Magnetfeldkompensationsanlage

Die aktive Magnetfeldkompensationsanlage mit MFC 45 und MFC 90 sorgt für bestmögliche magnetische Umgebungsbedingungen für Ihr Hightech-Gerät und somit für eine störungsfreie Bildgebung.

• Rasterelektronenmikroskope
• Transmissionselektronenmikroskope
• Elektronenstrahllithografen
• Maskenschreiber für die Halbleiterherstellung
• Anlagen oder Geräte, die ein geringes und stabiles magnetisches Umfeld benötigen

Anwendungszweck und Nutzen

Eine passive Abschirmkabine aus Nickel-Eisen-Legierung (Mu-Metall, Permalloy) ist sehr aufwendig und kostenintensiv, alternativ kann eine aktive Kompensationsanlage mit geringem Aufwand eingesetzt werden. Es ist aber auch möglich, eine kostengünstigere passive Abschirmkabine in Kombination mit einer aktiven Kompensationsanlage zu betreiben, dadurch können beide Vorteile genutzt werden.

Magnetische Störquellen sind für gewöhnlich

• Starkstromleitungen und Elektroinstallationen
• Aufzüge
• U-Bahnen
• Straßenbahnen
• Eisenbahnen
• PKWs und LKWs
• Erdmagnetfeldschwankungen, verursacht durch Sonnenwinde

Starkstromleitungen und Elektroinstallationen

Harmonische Oberwellen, die durch nichtlineare Betriebsmittel im Stromnetz, wie z.B. durch ein Schaltnetzteil entstehen und ein Vielfaches der Netzfrequenz sind, werden durch den breiten Frequenzbereich der Anlage kompensiert.

Genauso werden auch Gradienten, verursacht durch das Ein- und Ausschalten von leistungsstarken Betriebsmitteln neutralisiert.

Kompensationswirkung bei einer Probe

Folgende Bilder zeigen die Aufnahme einer Standardprobe: Gold auf Kohlenstoff mit einem Rasterelektronenmikroskop.

Zeigt die Kompensationswirkung mit eingeschalteter Kompensation mit dem Ergebnis einer störungsfreien Bildgebung.

Besondere Merkmale der aktiven Magnetfeldkompensationsanlagen MFC 45 und MFC 90

• Breiter Frequenzbereich von 0 Hz bis 20.000 Hz, in dem die Anlage kompensiert.
• Reduktion des magnetischen Störfeldes um das 1.000-fache (60 dB) am Ort des Regelsensors im Frequenzbereich von 0 Hz bis 1.000 Hz.
• Kompensation von sehr starken Magnetfeldern bis hin zum Erdmagnetfeld.
• Kleine kompakte Bauform der Magnetfeldsensoren.
• Integriertes Magnetfeldmesssystem mit 100 pT (1 μG) Auflösung und 126 dB Dynamik.
• Innovative Bedienart und Visualisierung durch einen Touchscreen mit Hilfsfunktion.
• Akustische Mithöreinrichtung der Magnetfeldsignale.

Reduktionsfaktor des Störfeldes

Die Anlage verarbeitet und kompensiert statische wie auch wechselnde elektromagnetische Felder im Frequenzbereich von 0 Hz bis 20.000 Hz innerhalb einer Feldstärke von ± 100 μT (± 1 G).

Dabei wird eine Reduktion des magnetischen Störfelds um das 1.000-fache (60 dB) am Ort des Regelsensors im Frequenzbereich von 0 Hz bis 1.000 Hz erreicht.

Das bedeutet, z.B. ein Störfeld mit 1 μT (10 mG) wird reduziert auf 1 nT (10 μG).

Maximale Störfelder

Mit dem entsprechenden Raumspulendesign und dem dazugehörigen Steuergerät können sehr starke Magnetfelder bis hin zum Erdmagnetfeld kompensiert werden, wobei mit der Zunahme der Frequenz des Störfeldes die Leistung des erzeugten Gegenfeldes abnimmt.

