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Univ. Prof. Dr. H. Krenn Institut für Experimentalphysik Univ. Graz Aufbau und Anwendung eines Flux-Gate-Magnetometers für die Schule 1 Pädagogisches Institut.

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Präsentation zum Thema: "Univ. Prof. Dr. H. Krenn Institut für Experimentalphysik Univ. Graz Aufbau und Anwendung eines Flux-Gate-Magnetometers für die Schule 1 Pädagogisches Institut."—  Präsentation transkript:

1 Univ. Prof. Dr. H. Krenn Institut für Experimentalphysik Univ. Graz Aufbau und Anwendung eines Flux-Gate-Magnetometers für die Schule 1 Pädagogisches Institut des Bundes in der Steiermark Abteilung für Lehrer an allgemeinbildenden höheren Schulen 20. Nov Mag. rer. nat. Wolfgang Grabmer

2 Diese Bilderserie wurde aus einer Physik-Lehramtsdiplomarbeit „Methoden der schmalbandigen Verstärkung für den Aufbau eines empfindlichen Magnetometers im Schulversuch“ verfaßt von Mag. rer. nat. Wolfgang GRABMER, Johannes Kepler Universität Linz, 1996 entnommen. Artikel erschienen in PLUS LUCIS für die Praxis 2, (1997).

3 Detektorprinzip: Kernsättigungs-Magnetometer („Förstersonde“) Engl.: Flux-Gate-Magnetometer Ferromagnetischer Kern mit Hysterese  Vormagnetisierung Unbekanntes Magnetfeld HxHx Phasenempfindlicher Gleichrichter Phasenempfindlicher Gleichrichter: Zeit Gleichspannungsanzeige 2

4 Magnetische Hysterese des Sondenkernmaterials (Co,Fe) 70 (Mo,Si,B) 30 - Folie einer amorphen magnetischen Metall-Legierung (Verwendung in Ringbandkernen) Magnetische Feldstärke (mA/cm) 0 0,24 -0,24 0,6 -0,6 Induktionsflußdichte (Tesla) 3

5 Amorphe magnetische Legierungen Werden durch rasches Abkühlen aus der Schmelze erzeugt, um kristallines Erstarren zu vermeiden. Herstellung von Folien für Ringbandkerne

6 Vormagnetisierung des Sondenkernmaterials  Magnetische Feldstärke (mA/cm) 0 0,24 -0,24 0,6 -0,6 Induktionsflußdichte (Tesla) Zeit Dreieckförmiger Wechselstrom 1 kHz Sondenkern 7

7 Einwirkung eines äußeren Magnetfeldes 5 Dreieckförmiger Wechselstrom 1 kHz Sondenkern HxHx Magnetische Feldstärke (mA/cm) 0 0,24 -0,24 0,6 -0,6 Induktionsflußdichte (Tesla) Zeit HxHx Induktion im Sondenkern Vormagnetisierungsstrom (1 kHz)

8 Induktion für positives und negatives Magnetfeld 6 Dreieckförmiger Wechselstrom 1 kHz Sondenkern +H x -H x -40  Magnetische Feldstärke (mA/cm) 0 0,24 -0,24 0,6 -0,6 Induktionsflußdichte (Tesla) -H x +H x Vormagnetisierungsstrom (1 kHz) Zeit Induktion im Sondenkern

9 Induktionsspannung an der Sensorspule 7 Dreieckförmiger Wechselstrom 1 kHz +H x -H x U Induktionsspannung Induktionsfluß  Induktionsspannung U U = -N· dd dt H x = 0

10 Phasenempfindliche Gleichrichtung (schematisch) 8 a) Verschwindendes Magnetfeld (H x = 0) U aus ein Chopper Signal-Mittelwert = Null U b) Positives Magnetfeld H x > 0 c) Negatives Magnetfeld H x < 0 U aus ein aus ein aus Signalspannung < 0Signalspannung > 0

11 Phasenempfindliche Gleichrichtung (elektronische Realisierung) a) Chopper “ein” b) Chopper “aus” - + Diodenbrücke durchlässig U U Diodenbrücke gesperrt U U = 0

12 Teiler 2:1 (Toggle-Flip-Flop) 1 kHz 2 kHz Astabiler Multivibrator Vormagnetisierungs- Stromquelle (Integrator) 1 kHz Dreiecksstrom Vormagnetisierungsspule Sensor- spule Externes Magnetfeld H x Gleichspannungsanzeige Mittelwertbildner Phasenempfindlicher Gleichrichter 10 Elektronisches Schaltbild des Magnetometers

13 Elektronisches Schaltbild des Schul- Magnetometers

14 Bauteile-Stückliste

15 Platinen-Layout

16

17 11 Empfindlichkeit und Meßbereich des Magnetometers

18 Die Skala technischer und biologischer Magnetfelder 12 Erdmagnetfeld Schulversuchs- Magnetometer

19 Messung des Inklinationswinkels des Erdmagnetfeldes mit dem Stabsensor 13 Stabsensor Inklinationswinkel

20 14 Beschreiben und Lesen von Magnetkarten N S Beschreiben Lesen


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