imported>Thomas Dresler: Tippfehler korrigiert

2026-03-19T21:55:39Z

Tippfehler korrigiert

Neue Seite

[[Datei:Magnometer Prospektion Feld hinten.jpg|mini|Fluxgate-Magnetometer bei [[Prospektion (Archäologie)|archäologischen Prospektions]]<nowiki/>maßnahmen am [[Erdwerk von Wellie]]]]
Ein '''Fluxgate-Magnetometer''', auch '''Saturationskern-Magnetometer''' oder '''Förster-Sonde''', im Englischen ''Fluxgate'', ist ein [[Magnetometer]] zur [[vektor]]iellen Bestimmung des [[Magnetismus|Magnetfeldes]]. Mit Fluxgate-Sonden lassen sich Magnetfelder von 0,1 [[Tesla (Einheit)|nT]] bis 1 mT messen. Die Sonde wurde 1937 von [[Friedrich Förster (Physiker)|Friedrich Förster]] (1908–1999) erfunden.<ref>{{Literatur |Autor=M. Linnert, A. Sutor, S. J. Rupitsch, R. Lerch |Titel=C8.4 - Characterization and Simulation of a Magnetized Sample |Verlag= |Datum=2017 |DOI=10.5162/sensor2017/C8.4 |Seiten=424–428 |Online=http://www.ama-science.org/doi/10.5162/sensor2017/C8.4 |Abruf=2023-06-10}}</ref>

== Aufbau und Funktion ==
[[Datei:Magnetometro fluxgate.svg|mini|Zur Funktion eines Fluxgate-Magnetometers: Die Quelle P magnetisiert mittels Wechselstrom die Kerne 1 und 2 bis zur Sättigung. Die bei S induzierte Spannung hebt sich nur dann auf, wenn keine externe waagerechte Magnetfeldkomponente die Symmetrie stört.]]
[[Datei:Floating core fluxgate inclinometer compass autonnic.jpg|mini|Geöffneter Magnetkompass mit Fluxgate-Magnetometer, bestehend aus einem Ringkern, vier Spulen zur Erregung darum und zwei außenliegenden Spulen als Sensoren]]
Zwei [[weichmagnetisch]]e [[Spule (Elektrotechnik)|Spule]]n[[Magnetkern|kerne]] werden [[Periodische Funktion|periodisch]] in die [[Ferromagnetismus #Sättigung|Sättigung]] getrieben. Die Kerne sind von zwei gegensinnigen Empfängerspulen umwickelt, sodass sich in beiden Spulen in Abwesenheit eines Feldes die [[Elektromagnetische Induktion|induzierten]] [[Elektrische Spannung|Spannungen]] aufheben.

Eine Komponente eines äußeren Magnetfeldes wirkt parallel bzw. antiparallel auf die Felder der beiden Spulen. Dadurch wird in der einen Halb[[Periode (Physik)|periode]]
* in derjenigen Spule, zu deren Feld das äußere Feld parallel ist, die Sättigung des Kerns früher erreicht
* in der anderen Spule (zu deren Feld das äußere Feld gleichzeitig antiparallel ist) die Sättigung des Kerns später erreicht.
Diese Asymmetrie verursacht ein resultierendes Signal in den Empfängerspulen, das [[proportional]] zum angelegten Feld ist. Die induzierte Spannung besitzt die doppelte [[Frequenz]] der Erreger-[[Wechselspannung]].<ref name="sensorland"/><ref>{{Internetquelle |url=http://www.geophysik.uni-jena.de/igwphymedia/Versuchsanleitungen/Geomagnetik_neu_pdf.pdf |titel=Geophysikalisches Laborpraktikum |hrsg=Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften |seiten=8f |datum=2012 |abruf=2018-10-29 |format=pdf |archiv-url=https://web.archive.org/web/20181029191811/http://www.geophysik.uni-jena.de/igwphymedia/Versuchsanleitungen/Geomagnetik_neu_pdf.pdf |archiv-datum=2018-10-29}}</ref>

