Hrg. Johannes Wöß,
"Messsystem zur Visualisierung von Magnetfeldern"
, 10-2014
Original Titel:
Messsystem zur Visualisierung von Magnetfeldern
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Die Messung von Magnetfeldern wird in einem breiten Spektrum von Anwendungen genutzt, wie
z.B. die zerstörungsfreie Werkstoffprüfung oder das berührungslose Messen von Strömen.
Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, den Betrag der senkrechten Magnetfeldkomponente
auf einer Fläche im zweistelligen Quadratzentimeter-Bereich zu messen. Dabei sollte ein guter Kompromiss
zwischen Genauigkeit und Geschwindigkeit gefunden werden. Zusätzlich wurde ein
kostengünstiger Aufbau angestrebt.
Ausgehend vom Magnetometer AA002-02 von der Firma NVE, der auf einer eigenen Sensorplatine
untergebracht ist, wurde eine Messplatine entworfen und gefertigt. Diese ist an
die Analog-Ports eines ATxMega32a4-Controllerboards angeschlossen. Gemeinsam sind
diese drei Komponenten dafür zuständig, dass digitale Messwerte an einen Computer
übertragen werden können.
Um den Betrag der senkrechten Magnetfeldkomponente auf einer Fläche messen zu können,
muss der Sensor über diese bewegt werden. Mithilfe eines bürstenlosen Gleichstrommotors
aus einer alten Festplatte, einem Exzenter und einer Schwinge, an deren Ende die
Sensorplatine befestigt ist, führt der Sensor alle 200 ms eine oszillierende Bewegung
auf einem Kreissegment mit einer Sekantenlänge von 120 mm durch. Um nun eine Fläche
messen zu können, wird dieses Kreissegment mit einer linearen Achse verschoben. Diese
besteht aus einer Miniaturgleitführung NW27 der Firma Igus und einem Schrittmotor mit Ritzel,
Stirnrad und Zahnstange.
Für die Elektronik des gesamten Bewegungsablaufs wurde ebenfalls eine Platine gefertigt,
welche an den Digital-Ports des Controllerboards angeschlossen ist.
Das ATxMega32a4-Controllerboard wurde so programmiert, dass von einem PC verschiedene
Steuerbefehle geschickt werden können und diesem dann die Messwerte übermittelt werden.
Für den Computer wurde ein Matlab-GUI geschrieben, welches das Messsystem steuert und
die Messdaten grafisch darstellt.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englischer Titel:
Measuring system for the visualization of magnetic fields
Englische Kurzfassung:
The measurement of magnetic fields is used in a wide range of applications for example in
nondestructive evaluation of metallic structures or in detecting currents (contactless).
The aim of this master thesis is to measure the z-component of the magnetic field over an
area of a few centimeters in each direction. A good compromise between accuracy and speed
will be found. Additionally, a low-cost design has been sought.
Beginning with the NVE magnetometer AA002-02 that was placed on its own "sensor-board",
a "measuring-board" was then designed and produced. This board is connected to the analog
ports of an ATxMega32a4 controller board. Together, these three components are responsible
for ensuring that digitised measurements can be send to a computer.
In order to measure the z-component of the magnetic field on an area, the sensor must be
moved over it. The first movement was accomplished with the aid of a brushless DC motor
utilized from an old hard disk drive, an eccentric and a rocker arm on which end the sensor
board is attached. The sensor oscillates every 200 ms over a circle segment with a
secant length of 120 mm.
In order to measure an area, this circle segment is moved with a linear axis.
This consists of a linear guide NW27 from Igus and a stepper motor with pinion gear,
spur gear and rack.
A board connected to the digital ports of the controller board was made for the electronics
of the entire sequence of movements.
The ATxMega32a4 controller board has been programmed so that various control commands can
be sent from a PC, with the measured values then transmitted back to the PC.
A Matlab GUI was written for the computer which controls the measuring system and plots
the measurement data.