DEVICE FOR COMPENSATING THE MAGNETIC FIELD OF DISTURBANCE OF AN OBJECT BY MEANS OF A MAGNETIC SELF-PROTECTION ARRANGEMENT

Abstract: 1. Arrangement for the compensation of magnetic interference fields by objects, preferably ships, by means of degaussing assemblies controlled by the interference field, in which differential field probes for detecting the inhomogeneous interference field, power amplifiers and compensation windings of the degaussing assembly form control circuits, which are used to control the currents flowing in the compensation windings of the assembly, characterized in that auxiliary integration elements are provided for the control circuits (3, 5-8), that individual interference fields are provided with separate control circuits for compensation, and that the separate control circuits are operated parallel to each other and parallel to the compensation assembly embracing the entire object (2).

Description: ''Verfahren zur Kompensation des magnetischen Störfeldes eines Objektes mittels einer MES-Anlage" Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäss dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Aus der DE-PS 977 727 ist eine Einrichtung zur Steuerung von magnetischen Eigenschutzanlagen (MES) gegen die Wirkung des induzierten Anteiles des magnetischen Momentes von Schiffen bekannt. Hierfür sind drei ausserhalb des magnetischen Störbereiches des Schiffes1 vorzugsweise an einer unmagnetischen Mastspitze angeordnete Feldmesssonden vorgesehen, die über ein Feldmessgerät die Erregung von Leistungsverstärkern steuern, die ihrerseits Ströme für die Kompensationswicklungen der Anlage liefern. Die drei Feldmesssonden sollen einzeln oder vorzugsweise gemeinsam drehbar angeordnet und die Feldmessgeräte und Leistungsverstärker mit besonderen Einrichtungen zur Gegenkopplung und damit zur ununterbrochenen Selbstüberwachung der ganzen Anlage ausgerüstet sein. Aus der DE-PS 977 846 geht hervor, dass zur Steuerung der MES-Wicklungen die in den dazugehörigen Sondenpaaren auftretenden, vom Schiff herrührenden geometrischen Störfeldgradienten benutzt werden. Mit diesem Verfahren soll eine automatische Selbstkompensation nach Art eines geschlossenen Regel- kreises möglich sein. Schliesslich ist es aus der DE-PS 977 881 auch bekannt, einzelne Störkörper innerhalb eines Fahrzeuges durch die Anbringung von sogenannten Antidipolen in der Nähe des magnetischen Schwerpunktes des Störkörpers in ihrer Wirkung nach aussen zu kompensieren. Diese nur beispielsweise genannten MES-Anlagen leiden unter dem wesentlichen Mangel, dass mit ihnen Änderungen des magnetischen Zustandes eines Objektes nicht ausreichend genau erfasst werden könne, wobei folgende änderungen genannt werden sollen: 1.) Änderungen des permanenten magnetischen Zustandes durch Alterung, Erschütterungen, Anbringen und Entfernen von magnetischen Teilen oder Geräten, Auswechseln von Maschinen, Waffen, Übernahme und Verschiessen von magnetischer Munition, Torpedos, Übernahme von in Blechdosen ver packtem Proviant bzw. Beseitigen der leeren Blechdosen. 2.) Änderung der Tauchtiefe von ferromagnetischen U-Booten. 3.) Rückkopplungseffekte auf die Schlingereffekte (Wirbelstromerzeugung durch Schlingern) werden nicht direkt gemessen und dementsprechend nicht exakt kompensiert. Hierzu werden schwierig zu ermittelnde Er fahrungswerte benötigt. Die Wirbelstromeffekte durch Stampf- und Rollbewegungen des Objektes bleiben unberücksichtigt. 4.) Die Kompensation steht nicht im direkten Zusammenhang mit dem ge messenen Eigenfeld des zu kompensierenden Objektes. Es muss jeweils vorausgesetzt werden, dass sie richtig eingestellt wird und später keine Änderung erfährt. 