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<!DOCTYPE html>

<title>Fluxgate-Magnetometer</title>

</head>

<h1 id="firstHeading" class="firstHeading mw-first-heading"><span class="mw-page-title-main">Fluxgate-Magnetometer</span></h1>

</header>

</div>

<p>Ein <b>Fluxgate-Magnetometer</b>, auch <b>Saturationskern-Magnetometer</b> oder <b>Förster-Sonde</b>, im Englischen <i>Fluxgate</i>, ist ein <a href="Magnetometer" title="Magnetometer">Magnetometer</a> zur <a href="Vektor" title="Vektor">vektoriellen</a> Bestimmung des <a href="Magnetismus" title="Magnetismus">Magnetfeldes</a>. Mit Fluxgate-Sonden lassen sich Magnetfelder von 0,1 <a href="Tesla_(Einheit)" title="Tesla (Einheit)">nT</a> bis 1 mT messen. Die Sonde wurde 1937 von <a href="Friedrich_F%C3%B6rster_(Physiker)" title="Friedrich Förster (Physiker)">Friedrich Förster</a> (1908–1999) erfunden.<sup id="cite_ref-1" class="reference"><a href="#cite_note-1"><span class="cite-bracket">[</span>1<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Aufbau_und_Funktion">Aufbau und Funktion</h2></div>

<p>Zwei <a href="Weichmagnetisch" class="mw-redirect" title="Weichmagnetisch">weichmagnetische</a> <a href="Spule_(Elektrotechnik)" title="Spule (Elektrotechnik)">Spulen</a><a href="Magnetkern" title="Magnetkern">kerne</a> werden <a href="Periodische_Funktion" title="Periodische Funktion">periodisch</a> in die <a href="Ferromagnetismus#Sättigung" title="Ferromagnetismus">Sättigung</a> getrieben. Die Kerne sind von zwei gegensinnigen Empfängerspulen umwickelt, sodass sich in beiden Spulen in Abwesenheit eines Feldes die <a href="Elektromagnetische_Induktion" title="Elektromagnetische Induktion">induzierten</a> <a href="Elektrische_Spannung" title="Elektrische Spannung">Spannungen</a> aufheben.

</p><p>Eine Komponente eines äußeren Magnetfeldes wirkt parallel bzw. antiparallel auf die Felder der beiden Spulen. Dadurch wird in der einen Halb<a href="Periode_(Physik)" title="Periode (Physik)">periode</a>

</p>

<ul><li>in derjenigen Spule, zu deren Feld das äußere Feld parallel ist, die Sättigung des Kerns früher erreicht</li>

<li>in der anderen Spule (zu deren Feld das äußere Feld gleichzeitig antiparallel ist) die Sättigung des Kerns später erreicht.</li></ul>

<p>Diese Asymmetrie verursacht ein resultierendes Signal in den Empfängerspulen, das <a href="Proportional" class="mw-redirect" title="Proportional">proportional</a> zum angelegten Feld ist. Die induzierte Spannung besitzt die doppelte <a href="Frequenz" title="Frequenz">Frequenz</a> der Erreger-<a href="Wechselspannung" title="Wechselspannung">Wechselspannung</a>.<sup id="cite_ref-sensorland_2-0" class="reference"><a href="#cite_note-sensorland-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup><sup id="cite_ref-3" class="reference"><a href="#cite_note-3"><span class="cite-bracket">[</span>3<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p><p>Der Aufbau kann mannigfaltig modifiziert werden, z. B. arbeitet das nebenstehend abgebildete Magnetometer mit einem <a href="Ringkern" title="Ringkern">Ringkern</a> (<a href="Toroid" title="Toroid">Toroid</a>), 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 <a href="Phasenwinkel" title="Phasenwinkel">Phase</a> und <a href="Vektor#Länge/Betrag_eines_Vektors" title="Vektor">Betrag</a> 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.

</p><p>Um den Feldvektor im <a href="Dreidimensional" class="mw-redirect" title="Dreidimensional">dreidimensionalen</a> Raum zu bestimmen, können auch <a href="Orthogonal" class="mw-redirect" title="Orthogonal">orthogonal</a> angeordnete Kerne und Messspulen verwendet werden.

