3D-Kamera Magnetfelder großflächig vermessen

Hallin Sight ist eine neuartige 3D-Magnetfeldkamera, die das Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS entwickelt hat. Die Kamera ist mit 3D-Sensoren flächig bestückt misst damit Magnetfelder dreidimensional mit hoher Geschwindigkeit. Mit ihrer hohen Messauflösung eignet sie sich für die Qualitätssicherung ebenso wie für Laboruntersuchungen.

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Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS

Einer der möglichen Anwendungsbereiche ist die Charakterisierung und Qualitätskontrolle von Permanentmagneten. Reale Permanentmagnete sind niemals ideal magnetisiert. Deshalb ist das Wissen über die Fehlmagnetisierung beispielsweise für sehr genaue Positionssensorik wichtig.

Magnetfeldkamera für schnelle magnetisch-dynamische Prozesse

Die hochgenaue Messung der Magnetfelder erfolgt in der Kamera mit 3D-Sensoren der HallinOne-Technologie. Auf einer Fläche von 40 mm x 40 mm sind 256 solcher Sensoren in einem Abstand von 2,5 mm angeordnet. 128 parallel arbeitende Signalverarbeitungskanäle ermöglichen eine bisher einzigartige Messfrequenz von bis zu 200 Hz. Damit lassen sich auch schnelle magnetisch-dynamische Prozesse aufzeichnen.

Die Kamera ermöglicht es, ein Bild des dreidimensionalen (vektoriellen) Magnetfeldes innerhalb von nur 5 ms aufzunehmen. Dies ist nur durch eine Abkehr von der gängigen Methode des sequenziellen Scannens möglich – hin zu einem gleichzeitigen Betrieb aller Sensoren.

256 3D-Sensoren

Die Messwerte von 256 3D-Sensoren werden parallel wie bei einem Schnappschuss gewonnen. Über eine USB-Schnittstelle ist die Magnetfeldkamera an einen PC anzubinden.

Mit der grafischen Anwendungs-Software kann die Kamera konfiguriert, Messwerte gespeichert oder in Echtzeit dargestellt werden.

Darüber hinaus eignet sich die Kamera auch zur Einbindung in ein Testsystem. In Verbindung mit der sehr hohen Aufnahmegeschwindigkeit von 200 Bildern pro Sekunde eignet sich HallinSight für einen Online-Test in der Produktion. Innerhalb der Messzeit wird ein Vollbild in nur 2 ms aufgenommen, nach weiteren 3 ms für Signalverarbeitung und Datentransfer kann das nächste Bild aufgenommen werden.

Inhomogenitäten in der Magnetisierung direkt erfassen und analysieren

Jeder einzelne 3D-Sensor löst das Magnetfeld mit 10 μT auf. Das entspricht einem Bruchteil des Erdmagnetfelds und lässt feinste Details in den zu messenden Feldern sichtbar werden. Insbesondere die Qualitätssicherung nach der Magnetherstellung ist damit in einem Maße umsetzbar, wie man es bisher nicht kannte, so der Hersteller. Da der Messbereich von ±100 mT auf bis zu ±1.000 mT erweiterbar ist, sind auch Messungen direkt auf der Oberfläche von Selten-Erd-Magneten durchführbar. Inhomogenitäten in der Magnetisierung können damit bei allen gängigen Magnetmaterialien direkt erfasst und analysiert werden.

Mit einem Sensorabstand von 2,5 mm ist die Magnetfeldkamera besonders geeignet für die Analyse von kleinen, einfach polgeteilten Magneten oder Multipol-Magneten. Da die eigentliche sensitive Fläche von der Schnittstellen-Elektronik getrennt werden kann, lässt sich die Magnetfeldkamera direkt an einem Magnetsystem oder in einer Produktionslinie montieren. Sie ist für einen Temperaturbereich von -40 °C bis 125 °C ausgelegt und damit auch für raue Umgebungen geeignet.

Anwendungen bis zur Streufeldanalyse in elektrischen Generatoren

Die Anwendungsgebiete reichen von der Charakterisierung und Qualitätskontrolle von Permanentmagneten über die mehrdimensionale Positionsmessung bis zur zerstörungsfreien Materialprüfung oder der Untersuchung der Feldverteilung in elektromagnetischen Aktoren und Motoren. Auch eine Streufeldanalyse in elektrischen Generatoren ist in Echtzeit möglich. Dies kann gerade im Bereich erneuerbarer Energien eine Verbesserung des Wirkungsgrads ermöglichen.

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