5.) Kompensation von Feldern elektrischer Fahranlagen bleibt unberücksichtigt. 6.) Eine Selbstvermessung bzw. Xontrolle des Eigenfeldes ist nicht möglich. Mit einer Gradienten-Magnetsonde, die normalerweise aus zwei in Basisabstand voneinander antiparallel angebrachten Magnetsensoren besteht, kann aus der Polung des Messeffektes auf die Richtung der magnetischen Feldstärke eines inhomogenen magnetischen Feldes, z. B. des Eigenfeldes eines Schiffes, geschlossen werden, wenn bekannt ist, nach welcher Seite der Sonde die Absolutbeträge der magnetischen Feldstärke abnehmen bzw. zunehmen. Wird die vorstehend genannte Voraussetzung eingehalten, so kann nach Figur 1 eine Gradienten-Sonde zum Kompensieren des magnetischen Eigenfeldes 1 eines Objektes 2 herangezogen werden. In diesem Beispiel wird die Anordnung einer Gradienten-Magnetometer-Sonde 3 gezeigt. Hier befindet sich die Sonde vom zu kompensierenden Objekt 2 entfernt. Sie ist etwa in radialer Richtung zum Objekt 2 angebracht. Dieses "entfernt sein" vom magnetischen Schwerpunkt erfüllt bereits die obengenannte Bedingung aufgrund des Abstandsgesetzes für das magnetische Feld des Objektes. Eine Umpolung des Streufeldes ergibt eine eindeutige Umpolung des Sondeneffektes am Ausschlag des Magnetometer-Anzeigeinstrumentes 4, wie is; Figur 2 gezeigt ist, dann auch, wenn die Sonde nur Komponenten des Objekt-Eigenfeldes zu erfassen vermag. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem magnetische Veränderungen an Ort und Stelle erfasst und die entsprechenden Kompensationsmittel unmittelbar beeinflusst werden können unter Verwendung einer wesentlich genaueren Feldsonde. Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäss die im Kennzeichen des Haupt- anspruches angegebenen ,Merkmale verwendet. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet. Zunächst soll auf eine Schwierigkeit hingewiesen werden, die bei der Anwendung von Gradienten-Sonden bisheriger Ausführung vorhanden ist. Wird eine Sonde in der Nähe eines zu kompensierenden Objektes angebracht, so sind infolge der magnetischen Abstandsgrenze die Gradienten hier besonders gross, was bedeutet, dass die Genauigkeitsforderungen nicht sehr gross sein müssen. Jedoch ist in diesem Falle der Einfluss von magnetischen Inhomogenitäten des Objektes besonders störend, z. B. bei Schiffen die Aufbauten, Spanten, Geräte usf. Je grösser aber der Abstand der Sonde vom ObJekt wird, um so ähnlicher wird das an der Oberseite gemessene magnetische Eigenfeld dem an der Unterseite. Die Vergrösserung des Abstandes der Sonde vom Objekt hat jedoch eine erhebliche Verminderung des Messeffektes zur Folge. Es müssen aber Forderungen an die Messgenauigkeit von Gradienten-'iagnetometern, z. B. zur Vermessung des magnetischen Eigenfeldes von Schiffen1 gestellt werden, die zur Zeit nicht zu erfüllen sind. Der Grund für diese relativ geringe Genauigkeit liegt darin, dass es nicht gelingt, die beiden Sensoren einer Sonde exakt antiparallel auszurichten. Normalerweise ist es nicht bekannt, in welcher Richtung und um welchen Betrag die beiden Sensoren der Sonde schief stehen, und somit ist es nicht möglich, den Messeffekt von der Störgrösse zu unterscheiden. Insbesondere wirken Wärmedehnungen, mechanische Beanspruchung und Alter des materials dejustierend. Wird eine Sonde in einem homogenen Erdfeld bewegt, so dürfte sich theoret¯isch kein Messeffekt ergeben. Je nach räumlicher Lage der Sonde zum Erdfeld und je nach Bewegungsart treten aber Störeffekte auf, die die Lösung wichtiger Messprobleme