AURORA BEACON

Magnetometer
Nicht immer geben die aus Boulder kommenden Informationen einen Hinweis auf kommende Auroraereignisse. Zwar lässt die Rotation der Sonne immer dann eine Wiederkehr eine magnetischen Störung erwarten, wenn etwa 27 Tage vorher ein sehr starkes Ereignis registriert wurde. Es gibt aber durchaus auch neu auftretende Ereignisse auf der Sonne, die nach sehr kurzer Zeit zu Störungen des Erdmagnetfeldes führen. Da bekanntermaßen Störungen des Erdmagnetfeldes oft mit Radio-Aurora verbunden ist, lohnt sich eine den Echtzeitereignissen zeitlich nähere Aussendung von Erdmagnetfeldinformationen in der Form des k-Wertes.
Der k-Wert gibt mit seinen 9 Stufen die Stärke der maximalen Schwankung des Erdmagnetfeldes innerhalb einer 3-Stunden-Periode an. Täglich werden 8 k-Werte ermittelt und aus diesen Tag der A-Wert, der eine Aussage über den ganzen Tag gibt. Es wäre wegen der damit verbundenen Übertragungskosten zu teuer dann alle 3 Stunden den k-Wert über die bereits beschriebenen Datenwege zu besorgen. Dank vieler wertvoller Hinweise meines Kollegen DJ4ZC konnte ein empfindliches Fluxgate-Magnetometer für 2 Komponenten des Erdmagnetfeldes gebaut werden.

Funktionsweise des Fluxgate-Magnetometers
Die wesentlichen Bestandteile des Fluxgate-Magnetometer (Sättigungskernverfahren) sind:

1. Ein aus extrem dünnem Schnittbandmaterial einer Speziallegierung gewickelter hochpermeabler Ringkern von ca. 10 mm (, der gleichförmig mit einer Spule bewickelt ist.
2. Dieser Ringkern wird in eine weitere grössere ihn umgebende Luftspule gebracht.
3. Elektronik zur Erzeugung eines Ansteuersignals der Ringkernwicklung, zur Verstärkung und Gleichrichtung eines Oberwellensignals und zu einer Kompensationsstrom-Erzeugung.

Die um den Ringkern gewickelte Wicklung dient zur Erzeugung eines Magnetfeldes für die periodische sinusförmige Aussteuerung der Magnetisierung Ø₀ des Ringkerns bis in den Sättigungsbereich. Das externe Erdmagnetfeld Ø führt dazu, dass es in den beiden Ringkernhälften zur Addition Ø_A = Ø₀ + Ø bzw. Subtraktion Ø_B = Ø₀ - Ø der beiden Felder kommt. Der Unterschied des magnetischen Induktionsfluss in den beiden Hälften ist zwar sehr gering, trotzdem läßt er sich durch einen Effekt ausnutzen: Durch periodisches Umschalten der Sättigungspolarität ist die eine Ringkermhälfte etwas früher als die andere Hälfte gesättigt. Dadurch wirkt der Ringkern als ganzes für eine sehr kurze Zeit wie ein kleiner Magnet. Von der alles umgebende Spule werden dabei kurze Spannungsimpulse aufgenommen, die proportional zum äußeren Erdmagnetfeld sind.

Bei einer sinusförmigen Ansteuerung des Ringkerns treten ohne äußeres Feld nur ungeradezahlige Oberwellen in der Aufnehmerspule auf, bei Wirkung eines äußeren Feldes jedoch auch geradzahlige. Die Amplitude der zweiten Harmonischen wird daher verstärkt und synchron (phasenempfindlich) gleichgerichtet. Nach Integration der Pulse wird eine Kompensations-Stromquelle dazu verwandt genau solch einen Gleichstrom in die äußere Spule einzuspeisen, so dass das Erdmagnetfeld im Inneren dieser äußeren Spule zu Null kompensiert ist. Dadurch ist der in der äußeren Spule fließende Strom ein direktes Maß des äußeren Erdmagnetfeldes.
Da noch kleinste Schwankungen des Erdmagnetfeldes ab 2 nanoTesla registriert werden sollen, wird ein 12-Bit-Analog-/Digitalwandler eingesetzt, dessen Daten an den Bakenrechner übergeben werden. Bei DK0WCY werden übrigens zwei Richtungskomponenten des Erdmagnetfeldes gemessen, wobei diejenige, die die größte Schwankung während einer 3-h-Meßperiode aufweist, für die Ermittlung von A und k herangezogen wird.

Das Magnetometer von DK0WCY, gebaut von DG7FDQ und DK4VW.

Ermittlung der k-Werte für jedes Tagesachtel

Vier Tagesachtel mit Nicht-k-Variation parallelen Kurven, die in jedem Tagesachtel dei Extrema der registrierten
Komponennte gerade berühren.

Der Abstand zwischen Maximal- und Minimalwert gibt den maximalen Schwankungsbereich  a  ( in NanoTesla )
der k-Variation für den jeweiligen 3 Stunden-Bereich an.