Der Aufbau kann mannigfaltig modifiziert werden, z. B. arbeitet das nebenstehend abgebildete Magnetometer mit einem [[Ringkern]] ([[Toroid]]), der mittels der vier kleinen Spulen erregt wird. Die beiden Empfängerspulen umgeben den gesamten Kern, daher wird sich auch hier beim Fehlen eines externen Feldes die induzierte Spannung aufheben. Indem [[Phasenwinkel|Phase]] und [[Vektor #Länge/Betrag eines Vektors|Betrag]] der in den Spulen induzierten Spannung bestimmt werden, kann Betrag, Richtung und Richtungssinn derjenigen Komponente des externen Magnetfeldes bestimmt werden, die in der Ebene des Kernes liegt.

Um den Feldvektor im [[dreidimensional]]en Raum zu bestimmen, können auch [[orthogonal]] angeordnete Kerne und Messspulen verwendet werden.

Um die [[Linearität (Physik)|Linearität]] zu verbessern und den [[Messbereich]] zu vergrößern, kann man [[Kompensation (Technik)|Kompensations]]<nowiki/>spulen, die sich um den gesamten Aufbau befinden, mit einem [[Regelungstechnik|geregelten]] [[Gleichstrom]] beaufschlagen, sodass die in der Sensorspule induzierte Spannung Null wird.<ref name="sensorland">{{Internetquelle|url=http://www.sensorland.com/HowPage071.html|titel=What is a Fluxgate? (Erklärung des Messprinzips beim Fluxgate-Magnetometer)|sprache=en|zugriff=2018-09-04}}</ref> Der Strom ist dann [[proportional]] zum externen Feld und hebt dieses auf. Der Gleichstrom wird mit einer [[Gegenkopplung]] erzeugt und ist somit zugleich das Ausgangssignal des Sensors. Auf diese Weise werden auch [[Stromsensor]]en gebaut (siehe unten).

== Anwendung ==
=== Messung schwacher Magnetfelder im Raum ===
Fluxgate-Magnetometer werden zur Messung von [[Vektor #Länge/Betrag eines Vektors|Betrag]] und Richtung schwacher Magnetfelder verwendet.

Mit einer Fluxgate-Sonde kann ein elektronischer [[Magnetkompass]] gebaut werden.
Es wird neben der genauen Messung schwacher Magnetfelder ([[Erdmagnetfeld]], [[interplanetarer Raum]]) auch zum Auffinden und Messen lokaler [[Anomalie]]n verwendet (z. B. Lokalisieren [[Verwerfung (Geologie)|geologischer Verwerfungen]]).
Fluxgate-Sonden dienen z. B. zu Richtungsmessungen des Erdmagnetfelds mit [[Raumsonde]]n, z. B. bei der Mission [[CHAMP]].<ref>{{Internetquelle |url=http://op.gfz-potsdam.de/champ/systems/index_SYSTEMS.html |titel=CHAMP, Satellite & Systems |werk=Geoforschungszentrum in Potsdam |abruf=2014-01-04 |archiv-url=https://web.archive.org/web/20140104213028/http://op.gfz-potsdam.de/champ/systems/index_SYSTEMS.html |archiv-datum=2014-01-04}}</ref>

=== Werkstoffprüfung ===
Eine weitere Anwendung finden Fluxgate-Sonden in der [[zerstörungsfreie Werkstoffprüfung|zerstörungsfreien Werkstoffprüfung]].