Damit nicht das komplette Erdmagnetfeld kompensiert wird, ist der Offsetbetrieb mit beiden Steuergeräten möglich. Genauso kann auch die Kompensation des Gleichfeldes ausgeschaltet werden.
Steuergerät MFC 45: ca. 25 μT (250 mG)
Steuergerät MFC 90: ca. 50 μT (500 mG) Erdmagnetfeld

Bedienung und Displayanzeige

Die Bedienung des Steuergerätes erfolgt mit dem eingebauten Touchscreen, zusätzlich existiert für jede Funktion eine Hilfe, die rechts in der Menüleiste des Displays aufgerufen werden kann.

Das Statusfeld oben im Display zeigt den Schaltzustand der Kompensation für jeden Feldvektor an. Mit der Taste Comp. On, in der Menüleiste, wird die Kompensation ein- und ausgeschaltet. In der Hauptansicht wird das statische Magnetfeld AVG und das wechselnde Magnetfeld P-P des Regelsignals getrennt angezeigt. Durch das Umschalten der Hauptansicht können weitere Messdaten, wie z.B. Magnetfeldstärke, Spulenstrom, Temperatur usw. angezeigt werden.

Wartungsfreier Betrieb

Nach der Inbetriebnahme und der optimalen Einmessung der Anlage, ist kein weiterer Wartungsaufwand notwendig.

Akustische Mithöreinrichtung

Mit der Audiofunktion werden magnetische Störsignale hörbar. Damit kann eine effiziente und sichere akustische Funktionsprüfung der Regelung, wie auch der Kompensationswirkung durchgeführt werden. Unerwünschte Regelschwingungen werden damit, sofern sie im Hörbereich liegen, sehr gut erkannt und festgestellt.

Analoge Messwertausgabe

Zusätzlich werden alle Messsignale der Magnetfeldsensoren wie auch der Regelsignale für externe Messzwecke analog zur Verfügung gestellt.

Magnetfeldsensoren

Ein besonderes Merkmal der dreiachsigen Magnetfeldsensoren ist die kleine kompakte Bauform, dadurch wird die Positionierung und Montage erheblich erleichtert. Die Sensoren verfügen über einen sehr breiten  Frequenzbereich, der weit in den hohen Wechselfeldbereich reicht, innerhalb einer Feldstärke von ± 100 μT (± 1 G).

Der Magnetfeldsensor wird mittels eines Stativs neben dem Hightech-Gerät so aufgestellt und positioniert, dass die größte Feldreduktion in dem magnetisch empfindlichen Bereich des Hightech-Geräts erfolgt. Der  Magnetfeldsensor kann auch direkt mit einem Rohrsystem am Hightech-Gerät montiert werden.

Funktionsprinzip

Um eine räumliche Erfassung des Magnetfeldes und deren Kompensation zu ermöglichen, wird das Magnetfeld in drei Feldvektoren aufgeteilt. Individuell für jeden Vektor kompensiert ein geschlossener Regelkreis das störende Magnetfeld. Im Wesentlichen besteht die Anlage aus drei Komponenten, die elektrisch wie auch magnetisch miteinander verbunden sind.

Raumspule

Die Raumspule, die das magnetische Gegenfeld erzeugt, wird für jede Anlage individuell geplant. Sie wird jeweils dem Raum so angepasst und optimiert, dass sie für jeden Feldvektor annähernd einer Helmholtz-Anordnung entspricht. Der Magnetfeldsensor und das Hightech-Gerät, das magnetisch abgeschirmt werden soll, befinden sich innerhalb der Raumspule.

Um einen großen Reduktionsbereich innerhalb der Raumspule zu erreichen, wird in der Regel die Raumspule in den Kanten des Raumes verlegt. Falls der Raum zu groß ist, kann ein freitragendes Gerüst für die Installation der Raumspule verwendet werden. Falls mehrere Geräte in einem Raum magnetisch abgeschirmt werden müssen, können weitere Kompensationsanlagen direkt nebeneinander installiert und betrieben werden.

Folgende Darstellung zeigt das Prinzip des räumlichen Aufbaus der Raumspule mit dem Magnetfeldsensor:

Anordnung der einzelnen Spulen für jeden Feldvektor, farblich dargestellt.

Magnetische Achsausrichtung des Magnetfeldsensors zur Raumspule.

Gegensinnigkeit der Magnetfeldrichtung für jeden Feldvektor, dadurch erfolgt die Auslöschung des magnetischen
Störfeldes.

Der Magnetfeldsensor befindet sich zusammen mit dem Hightech-Gerät innerhalb der Raumspule.