Magnetfeldsimulationsanlage

Magnetfeldsimulationsanlage

Mit der Magnetfeldsimulationsanlage können magnetische Eigenschaften von Materialien bestimmt werden. Diese Daten werden bei der Projektierung und beim Bau von Forschungssatelliten benötigt, die im Orbit Magnetfeldmessungen durchführen.

Die Anlage

Die Anlage umfaßt drei Helmholtzspulenpaare, eine Dreiachsen-Magnetfeldsonde und Konstantstromquellen.Ein Helmholtzspulenpaar ermöglicht in einem begrenzten räumlichen Bereich die Erzeugung eines homogenen magnetischen Feldes in axialer Richtung bei gleichzeitigem Verschwinden des radialen Feldanteils. Sind die drei Helmholtzspulenpaare - wie im Bild zu sehen - senkrecht zueinander angeordnet, so kann ein Magnetfeldvektor in beliebiger Richtung erzeugt werden.

Das Dreiachsen Fluxgate Magnetometer besteht aus drei Magnetfeld-Sensoren, die orthogonal zueinander angeordnet sind, so dass es möglich ist, die Magnetfeldkomponenten in X-, Y- und Z-Richtung zu messen. Die X-Achse markiert die Nord-Süd-Richtung, die Y-Achse entspricht der Ost-West-Richtung und die Z-Achse der lokalen Vertikalen.

Die von der Sonde gemessenen Felder erden in den Steuerungsrechner eingelesen. Der Meßbereich der Sonde beträgt in X-Richtung -3460…29800 nT, in Y-Richtung +/-8000 nT und in Z-Richtung -3…53200 nT.

Die Sonde kann auf einer Schiene entlang des Meßbereichs verfahren werden. Ein Druckluftkolben, vom Rechner angesteuert, übernimmt die Bewegung der Sonde; der Standort der Sonde wird von einem Längenmesser erfaßt und ebenfalls in den Rechner eingelesen.

Die drei Konstantstromquellen, die ebenfalls vom PC angesteuert werden, erzeugen einen konstanten Strom zur Speisung der Spulenpaare. Um ein konstantes Magnetfeld innerhalb der Spulen zu gewährleisten, werden Stromquellen verwendet, die sehr temperaturunempfindlich sind (<10E-4/K vom Nennwert), eine sehr hohe Einstellgenauigkeit besitzen und über eine hohe Stabilität verfügen (<10E-5 vom Nennwert über acht Stunden).

Meßverfahren

In diesem homogenen Bereich wird die zu untersuchende Probe auf dem Arbeitstisch fixiert. Die durch den Prüfkörper hervorgerufenen Abweichungen im Magnetfeld werden von der Sonde in mehreren Abständen aufgezeichnet; Mit einem Computerprogramm, das auf die komplette Steuerung der Anlage übernimmt, werden anschließend die Meßergebnisse ausgewertet und die permanentmagnetischen Eigenschaften des Prüflings bestimmt.

In einem anderen Programmteil können durch Beaufschlagung des Prüfkörpers mit Eichfeldern Aussagen über die Aufmagnetisierbarkeit des Prüfkörpers gemacht werden. Dadurch können in einem Prüfkörper zum Beispiel Stahlteile erkannt werden, die sich später nicht vorhersagbar aufmagnetisieren und die Messung im Orbit verfälschen.

Folgende magnetischen Eigenschaften können bestimmt werden:

  • Permanentes Dipolmoment, induziertes Dipolmoment
  • Lage und Richtung des Dipols im Prüfkörper
  • Materialsuszeptibilität

Eine zusätzliche Option ist die Langzeitmessung. Mit dieser Messung lassen sich sowohl künstliche Störungen als auch natürliche, zum Beispiel durch ionosphärische und magnetosphärische Stromsysteme verursachte Störungen (magnetische Stürme) erfassen.

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