[发明专利]用于测量磁场方向的方法和设备

说明书

本发明涉及一种用于测量外部磁场的磁场方向的方法，该方法具有步骤：将样品（2）引入（S1）到外部磁场中，其中样品（2）具有缺陷，所述缺陷预先规定样品（2）的相对应的取向方向；在样品（2）的区域中产生（S2）交变磁场，所述交变磁场具有预先规定的或者可预先规定的磁场方向；测量（S3）由于样品（2）与交变磁场的相互作用引起的自旋共振效应；和在使用所测量的自旋共振效应和使用交变磁场的磁场方向相对于样品（2）的取向方向的定向的情况下，测定（S4）外部磁场的磁场方向。

技术领域

本发明涉及一种用于测量外部磁场的磁场方向的方法和一种相对应的设备。

背景技术

确定磁场在传感器技术中起到重要作用。例如，在车辆中或者利用便携式设备，可测定用于导航的方位。也为了对金属的或者磁的对象进行测位，需要高精度的磁场传感器。磁场的将来的可能应用可以是人机接口。借助磁场传感器，测量在大脑活动中形成的电流。

借助磁场脉冲确定磁场例如从WO 2016/118791 A1中已知。为此，采用带有具有氮空位中心(NV中心)的金刚石的样品。

Balasubramanian的“Nanoscale imaging magnetometry with diamond spinsunder ambient conditions”(Nature，第455卷，第648-651页，2008年)提供了对NV中心的研究。

除了精确地确定磁场强度之外，对于许多应用而言也要求知晓磁场方向。因此存在对可小型化的和成本有利的传感器设备的需求，以确定磁场方向。

发明内容

本发明提供了一种用于测量外部磁场的磁场方向的方法，并且提供了一种用于测量外部磁场的磁场方向的设备。

优选的实施形式也在下面给出。

根据第一方面，本发明因此涉及一种用于测量外部磁场的磁场方向的方法。样品被引入到外部磁场中，其中该样品具有缺陷，所述缺陷预先规定样品的相对应的取向方向(Orientierungsrichtung)。在样品的区域中产生具有预先规定的或者可预先规定的磁场方向的交变磁场。由于样品与交变磁场的相互作用而形成自旋共振效应，并且测量这些自旋共振效应。在使用所测量的自旋共振效应和使用交变磁场的磁场方向相对于样品的取向方向的定向(Ausrichtung)的情况下，测定外部磁场的磁场方向。

根据第二方面，本发明因此涉及一种用于测量外部磁场的磁场方向的设备，所述设备具有样品，所述样品可引入到外部磁场中。该样品具有缺陷，所述缺陷预先规定相对应的取向方向。所述设备进一步具有磁场装置，所述磁场装置可以在样品的区域中产生具有预先规定的或者可预先规定的磁场方向的交变磁场。该设备具有测量装置，所述测量装置测量自旋共振效应，所述自旋共振效应由样品与交变磁场的相互作用造成。最后，该设备具有评估装置，所述评估装置在使用所测量的自旋共振效应和使用交变磁场的磁场方向相对于样品的取向方向的定向的情况下来测定外部磁场的磁场方向。

本发明的优点

本发明能够实现，依据对具有缺陷的样品的调查，测量开头未知的外部磁场的磁场方向。交变磁场的磁场方向相对于样品的取向方向的定向是已知的，并且被考虑用于测定外部磁场的磁场方向。样品例如可以是具有预先规定的晶体结构的固体。在晶体生长时，可能出现确定的缺陷，其中缺陷的定向典型地限于少数几个通过晶体结构预先规定的方向。这些取向方向已经由于样品的制造方法而可能是已知的。然而根据其他实施形式，也可以在下面进一步描述的校准步骤中测定这些取向方向。

与通过恒定电流产生的静态磁场相比，或与磁场脉冲相比，通过使用交变磁场可以实现明显更低的能量消耗。由此，本方法和本设备尤其是也适用于在移动应用中采用。