Magnetometer FGM-3

Magnetometer FGM-3
Kalibrierung und
Untersuchungen
mit dem
Selbstbaumagnetometer
FGM-3
von Speake & Co.
11TG1
2. Trimester 2008/09
LTAM 2008/09 Kneip R.
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1. Physikalische Grundlagen
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


Jeder Magnet hat zwei Pole: Nord- und Südpol.
Gleichartige Pole stossen sich ab, ungleichartige 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
Supraleiter
Vakuum
Luft
Eisen
amorphe Metalle
μr
0
1
≈1
300 ... 10 000
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 V
Sensor FGM-3
Empfindlichkeit
Integrator
(8 Sekunden)
DA-Wandler
(8 Bit)
Reset
Output
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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 Empfindlichkeit
Pos. 4: maximale Empfindlichkeit
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6. H in Zylinderspule

Magnetische Feldstärke in einer Luftspule
H=IN/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

Wirkung möglicher Störquellen

Schwankungen der Ausgangsspannung
B = f(ψ)
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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:
2.56 V / 256 = 0.01 V

also: 10 mV Auflösung
Integrationsdauer: 8 Sekunden!
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9. Schaltung B = f(I)

Erzeugung eines variablen Magnetfeldes innerhalb der Spule durch einen variablen Strom
6 kOhm
100 kOhm
Spule
A
U≤6V
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