unmöglich machen. Sie sind oft grösser als der Messeffekt. In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele nach er Erfindung dargestellt und zwar zeigen die Figuren 1 und 2 die Anordnung einer Gradienten-Magneto- metersonde im magnetischen Erdfeld, die Figuren 3 und 4 die Kopplung der Sonde mit der Kompensationswicklung, Figur 5 eine drehbare Magnetometer- Sonde, Figur 6 eine GEoglichkeit der Verminderung der Anzahl der Sonden1 und die Figuren 7 bis 9 weitere Beispiele zur Verminderung der Sondenzahl. In Figur 3 werden erfindungsgemäss Sonde und Kompensationswicklung so miteinander gekoppelt, dass der am Ausgang eines Gradienten-}lagnetometers 5 anstehende Messeffekt der Sonde 3 über ein Integrationsglied 6, beispielsweise ein elektronisches Integrationsglied, einen Integrationsverstärker oder einen Rechner aufintegriert wird. Das Ausgangssignal des Integrationsgliedes wird dann als elektrische Spannung einem Leistungsglied 7 zugeführt. Hierfür kann ein Gleichspannungsleistungsverstärker verwendet werden. Es ist aber auch möglich, das Signal indirekt der Erregerwicklung eines Gleichstromgenerators zuzuführen bzw. es zur Ansteuerung von Thyristoren zu verwenden. Das Leistungsglied 7 liefert den Strom für eine Kompensationswicklung 8 (MES-iticklung), mit der die Magnetometer-Elektronik 5 bis 7 in der Weise fest verschaltet ist, dass das erzeugte Magnetfeld, bzw. eine Komponente hiervon, dem gemessenen Feld entgegengerichtet ist. Eine derartige Kombination kann zur Kompensation eines Objektes 2 und/oder von Teilen eines Objektes überall dort angebracht werden, wo die Kompensation einer bestimmten Streufeldkomponente für erforderlich angesehen wird. Im Beispiel nach Figur 4 sind die Komponenten 9, 10 und 11 für die X-, Y- und Z-Richtung vorgesehen. Die Sonde zur Durchführung des Verfahrens wird in der Weise verbessert, dass sie gemäss Figur 5 um ihre Längsachse drehbar gelagert wird. Hierfür sind zwei amagnetische Kugellager 13 und 14 und ein hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Motor vorzugsweise ein Synchronmotor vorgesehen, Die Sonde kann aber auch von Hand, mit Windl;raft oder mittels der Fahrtströmung in Umdrehung versetzt werden. Wegen der unvermeidlichen Dejustierung der beiden antiparallelen Sensoren 15 und 16, die in der Figur übertrieben schief dargestellt sind, erzeugen beide Sensoren für sich einen mehr oder weniger grossen Wechseleffekt. Üblicherweise sind die beiden Störeffekte unterschiedlich gross und gegeneinander phasenverschoben. Beide Wechseleffekte subtrahieren sich nach der üblichen Schaltung von Gradienten-Magnetometern. Hierdurch entsteht ein Wechsel effekt in der Form einer Wechselspannung, der sich dem eigentlichen Messeffekt überlagert. Dieser störende, symmetrische Wechseleffekt wird nun durch Dämpfungsglieder oder Filter zum Verschwinden gebracht. Somit steht der reine Messeffekt zur Verfügung. Erleichtert wird das Beseitigen des störenden Wechselfeldeffektes dadurch, dass seine Frequenz der Drehzahl der Sonde genau entspricht. Daher ist die Drehzahl so zu wählen, dass sie von der Frequenz der Messeffekte möglichst verschieden ist. Hierzu kann eine Drehzahl-Verstellvorrichtung dienen. Bei einem schnellen Wechsel des Gradienten, z. B. bei echselfeldern, die das Objekt erzeugt, empfiehlt es sich, die infolge Schiefstellung der Sensoren 15 und 16 auftretende Störfrequenz durch Zählstufen auszuschalten. Zur Weiterleitung der Messsignale von der sich drehenden Sonde können Schleifringe 17 (Quecksilber6chleifringe), induktive oder kapazitive Übertrager bzw. Funlcsender benutzt werden. Es empfiehlt