Projekt »QMag – Quantenmagnetrometrie«

Fraunhofer-Leitprojekt QMag

Im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts QMag erforscht Fraunhofer IPM die Industrietauglichkeit von optisch gepumpten Magnetometern (OPM). So wollen wir unser Sensorik-Portfolio um Magnetfeldmessungen erweitern. OPM zeichnen sich durch extreme Messgenauigkeit aus, die direkt durch atomare Konstanten gegeben ist (siehe Abb. 1).

Dank ihrer Empfindlichkeit können OPM als Detektoren für die kernmagnetische Resonanz (nuclear magnetic resonance – NMR) eingesetzt werden. Üblicherweise werden in der Standard-NMR sehr starke Magnetfelder verwendet. Wir werden die aus dem Hochfeldbereich bekannten Methoden auf den Bereich sehr schwacher Magnetfelder (zero-to-ultra-low-field, ZULF) mit B < 1 µT bis in den Bereich des Erdmagnetfeldes (EF) mit B < 100 µT übertragen. Durch die daraus resultierenden niedrigen Frequenzen wollen wir die Kompatibilität von NMR-Signalen mit metallischen Komponenten verbessern. Ziel ist es, auf NMR basierende Flussmessgeräte zu bauen, welche mehrphasige Strömungen messen.

Zugleich wollen wir OPM für die Materialprüfung nutzbar machen. Hierfür werden wir OPM in Mikro-Ermüdungsaufbauten integrieren, um den zeitlichen Verlauf von magnetischen Streufeldern in Metallproben zu erfassen. Diese Streufelder werden durch Risse und Fehlstellen im Material erzeugt und können helfen, kleinste Risse im Material bereits vor dem technischen Anriss zu detektieren. Die bisher bekannten Magnetfeldstärken dieser Streufelder liegen im mit OPM sehr leicht messbaren Bereich von nT - µT.

© Fraunhofer IPM
Grundprinzip eines OPM. Ein Dampf von Alkaliatomen wird in einem Magnetfeld Spin-polarisiert (i.e. ausgerichtet). Diese Spin-Polarisierung koppelt sich an das zu messende Magnetfeld und erzeugt eine messbare Frequenz. Diese Frequenz ist durch atomare Konstanten festgelegt und somit robust gegen Störeinflüsse.
© Fraunhofer IPM
Halbach-Magnete: Komponenten für die NMR-basierte Durchflussmessung (NMR: nuclear magnetic resonance, also kernmagnetische Resonanz).
© Fraunhofer IPM
Wir nutzen selbstgebaute Halbach-Magnete (links im Bild), um die zu messende Flüssigkeit zu polarisieren. Dies ermöglicht es, NMR-Signale in einer kontrollierten magnetischen Umgebung zu messen.

Fraunhofer-Leitprojekte

 

 

 

Fraunhofer stellt sich den aktuellen Herausforderungen für die deutsche Industrie. Mit den Leitprojekten setzt sie strategische Schwerpunkte, um konkrete Lösungen zum Nutzen für den Standort Deutschland zu entwickeln.

 

Fraunhofer-Leitprojekt »QMag« erfolgreich abgeschlossen / 23.1.2024

Quantenmagnetometer erkennen frühzeitig kleinste Materialdefekte

Im Rahmen des Projekts QMag forschte Fraunhofer IPM erfolgreich an optisch gepumpten Magnetometern (OPM) für die Materialprüfung.

Zudem wurde ein gänzlich neues Verfahren zur magnetischen Durchflussmessung auf Basis von OPMs entwickelt.

 

Leitprojekt »QMag«

Im Fraunhofer-Leitprojekt »QMag« werden Magnetometer weiterentwickelt und für die Anwendung erprobt.

Publikationen »Magnetometrie für die Materialprüfung«

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2023 Quantum Magnetometry for Material Testing
Thiemann, Kerstin; Blug, Andreas; Bertz, Alexander
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Quantum magnetometry with OPM: Novel applications in non-destructive testing?
Blug, Andreas; Thiemann, Kerstin; Philipp, Simon; Straub, Thomas; Bertz, Alexander
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Magnetic cleanliness verification of miniature satellites for high precision pointing
Busch, Stephan; Koss, Peter; Horch, Clemens; Schäfer, Konstantin; Schimmerohn, Martin; Schäfer, Frank; Kühnemann, Frank
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2023 Magnetic Flow Metering with Optically Pumped Magnetometers (OPM)
Schmieder, Leonhard; Koss, Peter; Kühnemann, Frank
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2023 Demonstration of an OPM flux guide scanner for high-resolution magnetic non-destructive testing
Thiemann, Kerstin; Blug, Andreas; Bertz, Alexander; Carl, Daniel
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Noninvasive Magnetic-Marking-Based Flow Metering with Optically Pumped Magnetometers
Schmieder, Leonhard; Koss, Peter A.; Lambrecht, Armin; Kühnemann, Frank
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Using optically pumped magnetometers to identify initial damage in bulk material during fatigue testing
Thiemann, Kerstin; Blug, Andreas; Koss, Peter; Durmaz, Ali Riza; Laskin, Gennadii; Bertz, Alexander; Kühnemann, Frank; Straub, Thomas
Konferenzbeitrag
Conference Paper
2022 Optically pumped magnetometer measuring fatigue-induced damage in steel
Koss, Peter A.; Durmaz, Ali Riza; Blug, Andreas; Laskin, Gennadii; Pawar, Omkar Satish; Thiemann, Kerstin; Bertz, Alexander; Straub, Thomas; Elsässer, Christian
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Materialprüfung mit optisch gepumpten Magnetometern
Blug, Andreas; Durmaz, Ali Riza; Straub, Thomas
Aufsatz in Buch
Book Article
2022 Quantenmagnetometrie hilft, Materialschädigungen früher zu detektieren
Bertz, Alexander
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Material Testing with Optically Pumped Magnetometers
Blug, Andreas; Durmaz, Ali Riza; Straub, Thomas
Aufsatz in Buch
Book Article
2021 ZULF-NMR Based Flow Metering
Schmieder, Leonhard; Koss, Peter A.; Kühnemann, Frank
Poster
2021 Measuring Magneto-Mechanical Hysteresis during Fatigue Testing using Optically Pumped Magnetometers
Blug, Andreas; Koss, Peter A.; Durmaz, Ali Riza; Laskin, Gennadii; Bertz, Alexander; Kühnemann, Frank; Straub, Thomas
Poster
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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