Sensorsysteme

Neuartige 3D-Kamera zur großflächigen Vermessung von Magnetfeldern

/ 5.5.2015

Erlangen/Nürnberg, 6. Mai 2015 – Sensor+Test, Halle 12, Stand 537: »HallinSight« ist der Name einer neuartigen 3D-Magnetfeldkamera, die von Wissenschaftlern des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS entwickelt worden ist. Die Kamera ist mit 3D-Sensoren flächig bestückt und kann damit Magnetfelder dreidimensional mit hoher Geschwindigkeit messen. Mit ihrer hohen Messauflösung ist die Kamera für die Qualitätssicherung ebenso wie für Laboruntersuchungen geeignet. Die »HallinSight«-Kamera wird erstmals auf der Sensor+Test vom 19.–21. Mai 2015 in Nürnberg zu sehen sein.

© Fraunhofer IIS/Volker Peters

Einer der möglichen Anwendungsbereiche für die Magnetfeldkamera ist die Charakterisierung und Qualitätskontrolle von Permanentmagneten. Reale Permanentmagnete sind niemals ideal magnetisiert. Deshalb ist das Wissen über die Fehlmagnetisierung z. B. für sehr genaue Positionssensorik wichtig. Die hochgenaue Messung der Magnetfelder erfolgt in der Kamera mit 3D-Sensoren der HallinOne®-Technologie. Auf einer Fläche von 40x40 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 können auch schnelle magnetischdynamische Prozesse aufgezeichnet werden.

Die HallinSight-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. Die Messwerte von 256 3D-Sensoren werden parallel wie bei einem »Schnappschuss« gewonnen und können visuell dargestellt oder für die Analyse und Dokumentation gespeichert werden. Über eine USB-Schnittstelle kann die Magnetfeldkamera einfach an einen PC angebunden werden. Mit einer grafischen Anwendungs-Software kann die Kamera konfiguriert, Messwerte können gespeichert oder in Echtzeit dargestellt werden.

Einfache Einbindung in Produktions- oder Testumgebungen

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.

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. Da der Messbereich von ±100 mT auf bis zu ±1.000 mT erweitert werden kann, 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, kann die Magnetfeldkamera direkt an einem Magnetsystem oder in einer Produktionslinie montiert werden. Sie ist für einen Temperaturbereich von -40 °C bis 125 °C ausgelegt und damit auch für raue Umgebungen geeignet. 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 mit »Hallin-Sight« in Echtzeit möglich. Dies kann gerade im Bereich erneuerbarer Energien eine Verbesserung des Wirkungsgrads ermöglichen.

Auf der Sensor+Test 2015 vom 19.–21. Mai 2015 in Nürnberg wird die Magnetfeldkamera live demonstriert. Es ist sogar möglich, mitgebrachte Magnete charakterisieren zu lassen. Messungen mit »HallinSight« können auf Anfrage auch am Fraunhofer IIS in Erlangen durchgeführt werden.