sich in diesem Fall, die gesamte Elektronik 18 des Magnetometers oder Teile davon, z. B. miniaturisierter Form gemeinsam mit der Sonde umlaufen zu lassen. Es ist aber auch denkbar, die Sondendrehschwingungen, bevorzugt harmonische 0 um Winkel von 360 oder auch um kleinere Winkel ausführen zu lassen. Dreh- schwingungen haben den Vorteil, dass die Sensoren mittels Kabel mit den nachgeschalteten Gliedern verbunden werden können. Weiterhin kann die Anzahl der zur Kompensation eines Objektes erforderlichen Sonden vermindert werden. Anstatt drei Sonden zu verwenden, je eine für die V-, L- und H-Wicklung entsprechend der-Z-, X- und Y-Richtung, ist eine einzige Sonde 19 gemäss Fig. 6 ausreichend, wenn diese windschief zu den Spulenrichtungen X, Y und Z angeordnet wird. Diese Sonde kann eine feste oder rotierende Sonde sein. Kommt einer Komponente des zu entmagnetisierenden Objektes eine besondere Bedeutung zu; so ist die Winkellage der Sonde dieser Richtung mehr anzunähern, als einer anderen weniger wichtigen. Der sich auf diese Weise ergebende Messeffekt enthält die Messeffekte der X-, Y- und Z-Komponenten als eine Grösse. Eine Aufgliederung zur Steuerung der Wicklungen kann in folgender Weise vorgenommen werden: Nacheinander werden alle vorhandenen Wicklungen an den Sensor angekoppelt. Es wird ein Strom auf die erste Kompensationswicklung geschaltet und mittels einer Logikschaltung die Stromrichtung sofort umgeschaltet, falls der Mess- effekt hierdurch ansteigt. Fällt der Messeffekt dagegen ab, so lässt man den Strom in dieser Richtung für kurze Zeit weiterfliessen. Danach wird mit den übrigen Wicklungen entsprechend verfahren und der ganze Vorgang wiederholt, bis der Messeffekt an der Sonde Null wird. Die jeweiligen Stromgrössen können dabei laufend abnehmend vorgesehen oder die Stromflusszeiten verkürzt werden. Eine andere Möglichkeit1 den Gradienten-Messeffekt zu Null zu machen und damit das Eigenfeld des zu kompensierenden Objektes, besteht darin, die Steuerung der Stromrichtung für die Kompensationswicklungen besonderen Feldsonden zu übertragen, die die Richtung des Eigenfeldes des Objektes erfassen. Wenn z. B. eine V-, L- und H-Wicklung vorgesehen sinds ist ein Sondentripel für die X-, Y- und Z-Richtung zu verwenden. Eine weitere Möglichkeit ist für die rotierende Sonde darin zu sehen, einen Sensor bewusst von einer Ideal lage abweichend in einer bestimmten Richtung zu drehen, und zwar bevorzugt um einen Winkel, der ausserhalb der Winkeltoleranz der Sensoren liegt. Da somit die Richtung der Schiefstellung des Sensors bekannt ist, kann aus dem sich hieraus ergebenden Klebeffekt dieses Sensors auf die Feldrichtung am Ort des Sensors geschlossen werden. Der grösste effekt tritt bei der Drehstellung der Sonde auf, bei der die Messrichtung des Sensors und die Feldrichtung sich am nächsten kommen. Es können aber auch beide Sensoren in der beschriebenen Weise schief gestellt werden. Es ist bekannt und vorteilhaft, einige oder alle Sonden an einem Ort, z. B. im Mast eines Schiffes, anzubringen, wie Figur 7 zeigt. In diesem Beispiel misst die Sonde 20 den Gradienten der X-Komponente, die Sonde 21 den der Y Komponente und die Sonde 22 den der Z-Komponente. Die Sondenbasis erhält dann genau oder auch nur ungefähr eine radiale Richtung (Gradienten-Richtung) zum Objekt. Für diesen Fall der Anwendung ist es aber notwendig, die Sensoren in den Sonden in anderer Weise anzuordnen.. Sie sind zwar stets antiparallel anzubringen, jedoch erhalten die Sensoren die Richtung der entsprechenden zu vermessenden Feldrichtung. Alle Sensoren können auch in einer Sonde