</p><p>Um die <a href="Linearit%C3%A4t_(Physik)" title="Linearität (Physik)">Linearität</a> zu verbessern und den <a href="Messbereich" title="Messbereich">Messbereich</a> zu vergrößern, kann man <a href="Kompensation_(Technik)" title="Kompensation (Technik)">Kompensations</a>spulen, die sich um dem gesamten Aufbau befinden, mit einem <a href="Regelungstechnik" title="Regelungstechnik">geregelten</a> <a href="Gleichstrom" title="Gleichstrom">Gleichstrom</a> beaufschlagen, sodass die in der Sensorspule induzierte Spannung Null wird.<sup id="cite_ref-sensorland_2-1" class="reference"><a href="#cite_note-sensorland-2"><span class="cite-bracket">[</span>2<span class="cite-bracket">]</span></a></sup> Der Strom ist dann <a href="Proportional" class="mw-redirect" title="Proportional">proportional</a> zum externen Feld und hebt dieses auf. Der Gleichstrom wird mit einer <a href="Gegenkopplung" class="mw-redirect" title="Gegenkopplung">Gegenkopplung</a> erzeugt und ist somit zugleich das Ausgangssignal des Sensors. Auf diese Weise werden auch <a href="Stromsensor" title="Stromsensor">Stromsensoren</a> gebaut (siehe unten).

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Anwendung">Anwendung</h2></div>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Messung_schwacher_Magnetfelder_im_Raum">Messung schwacher Magnetfelder im Raum</h3></div>

<p>Fluxgate-Magnetometer werden zur Messung von <a href="Vektor#Länge/Betrag_eines_Vektors" title="Vektor">Betrag</a> und Richtung schwacher Magnetfelder verwendet.

</p><p>Mit einer Fluxgate-Sonde kann ein elektronischer <a href="Magnetkompass" class="mw-redirect" title="Magnetkompass">Magnetkompass</a> gebaut werden.

Es wird neben der genauen Messung schwacher Magnetfelder (<a href="Erdmagnetfeld" title="Erdmagnetfeld">Erdmagnetfeld</a>, <a href="Interplanetarer_Raum" title="Interplanetarer Raum">interplanetarer Raum</a>) auch zum Auffinden und Messen lokaler <a href="Anomalie" title="Anomalie">Anomalien</a> verwendet (z. B. Lokalisieren <a href="Verwerfung_(Geologie)" title="Verwerfung (Geologie)">geologischer Verwerfungen</a>).

Fluxgate-Sonden dienen z. B. zu Richtungsmessungen des Erdmagnetfelds mit <a href="Raumsonde" title="Raumsonde">Raumsonden</a>, z. B. bei der Mission <a href="CHAMP" title="CHAMP">CHAMP</a>.<sup id="cite_ref-4" class="reference"><a href="#cite_note-4"><span class="cite-bracket">[</span>4<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Werkstoffprüfung"><span id="Werkstoffpr.C3.BCfung"></span>Werkstoffprüfung</h3></div>

<p>Eine weitere Anwendung finden Fluxgate-Sonden in der <a href="Zerst%C3%B6rungsfreie_Werkstoffpr%C3%BCfung" class="mw-redirect" title="Zerstörungsfreie Werkstoffprüfung">zerstörungsfreien Werkstoffprüfung</a>.

</p><p>Bei der <a href="Wirbelstrompr%C3%BCfung" title="Wirbelstromprüfung">Wirbelstromprüfung</a> auf <a href="Bruchmechanik#Riss_und_Bruch" title="Bruchmechanik">Risse</a> und <a href="Inhomogenit%C3%A4t" class="mw-redirect" title="Inhomogenität">Inhomogenitäten</a> nicht-<a href="Ferromagnetisch" class="mw-redirect" title="Ferromagnetisch">ferromagnetischer</a> Werkstoffe wird eine lediglich ähnliche Anordnung verwendet, die jedoch mit dem Prinzip des Fluxgate-Magnetometers nichts gemein hat:<br>

Ein <a href="Magnetkern#C-,_U-,_UI-,_E-,_ER-,_EFD-Ferritkerne" title="Magnetkern">E-Kern</a> wird aufgesetzt, und zwei <a href="Symmetrie_(Geometrie)" title="Symmetrie (Geometrie)">symmetrische</a> Teil<a href="Wicklung" title="Wicklung">wickel</a> beaufschlagen das darunter liegende Material mit einem gegen<a href="Phasenwinkel" title="Phasenwinkel">phasigen</a> magnetischen <a href="Wechselfeld" title="Wechselfeld">Wechselfeld</a>.

