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Magnetometer FGM-3

Kalibrierung und Untersuchungen mit dem Selbstbaumagnetometer FGM-3 von Speake & Co.

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2. Trimester 2008/09

LTAM 2008/09 Kneip R.

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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.

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1. Physikalische Grundlagen

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

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2. Das Magnetfeld der Erde

Der magnetische Südpol der Erde liegt in der Nähe des geographischen Nordpols!

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2. Das Magnetfeld der Erde

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2. Das Magnetfeld der Erde

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

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2. Das Magnetfeld der Erde

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2. Das Magnetfeld der Erde

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2. Das Magnetfeld der Erde

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2. Das Magnetfeld der Erde

Stärke des Magnetfeldes am Aquator: 30 μT

in Mitteleuropa: 48 μT,

wovon: 44 μT in der Vertikalen und 20 μT in der Horizontalen

Bestimme aus diesen Werten die Inklination!

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2. Das Magnetfeld der Erde

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3. Physikalische Grössen

Magnetische Feldstärke H [H] = A/m ( = Ampère / Meter)

alte Einheit Oersted: 1 Oe = 1000/(4π) A/m = 79.58 A/m

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3. Physikalische Grössen

Magnetische Induktion B [B] = Vs/m2 = T (Tesla)

Im Vakuum gilt: B = μ0 μr H mit: μ0 = 4π 10-7 (Vs)/(Am)

alte Einheit

Gauss: 1 G = 10-4 T

Material μrSupraleiter 0

Vakuum 1

Luft ≈1

Eisen 300 ... 10 000

amorphe Metalle 700 … 500 000

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4. Prinzip der Schaltung

Sensor FGM-3

Integrator

DA-Wandler

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5. Zusammenbau

Spannungsstabilisation 5 VSensor FGM-3

Integrator(8 Sekunden)

Empfindlichkeit

DA-Wandler(8 Bit)

Output

Reset

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5. Zusammenbau

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5. Zusammenbau

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5. Zusammenbau

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5. Zusammenbau

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5. Zusammenbau

Pos. 1: geringste EmpfindlichkeitPos. 4: maximale Empfindlichkeit

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6. H in Zylinderspule

Magnetische Feldstärke in einer Luftspule

H = I N / l

I: Stromstärke (A)

N: Windungszahl

l: Länge der Spule

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7. Messreihen – Vorschläge (Gr2)

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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

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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

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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

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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