minimieren. Wenn die optimale Lage des Gewindestiftes 20 erreicht ist, kann der Gewindestift innerhalb der Gewinderadialbohrung 24 zementiert werden, um eine weitere Drehung zu vermeiden. Dadurch wird ein Deckel 28 aus elastischem Material, wie Gummi, über das Ende des Rohres 14 gestülpt, so daß dieser Deckel sowohl die Kappe und das Ende des Rohres umgibt.

Eine zweite Form einer Einrichtung zum Kompensieren ist in F i g. 4 und 5 dargestellt, in diesem Faii ist das Rohr 14 mit einer Kappe 18a aus Kunststoff versehen. Zwischen der Kappe und dem Rohr 14 ist wiederum eine O-Ringdichtung 22a vorgesehen.

Die Einrichtung zum Kompensieren dieser Ausführungsform hat die Form einer zylindrischen Platte 30 aus Kunststoff, weiche drehbar in einer Ausnehmung an der Außenseite der Kappe 18a befestigt ist, die von Klemmbacken 32 am Ort gehalten werden. Diese Klemmbacken 32 sind mittels Schrauben 34 in die Kappe eingeschraubt. Die Platte 30 ist wiederum mit einer diametral verlaufenik ^ri Gewindebohrung 24a versehen, die einen Gewindestift 20a aus leicht magnetisierbarem Material enthält. Die Platte 30 ist mit Ausnehmungen 26a und 26b versehen, mittels denen die Platte relativ zur Kappe 18a gedreht werden kann, wenn die Klemmbacken 32 zuvor gelöst worden sind.

Es ist ersichtlich, daß die Einstellung bei dieser Ausführungsforrn auf gleiche Weise cnöigcfi kann Wie bei der zuvor beschriebenen Ausführungsform. So kann der Gewindestift 20a nach innen und nach außen innerhalb der Gewinderadialbohrung 24a geschraubt werden, um den Radialabstand des Gewindestiftes relativ zur Achse des Rohres 14 einzustellen. Nach dieser Einstellung erfolgt wieder eine Einzementierung dieses Gewindestiftes. Die Ausrichtung des Gewindestiftes 20a relativ zu den Feldsensoren A und S kann wiederum durch geeignetes Drehen der Platte 30 innerhalb der Kappe 18a erfolgen, wonach die Platte durch die Schrauben 34 festgeklemmt wird.

Diese Einrichtung zum Kompensieren bietet einen relativ breiten Einstellbereich, während eine kompakte Konstruktion ohne innere Veränderung der Sensorausrüstung vorgesehen wird. Die Einrichtung ist leicht an das Rohr anpaßbar, welches eine solche Ausrüstung aufnimmt. Außerdem können die Einstellungen vollständig von der Außenseite des Rohres vorgenommen werden, ohne daß die Kappe entfernt werden muß. Dadurch wird die Handhabung erleichtert

Die Erfindung ist insbesondere für die Verwendung bei tragbaren Gradiometern und dgl. verwendbar, wie dies in F i g. 1 dargestellt ist. Die beschriebene Einrichtungzum Kompensieren kann auch bei anderen Art von magnetischen Sensorgeräten verwendet werden, die ein Paar von magnetischen Feldsensoren umfassen, die innerhalb eines nicht-magnetischen Rohres angeordnet sind.

Hierzu i Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Magnetisches Sensorgerät mit einem länglichen, nicht-magnetischen Rohr, das ein Paar von gerichteten Feldsensoren enthält, die in Längsrichtung beabstandet im Rohr angeordnet sind und individuelle magnetische Achsen aufweisen, mit einer Einrichtung zum Kompensieren der Fehlausrichtung der Achse eines der Feldsensoren zur Längsachse des Rohres, wobei diese Einrichtung ein nicht-magnetisches Teil aufweist, das am Ende des Rohres angebracht ist, mit einem im nicht-magnetischen Teil angeordneten magnetisierbaren Teil, welches radial und in Umfangsrichtung zur Längsachse des Rohres einstellbar ist, ohne das nicht-magnetische Teil vom Rohr abnehmen zu müssen, wobei die magnetischen Achsen der Feldsensoren (A, B) nahezu mit der Längsachse "ies Rohres (14) ausgerichtet sind, d a durch gekennzeichnet, daß das nicht-magnetische Teil eine Kappe (18; 18a/ist, die endseitig an das Rohr (14) angesetzt ist, so daß ein Abschnitt axial über das freie Ende des Rohres (14) vorsteht, in welchem Abschnitt eine Radialbohrung (24; IAa) ausgebildet ist, in der das magnetisierbar Teil (20; 20a)'m Längsrichtung der Radialbohrung verstellbar ist

2. Sensorgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (18) einen Reibsitz mit dem Rohr (14) einnimmt.

3. Sensorgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß uas magnetisierbare Teil (20; 2Oa^ in der Radialbohrutig (24; 24a) als Gewindestift (20) eingeschraubt ist.

4. Sensorgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (18) von einer topfförmigen Abdeckung (28) umgeben ist und an der Außenseite des Endabschnitts des Rohres (14) anliegt.

5. Sensorgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe (18aJ stirnseitig außerhalb einen Körper (30) aufweist, der drehbar in die Kappe (\8a) eingesetzt ist und die Radialbohrung (24S^ aufweist