</p>

<ul><li>Ist das Material homogen, so löscht sich das Feld im Mittelschenkel aus (d. h. Differenzsignal Null);</li>

<li>weist das Material jedoch z. B. einen Riss auf, so ergibt sich ein Differenzsignal.</li></ul>

<p>Bei einem weiteren Verfahren, der Streufeldanalyse, erzeugen Risse an der Oberfläche ferromagnetischer Werkstoffe ein nach außen dringendes Streufeld. Das Feld kann mit dem <a href="Magnetpulververfahren" class="mw-redirect" title="Magnetpulververfahren">Magnetpulververfahren</a>, dem Auflegen eines <a href="Magnetband" title="Magnetband">Magnetbandes</a> oder durch Abtastung mit einer Magnetsonde detektiert werden.<sup id="cite_ref-5" class="reference"><a href="#cite_note-5"><span class="cite-bracket">[</span>5<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading3"><h3 id="Stromsensoren">Stromsensoren</h3></div>

<p>Die <a href="Strommessung" class="mw-redirect" title="Strommessung">Strommessung</a> anhand des vom Strom erzeugten Magnetfeldes kann erfolgen mithilfe einer Fluxgate-Sonde, die sich in einem Schlitz des Kernes befindet, welcher den <a href="Elektrischer_Leiter" class="mw-redirect" title="Elektrischer Leiter">Stromleiter</a> umgibt, und Null<a href="Kompensation_(Technik)" title="Kompensation (Technik)">kompensation</a> mittels einer Kompensations<a href="Spule_(Elektrotechnik)" title="Spule (Elektrotechnik)">spule</a> auf diesem Kern.

</p><p>Solche <a href="Stromsensor" title="Stromsensor">Stromsensoren</a> nach dem Fluxgate-Prinzip (z. B. <a href="Kompensationsstromwandler" class="mw-redirect" title="Kompensationsstromwandler">Kompensationsstromwandler</a> der Fa. <a href="Vacuumschmelze" title="Vacuumschmelze">Vacuumschmelze</a>) sind anderen Prinzipien (z. B. dem Messen mit <a href="Hallsonde" class="mw-redirect" title="Hallsonde">Hallsonde</a>) hinsichtlich des <a href="Systematische_Abweichung#Zur_Nomenklatur" title="Systematische Abweichung">Offset</a>fehlers überlegen.<sup id="cite_ref-6" class="reference"><a href="#cite_note-6"><span class="cite-bracket">[</span>6<span class="cite-bracket">]</span></a></sup>

</p>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Literatur">Literatur</h2></div>

<ul><li>Lothar Michalowsky, Jürgen Scheider, Stefan Siebert: <cite style="font-style:italic">Magnettechnik: Grundlagen, Werkstoffe, Anwendungen</cite>. Vulkan, 2006, ISBN 978-3-8027-2139-7, <span style="white-space:nowrap">89ff</span> (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://books.google.de/books?id=JjIau682Cy8C&pg=PA89#v=onepage">eingeschränkte Vorschau</a> in der Google-Buchsuche).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Fluxgate-Magnetometer&rft.au=Lothar+Michalowsky%2C+J%C3%BCrgen+Scheider%2C+Stefan+Siebert&rft.btitle=Magnettechnik%3A+Grundlagen%2C+Werkstoffe%2C+Anwendungen&rft.date=2006&rft.genre=book&rft.isbn=9783802721397&rft.pub=Vulkan" style="display:none"> </span></li>

<li><cite style="font-style:italic">Förster-Sonde</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Lexikon der Physik</cite>. Spektrum, 1998 (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.spektrum.de/lexikon/physik/foerster-sonde/5230">spektrum.de</a>).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Fluxgate-Magnetometer&rft.atitle=F%C3%B6rster-Sonde&rft.btitle=Lexikon+der+Physik&rft.date=1998&rft.genre=book&rft.pub=Spektrum" style="display:none"> </span></li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Weblinks">Weblinks</h2></div>