zusammengefasst werden (Figur 8), oder jeweils ein Sensor übernimmt, schiefgestellt, die Funktion von mehr als einem Sensor (Figur 9), analog dem in Figur 6 beschriebenen Beispiel. Die Sonden sollen in bekannter Weise möglichst dort aufgestellt werden, wo Sonden-Null mit dem Eigenfeld-Null des Objektes übereinstimmen. In diesem Fall erfordert das Kompensationsprinzip nach der Erfindung lediglich, dass der von der Sonde gemessene Gradienten-Effekt und der von der Kompensationswicklung hervorgerufene Kompensationseffekt gemeinsam gegen Null gehen. Eine lineare Beziehung oder eine andere festgelegte Beziehung braucht nicht erfüllt zu sein. Falls sich jedoch für die Aufstellung der Sonde kein Ort finden lässt, für den diese Bedingung erfüllt ist, ist eine Verstellvorrichtung vorzusehen. Hiermit wird dem Sondenmesseffekt ein einstellbarer konstanter oder feldabhängiger Effekt überlagert, der die Nulldifferenz ausgleicht. Die Verstärkung zwischen Messeffekt und Kompensationsstrom ist ebenfalls verstellbar auszuführen. Hiermit können unvermeidliche, störende Induktions- effekte in der Nähe der Sonde ausgeglichen werden. Es kann aber auch eine besondere Hilfs-Kompensationswicklung für die induktiv wirkende Störstelle, die die Sonde beeinflusst, angebracht werden. Ihre Beaufschlagung ist durch eine magnetische Verlessung zu ermitteln und einzustellen. Das Gradienten-Magnetometer kann weiterhin. mit einer Signalanzeige versehen werden, um extreme Beaufschlagungen bzw. Störungen erkennbar zu machen. Hierzu kann ein lessinstrument oder eine optische bzw. akustische Anzeigeeinrichtung dienen. Insbesondere ist diese erforderlich, wenn ein nicht mehr kompensierbarer Effekt auftritt. In vorteilhafter 'feise sind der Sensor und die Elektronik nach dem Baukastenprinzip zu fertigen. Die beschriebene Kompensation über das Gradienten-Messverfahren ist prädestiniert zum Schutz von Schiffen vor Gradienten-Minen. Sie ist aber auch verwendbar für Geräte, Motoren, Landfahrzeuge, gepanzerte Fahrzeuge sowie zum Steuern der Kompensierung von störfeldfreien Plätzen und Räumen bzw. für Messzwecke. Die rotierende Sonde erlaubt es, auf die bei der Herstellung der zur Zeit üblichen Gradienten-Sonden erforderliche Präzision zu verzichten. Ausser den langgestreckten Sensoren ist für die rotierende Sonde auch zum Beispiel ein liall-Sensor verwendbar. Die Rotationssonde ist zur Selbstvermessung geeignet, insbesondere kann sie beispielsweise hinter einem Schiff hergeschleppt bzw. unter dem Schiff längs oder quer hindurchgezogen werden oder freihängend oder verspannt angebracht oder von einem Beiboot ausgeführt werden. Beim Schleppen durch das Wasser kommt der Messung zusätzlich die Kreiselwirkung der rotierenden Sonde zugute, die bewusst zu verstärken ist. Der Antrieb kann durch den Fahrstrom über Flügelräder erfolgen. In besonders vorteilhafterweise kann die Gradienten- Sonde im Sonardom unter einem Schiff angebracht werden. Für eine Kompensation nach der Erfindung ist es prinzipiell ohne Bedeutung, ob das Eigenfeld des Objektes durch permanenten, induktiven oder magnetostriktiven Magnetismus entsteht. Die Kompensation ist auch unabhängig vom Kurs sowie von Längen- und Breitengrad. Sie ist sowohl für Schlinger-Effekte wie auch für Stampf- und Roll-Effekte verwendbar. Die Kompensation von Wechselfeldern ist ebenfalls möglich. Jegliche Eigenfeldänderung kann selbstständig kompensiert werden. Die Rotationssonde kann auch zum Auffinden von magnetischen Objekten, von Schiffen1 U-Booten usw. benutzt werden. Hierzu kann sie von Schiffen, Flugzeugen oder Landfahrzeugen aus eingesetzt werden.