Bei der [[Wirbelstromprüfung]] auf [[Bruchmechanik #Riss und Bruch|Risse]] und [[Inhomogenität]]en nicht-[[ferromagnetisch]]er Werkstoffe wird eine lediglich ähnliche Anordnung verwendet, die jedoch mit dem Prinzip des Fluxgate-Magnetometers nichts gemein hat:<br />
Ein [[Magnetkern #C-, U-, UI-, E-, ER-, EFD-Ferritkerne|E-Kern]] wird aufgesetzt, und zwei [[Symmetrie (Geometrie)|symmetrische]] Teil[[Wicklung|wickel]] beaufschlagen das darunter liegende Material mit einem gegen[[Phasenwinkel|phasigen]] magnetischen [[Wechselfeld]].
* Ist das Material homogen, so löscht sich das Feld im Mittelschenkel aus (d. h. Differenzsignal Null);
* weist das Material jedoch z. B. einen Riss auf, so ergibt sich ein Differenzsignal.

Bei einem weiteren Verfahren, der Streufeldanalyse, erzeugen Risse an der Oberfläche ferromagnetischer Werkstoffe ein nach außen dringendes Streufeld. Das Feld kann mit dem [[Magnetpulververfahren]], dem Auflegen eines [[Magnetband]]es oder durch Abtastung mit einer Magnetsonde detektiert werden.<ref>{{Literatur |Autor=Winfried Morgner |Titel=In memoriam Friedrich Förster |Datum=2009 |Sammelwerk=e-Journal of Nondestructive Testing |ISSN= 1435-4934 |Fundstelle=S. 45 |Format=pdf |Online=https://www.ndt.net/article/ndtnet/2009/foerster.pdf |Abruf=2025-02-08}}</ref>

=== Stromsensoren ===
Die [[Strommessung]] anhand des vom Strom erzeugten Magnetfeldes kann erfolgen mithilfe einer Fluxgate-Sonde, die sich in einem Schlitz des Kernes befindet, welcher den [[Elektrischer Leiter|Stromleiter]] umgibt, und Null[[Kompensation (Technik)|kompensation]] mittels einer Kompensations[[Spule (Elektrotechnik)|spule]] auf diesem Kern.

Solche [[Stromsensor]]en nach dem Fluxgate-Prinzip (z. B. [[Kompensationsstromwandler]] der Fa. [[Vacuumschmelze]]) sind anderen Prinzipien (z. B. dem Messen mit [[Hallsonde]]) hinsichtlich des [[Systematische Abweichung #Zur Nomenklatur|Offset]]<nowiki/>fehlers überlegen.<ref>{{Literatur |Autor=Klaus Reichert |Titel=Präzises und quasi verlustfreies Messen aller Stromformen |Sammelwerk=Elektronikpraxis |Nummer=22 |Datum=2013-11 |Fundstelle=S. 88f |Online=https://www.elektronikpraxis.de/praezises-und-quasi-verlustfreies-messen-aller-stromformen-a-424898/ |Abruf=2024-02-21}}</ref>

== Literatur ==
* {{Literatur |Titel=Magnettechnik: Grundlagen, Werkstoffe, Anwendungen |Autor=Lothar Michalowsky, Jürgen Scheider, Stefan Siebert |Verlag=Vulkan |Datum=2006 |ISBN=978-3-8027-2139-7 |Fundstelle=89ff |Online={{Google Buch |BuchID=JjIau682Cy8C|Seite=89}}}}
* {{Literatur |Titel=Förster-Sonde |Sammelwerk=Lexikon der Physik |Verlag=Spektrum |Datum=1998 |Online=https://www.spektrum.de/lexikon/physik/foerster-sonde/5230}}

== Weblinks ==
{{commonscat|Fluxgate magnetometers}}
* [http://www.phy6.org/earthmag/Dmagmetr.htm Von elektronischen Magnetometern und vom Rauchen] – Darstellung des Funktionsprinzips von Fluxgate-Magnetometern und deren Anwendung zur Messung der Selbstreinigungskraft der Lunge

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektrotechnisches Messgerät]]
[[Kategorie:Magnetismus]]
[[Kategorie:Sensor]]

Fluxgate-Magnetometer - Versionsgeschichte

imported>Thomas Dresler: Tippfehler korrigiert