<div class="sisterproject" style="margin:0.1em 0 0 0;"><div class="noresize noviewer" style="display:inline-block; line-height:10px; min-width:1.6em; text-align:center;" aria-hidden="true" role="presentation"><span class="mw-default-size" typeof="mw:File"><span title="Commons"></span></span></div><b><span class=""><a class="external text" href="https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Fluxgate_magnetometers?uselang=de"><span lang="en">Commons</span>: Fluxgate magnetometers</a></span></b> – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien</div>

<ul><li><a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.phy6.org/earthmag/Dmagmetr.htm">Von elektronischen Magnetometern und vom Rauchen</a> – Darstellung des Funktionsprinzips von Fluxgate-Magnetometern und deren Anwendung zur Messung der Selbstreinigungskraft der Lunge</li></ul>

<div class="mw-heading mw-heading2"><h2 id="Einzelnachweise">Einzelnachweise</h2></div>

<li id="cite_note-1"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-1">↑</a></span> <span class="reference-text">M. Linnert, A. Sutor, S. J. Rupitsch, R. Lerch: <cite style="font-style:italic">C8.4 - Characterization and Simulation of a Magnetized Sample</cite>. 2017, <span style="white-space:nowrap">S.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>424–428</span>, <a href="Digital_Object_Identifier" title="Digital Object Identifier">doi</a>:<span class="uri-handle" style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://doi.org/10.5162/sensor2017%2FC8.4">10.5162/sensor2017/C8.4</a></span> (<a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.ama-science.org/doi/10.5162/sensor2017/C8.4">ama-science.org</a> [abgerufen am 10. Juni 2023]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Abook&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Fluxgate-Magnetometer&rft.au=M.+Linnert%2C+A.+Sutor%2C+S.+J.+Rupitsch%2C+...&rft.btitle=C8.4+-+Characterization+and+Simulation+of+a+Magnetized+Sample&rft.date=2017&rft.doi=10.5162%2Fsensor2017%2FC8.4&rft.genre=book&rft.pages=424-428" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-sensorland-2"><span class="mw-cite-backlink">↑ <sup><a href="#cite_ref-sensorland_2-0">a</a></sup> <sup><a href="#cite_ref-sensorland_2-1">b</a></sup></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="http://www.sensorland.com/HowPage071.html"><i>What is a Fluxgate? (Erklärung des Messprinzips beim Fluxgate-Magnetometer).</i></a><span class="Abrufdatum"> Abgerufen am 4. September 2018</span> (englisch).</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AFluxgate-Magnetometer&rft.title=What+is+a+Fluxgate%3F+%28Erkl%C3%A4rung+des+Messprinzips+beim+Fluxgate-Magnetometer%29&rft.description=What+is+a+Fluxgate%3F+%28Erkl%C3%A4rung+des+Messprinzips+beim+Fluxgate-Magnetometer%29&rft.identifier=http%3A%2F%2Fwww.sensorland.com%2FHowPage071.html&rft.language=en"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-3"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-3">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20181029191811/http://www.geophysik.uni-jena.de/igwphymedia/Versuchsanleitungen/Geomagnetik_neu_pdf.pdf"><i>Geophysikalisches Laborpraktikum.</i></a> (pdf) Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Geowissenschaften, 2012, <span style="white-space:nowrap;">S. 8f</span>, archiviert vom <style data-mw-deduplicate="TemplateStyles:r250917974">

