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1 Magnetometer FGM-3 Kalibrierung und Untersuchungen mit dem Selbstbaumagnetometer FGM-3 von Speake & Co. 11TG1 2. Trimester 2008/09 LTAM 2008/09 Kneip.

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1 1 Magnetometer FGM-3 Kalibrierung und Untersuchungen mit dem Selbstbaumagnetometer FGM-3 von Speake & Co. 11TG1 2. Trimester 2008/09 LTAM 2008/09 Kneip R.

2 2 1. Physikalische Grundlagen Jeder Magnet hat zwei Pole: Nord- und Südpol. Gleichartige Pole stossen sich ab, ungleich- artige Pole ziehen sich an. Den Raum, in dem ein Magnet Kraftwirkungen ausübt, nennt man magnetisches Feld. Die magnetischen Feldlinien zeigen in einem Feld die Richtung der wirkenden Kraft an.

3 3 1. Physikalische Grundlagen Die Feldlinien sind geschlossene Linien. Ausserhalb des Magneten verlaufen sie vom Nord- zum Südpol.

4 4 2. Das Magnetfeld der Erde Der magnetische Südpol der Erde liegt in der Nähe des geographischen Nordpols!

5 5 2. Das Magnetfeld der Erde

6 6 Eine frei bewegliche Magnetnadel stellt sich unter der Wirkung des magnetischen Feldes in Richtung der Feldlinien ein. Deklination: Abweichung der Magnetnadel von der geographischen Nord-Süd-Richtung. Inklination: Abweichung von der Horizontalen

7 7 2. Das Magnetfeld der Erde

8 8

9 9

10 10 2. Das Magnetfeld der Erde Stärke des Magnetfeldes am Aquator: 30 μ T in Mitteleuropa: 48 μ T, wovon:44 μ T in der Vertikalen und 20 μ T in der Horizontalen Bestimme aus diesen Werten die Inklination!

11 11 2. Das Magnetfeld der Erde

12 12 3. Physikalische Grössen Magnetische Feldstärke H [H] = A/m ( = Ampère / Meter) alte Einheit Oersted: 1 Oe = 1000/(4 π ) A/m = A/m

13 13 3. Physikalische Grössen Magnetische Induktion B [B] = Vs/m2 = T (Tesla) Im Vakuum gilt: B = μ 0 μr H mit: μ 0 = 4 π 10-7 (Vs)/(Am) alte Einheit Gauss: 1 G = 10-4 T Material μr Supraleiter0 Vakuum1 Luft1 Eisen amorphe Metalle 700 …

14 14 4. Prinzip der Schaltung Sensor FGM-3 Integrator DA-Wandler

15 15 5. Zusammenbau Spannungsstabilisation 5 V Sensor FGM-3 Integrator (8 Sekunden) Empfindlichkeit DA-Wandler (8 Bit) Output Reset

16 16 5. Zusammenbau

17 17 5. Zusammenbau

18 18 5. Zusammenbau

19 19 5. Zusammenbau

20 20 5. Zusammenbau Pos. 1: geringste Empfindlichkeit Pos. 4: maximale Empfindlichkeit

21 21 6. H in Zylinderspule Magnetische Feldstärke in einer Luftspule H = I N / l I: Stromstärke (A) N: Windungszahl l: Länge der Spule

22 22 7. Messreihen – Vorschläge (Gr2)

23 23 7. Messreihen – Vorschläge (Gr1) Feldstärke in Abhängigkeit von der Zeit Einfluss von elektrischen Apparaten (Störungen) Messung mit Luftspule; bekanntes magn. Feld Messen Ausgangsspannung; Einfluss von Beta und Gamma Strahlung Einfluss von UV-Strahlung

24 24 7. Messreihen - Vorschläge Verschiebung innerhalb der Spule B = f(s) Stromstärke in der Spule (Pos. 1..4) B = f(I) Entfernung eines Permanentmagneten B = f(d) Abhängigkeit vom Azimut B = f( ψ ) Wirkung möglicher Störquellen Schwankungen der Ausgangsspannung

25 25 8. zu bedenken... Ausgang am AD-Wandler: 0 V bis 2.56 V Reset: Zurücksetzen auf 2.56 V / 2 = 1.28 V Bei einer Auflösung von 8 Bit entspricht ein Schritt: Integrationsdauer: 8 Sekunden! 2.56 V / 256 = 0.01 V also: 10 mV Auflösung

26 26 9. Schaltung B = f(I) Erzeugung eines variablen Magnetfeldes inner- halb der Spule durch einen variablen Strom 6 kOhm A U 6 V 100 kOhm Spule


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