Zusammenfassung
Magnetische Mikrostrukturen können verwendet werden, um Information zu codieren. Diese Information kann beispielsweise mittels eines Faraday-Magnetometers (engl. Faraday Rotation Magnetometer, FRM) zerstörungsfrei analysiert werden. Ein FRM ist ein magneto-optischer Aufbau auf Basis des Faraday-Effekts, der magnetische Feldstärken mit der Drehung polarisierten Lichts verknüpft. In diesem Beitrag wird zunächst ein geschwindigkeitsoptimiertes FRM vorgestellt, das die Magnetisierungen von Strukturen von etwa 60 µm Größe qualitativ darstellen kann, jedoch für quantitative Messungen nicht gut geeignet ist. Um das Potential und die Limitierungen eines FRMs als quantitatives Messprinzip zu untersuchen, wird anschließend ein generalisierter Aufbau konzipiert und charakterisiert. Hierfür wird die Amplitudenauflösung und damit die Eignung als quantitatives Messsystem in Abhängigkeit der räumlichen und zeitlichen Auflösung bestimmt. Es werden exemplarisch Methoden der Signalverarbeitung zur Verbesserung der Amplitudenauflösung vorgestellt und ausgewertet. Des Weiteren wird gezeigt, wie sich daraus negative Auswirkungen auf die räumliche beziehungsweise zeitliche Auflösung ergeben können. Aus diesen Zusammenhängen lässt sich zunächst für eine gegebene Problemstellung bezüglich geforderter räumlicher, zeitlicher und quantitativer Auflösung abschätzen, ob ein FRM ein geeignetes Messsystem darstellt. In der Folge helfen diese Überlegungen außerdem beim Aufbau sowie der Wahl der Komponenten des Magnetometers.
Abstract
Magnetic microstructures can be used to encode information. This information can then be analyzed non-destructively using, e. g. a Faraday Rotation Magnetometer (FRM). An FRM is a magneto-optical setup built around the Faraday effect, which links magnetic field strengths with the rotation of polarized light. In this contribution we first present an acquisition-speed-focused FRM. With the help of this setup it is possible to qualitatively resolve structures of about 60 µm in size. However, it does not allow any meaningful quantitative measurements. Therefore, we built and characterized a generalized setup in order to establish the potential and limitations of an FRM as a quantitative measurement device. We determine the interdependence of amplitude, spatial, and temporal resolution. Afterwards, we present ways to enhance the signal w. r. t. amplitude resolution, i. e. the suitability for quantitative measurements, as well as their detrimental effects on spatial and temporal resolution. Given a set of requirements, this allows for an estimate of feasibility for an FRM as a quantitative measurement device. Furthermore, it helps in the build as well as the selection of components of the magnetometer.
About the authors
Ruben Piepgras hat Medizintechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg studiert. Seit 2017 ist er Universitätsassistent am Institut für Elektrische Messtechnik der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Forschungsinteressen liegen im Bereich der Optik und der magnetischen Messtechnik.
Sebastian Michlmayr schloss sein Studium der Mechatronik im Jahr 2018 an der Johannes Kepler Universität Linz ab. Seine Interessensgebiete umfassen optische Messtechnik und Bildverarbeitung.
Johannes Egger schloss sein Studium Mechatronik an der Johannes Kepler Universität Linz im Jahr 2018 ab. In seiner Masterarbeit beschäftigte er sich mit magneto-optischen Messsystemen.
Bernhard G. Zagar leitet das Institut für Elektrische Messtechnik an der Johannes Kepler Universität Linz. Seine Interessen sind im Fachgebiet Messtechnik weit gestreut und decken das Thema vom Sensordesign bis hin zur Signalverarbeitung ab. Besondere Schwerpunkte lagen bisher im Bereich der optischen Messtechnik, der Bildverarbeitung und der Magnettomographie.
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