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</style><span class="dewiki-iconexternal"><a class="external text" href="https://redirecter.toolforge.org/?url=http%3A%2F%2Fwww.geophysik.uni-jena.de%2Figwphymedia%2FVersuchsanleitungen%2FGeomagnetik_neu_pdf.pdf">Original</a></span> am <span style="white-space:nowrap;">29. Oktober 2018</span><span>;</span><span class="Abrufdatum"> abgerufen am 29. Oktober 2018</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AFluxgate-Magnetometer&rft.title=Geophysikalisches+Laborpraktikum&rft.description=Geophysikalisches+Laborpraktikum&rft.identifier=https%3A%2F%2Fweb.archive.org%2Fweb%2F20181029191811%2Fhttp%3A%2F%2Fwww.geophysik.uni-jena.de%2Figwphymedia%2FVersuchsanleitungen%2FGeomagnetik_neu_pdf.pdf&rft.publisher=Friedrich-Schiller-Universit%C3%A4t+Jena%2C+Institut+f%C3%BCr+Geowissenschaften&rft.date=2012&rft.source=http://www.geophysik.uni-jena.de/igwphymedia/Versuchsanleitungen/Geomagnetik_neu_pdf.pdf"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-4"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-4">↑</a></span> <span class="reference-text"><span class="cite"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://web.archive.org/web/20140104213028/http://op.gfz-potsdam.de/champ/systems/index_SYSTEMS.html"><i>CHAMP, Satellite & Systems.</i></a> In: <i>Geoforschungszentrum in Potsdam.</i> Archiviert vom <span class="dewiki-iconexternal"><a class="external text" href="https://redirecter.toolforge.org/?url=http%3A%2F%2Fop.gfz-potsdam.de%2Fchamp%2Fsystems%2Findex_SYSTEMS.html">Original</a></span> am <span style="white-space:nowrap;">4. Januar 2014</span><span>;</span><span class="Abrufdatum"> abgerufen am 4. Januar 2014</span>.</span><span style="display: none;" class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Adc&rfr_id=info%3Asid%2Fde.wikipedia.org%3AFluxgate-Magnetometer&rft.title=CHAMP%2C+Satellite+%26+Systems&rft.description=CHAMP%2C+Satellite+%26+Systems&rft.identifier=https%3A%2F%2Fweb.archive.org%2Fweb%2F20140104213028%2Fhttp%3A%2F%2Fop.gfz-potsdam.de%2Fchamp%2Fsystems%2Findex_SYSTEMS.html&rft.source=http://op.gfz-potsdam.de/champ/systems/index_SYSTEMS.html"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-5"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-5">↑</a></span> <span class="reference-text">Winfried Morgner: <cite style="font-style:italic">In memoriam Friedrich Förster</cite>. In: <cite style="font-style:italic">e-Journal of Nondestructive Testing</cite>. 2009, <a href="Internationale_Standardnummer_f%C3%BCr_fortlaufende_Sammelwerke" title="Internationale Standardnummer für fortlaufende Sammelwerke">ISSN</a> <span style="white-space:nowrap"><a rel="nofollow" class="external text" href="https://zdb-katalog.de/list.xhtml?t=iss%3D%221435-4934%22&key=cql">1435-4934</a></span>, <span style="white-space:nowrap">S. 45</span> (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.ndt.net/article/ndtnet/2009/foerster.pdf">ndt.net</a> [PDF; abgerufen am 8. Februar 2025]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Fluxgate-Magnetometer&rft.atitle=In+memoriam+Friedrich+F%C3%B6rster&rft.au=Winfried+Morgner&rft.date=2009&rft.genre=journal&rft.issn=1435-4934&rft.jtitle=e-Journal+of+Nondestructive+Testing" style="display:none"> </span></span>

</li>

<li id="cite_note-6"><span class="mw-cite-backlink"><a href="#cite_ref-6">↑</a></span> <span class="reference-text">Klaus Reichert: <cite style="font-style:italic">Präzises und quasi verlustfreies Messen aller Stromformen</cite>. In: <cite style="font-style:italic">Elektronikpraxis</cite>. <span style="white-space:nowrap">Nr.<span style="display:inline-block;width:.2em"> </span>22</span>, November 2013, <span style="white-space:nowrap">S. 88f</span> (<a rel="nofollow" class="external text" href="https://www.elektronikpraxis.de/praezises-und-quasi-verlustfreies-messen-aller-stromformen-a-424898/">elektronikpraxis.de</a> [abgerufen am 21. Februar 2024]).<span class="Z3988" title="ctx_ver=Z39.88-2004&rft_val_fmt=info%3Aofi%2Ffmt%3Akev%3Amtx%3Ajournal&rfr_id=info:sid/de.wikipedia.org:Fluxgate-Magnetometer&rft.atitle=Pr%C3%A4zises+und+quasi+verlustfreies+Messen+aller+Stromformen&rft.au=Klaus+Reichert&rft.date=2013-11&rft.genre=journal&rft.issue=22&rft.jtitle=Elektronikpraxis" style="display:none"> </span></span>

</li>

</ol></div><div><div class="zim-footer">

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