Claims: Patentansprüche 1, Verfahren zur Kompensation von magnetischen Störfeldern von Objekten, vorzugsweise von Schiffen, mittels störfel dgeregelter magnetischer Eigenschutzanlagen, wobei die in den Wicklungen der Anlage fliessenden Ströme durch Differenzfeldsonden gesteuert werden, dadurch gekenn zeichnet, dass Regelkreise aus den Kompensationswicklungen mit zuge hörigen Differenzfeldsonden, Integrations- und Leistungsgliedern gebildet werden und zur Kompensation einzelner Störfelder parallel zueinander und parallel zur übergeordneten Kompensationsanlage des Objektes verwendet werden. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzfeld sonden an Orten angebracht werden, an denen die Differenzfeldstärken dann stets Null sind, wenn die mit Hilfe von Sonden (Sondenreihen oder Sondenteppichen) ermittelten Störfelder mittels der Kompensations wicklungen auf optimale Kompensation (Störfeldminimum;' eingestellt werden. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorhanden sein lokaler, auf die Differenzfeldsonden einwirkender und mittels der MES-Wicklungen nicht kompensierbarer Störfelder dem Sondenness effekt konstante oder magnetfeldabhängige Effekte überlagert werden. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass Störfelder in der Nähe der Differenzfeldsonden durch besondere Hilfswicklungen kompensiert werden. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenz feldsonden entfernt vom Objekt angebracht werden. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet1 dass die Sonden und/ oder die Elektronik nach dem Baukastenprinzip erstelit werden. 7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonden im Sonardom eines Schiffes untergebracht werden. 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren auf Wasser- und Landfahrzeuge sowie auf Plätzen und in Räumen angewendet wird. 9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit den Differenzfeldsonden eine Signaleinrichtung kombiniert ist, mit der ein Uberschreiten von zulässigen Werten oder eine Störung angezeigt wird. 10. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einer Differenzfeldsonde, die zwei Sensoren aufweist, deren Messrichtungen parallel zur Basis liegen, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde um ihre Längsachse drehbar angeordnet ist. il. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass als Drehan trieb für die Sonde ein hydraulischer- pneumatischer oder elektrischer Motor dient. 12. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine manuelle Drehung der Sonde mittels Handrad, Handgriff oder Handkurbel vorgesehen ist. 13. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Drehan- trieb der Sonde mittels Wind, Propeller oder Schalenkreuz. 14. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Wasser strömungsmotor als Drehantrieb für die Sonde. 15. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch Dämpfungsglieder, Filter oder Zählstufen zur Beseitigung von Justierfehlern der Sonde. 16. Einrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Änderung der Drehzahl der Sonde. 17. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Sonde Drehschwingungen ausführt, 18. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Sensor der Sonde schief gestellt ist. 19. Einrichtung nach den Ansprüchen 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass induktive, kapazitive Übertrager oder Funksender zur Übertragung der Messwerte von der sich drehenden Sonde vorgesehen sind.

Inventors: NISSEN, WALTER, DR.
Applicants: LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH
Application year: 1980
Main classification: B63G9
IPC codes: B63G9, H01F13