AT404759B - Messverfahren und messgerät zum erkennen von schwankungen des erdmagnetfeldes - Google Patents

Description

AT 404 759 B

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren zum Erkennen von Schwankungen des Erdmagnetfeldes sowie ein Meßgerät zur Durchführung dieses Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren zeichnet sich dadurch aus, daß an einem gegebenen geographischen Ort in verschiedenen, um gleiche Winkelschritte rundum verteilten Himmelsrichtungen der Abstand zwischen einem vollzylinderförmigen Dauermagneten und einem in der jeweiligen Himmelsrichtung bewegbaren, wesentlich kleineren Indikator aus unmagnetisiertem Magnetwerkstoff gemessen wird, bei dem sich der Indikator aufgrund der Anziehungskraft des Dauermagneten auf diesen zu in Bewegung setzt, wobei der jeweils die Abstandsmessungen in allen diesen Himmelsrichtungen umfassende Meßvorgang in bestimmten Zeitabständen wiederholt wird und die sich dabei ergebenden Meßwerte einer statistischen Auswertung unterzogen werden.

Entsprechende Meßreihen werden von der Anmelderin seit September 1984 durchgeführt und bearbeitet.

Im folgenden werden anhand einer schematischen Zeichnung das erfindungsgemäße Meßverfahren und das dafür verwendete Meßgerät näher erläutert.

BESCHREIBUNG DES MEßGERÄTES

Allgemeines:

Das im folgenden beschriebene Meßgerät erfaßt die Schwankungen des Erdmagnetfeldes in den verschiedenen Himmelsrichtungen der Windrose. Der verwendete dauermagnetisierte Vollstahlzylinder mißt die Stärke der in seiner Längsrichtung einfallenden Anteile des Horizontalfeldes als Längenmaß. Das stärkste einfallende Feld zeigt sich als Maximalwert einer bestimmten Himmelsrichtung.

Der prakrische Wert dieses Gerätes liegt in der Katastrophenvorhersage, die besonders in Erdbebengebieten interessante Aussagen erwarten läßt, in der Erfassung von Wechselwirkungen des Erdmagnetfeldes mit Asteroiden, im Erkennen gravierender Klimaverschiebungen sowie in der Erfassung von Gesetzmäßigkeitten und Erstellung von Formeln zur Geophysik. Mit dieser Meßmethode kann der Sonnenfleckenzyklus dargestellt werden. 1) Der Schrittmotor (3) und die Trägerscheibe (4):

Der Schrittmotor (3) steht mit einer kreisförmigen Trägrscheibe (4) aus Glas mittels vertikaler Achse in fester Verbindung. Schrittmotor (3) samt Trägerscheibe müssen auf einer absolut horizontalen Unterlage eingenordet und unverschieblich auf dieser verankert werden.

Der Schrittmotor (3) mit elektronischer Steuerung dient dazu, die Trägerscheibe (4) - von der Nordrichtung ausgehend - im Uhrzeigersinn in exakt gleichen Kreissektorabschnitten zu den weiteren Himmelsrichtungen NE, E, SE, S, SW, W und NW zu drehen. 2) Die Trägerscheibe (4) und ihre Adjustierung (5-11): ln der Mitte der Trägerscheibe (4) werden auf deren Oberseite adjustiert: ajder Zylindermagnet (5) - in Nordrichtung weisend - in einer zu beiden Seiten seiner Längsrichtung angebrachten Führungsschiene (9) aus Glas gleitend; b) die Schiebevorrchtung (6) samt Antrieb, deren Schiebestange mit Rück- und Vorderwand des Zylindermagneten (5) fest verbunden ist und diesen in Richtung Indikator (7) schiebt;

Vortriebsmöglichkeiten mit entsprechender Übersetzung für hohe Genauigkeit: Zahnstange,

Schublehre,

Schraubgewinde; moderne Streckenmessungen wie Glasmeßstäbe, welche das Magnetfeld des Dauermagneten (5) nicht beeinflussen; der Durchmesser des Primärzahnrades beträgt mindestens 1 cm; c) der Indikator, gleitend in einer auch dem Zylindermagneten dienenden Führungsschiene aus Glas; die Mittelachse des Indikators ist zugleich die verlängerte Mittelachse des Zylindermagneten; der Abstand des Indikators vom Zylindermagneten entspricht jener Strecke, welche die Schiebestange zurücklegen kann und für die angegebenen Abmessungen etwa, 2 cm beträgt; d) die Greifer (8) haben die Aufgabe, den Zylindermagneten und den Indikator in ihre Ausgangsposition zutückzuschieben; die Greifer (8) für den Indikator fangen diesen nach einer passiv zurückgelegten Wegstrecke von etwa 1- 2

AT 404 759 B 5 mm ab und ziehen ihn in seine Ausgangslage zurück;

Motor bzw. Steuerung Für Schiebevorrichtung und Greifer befinden sich an der Unterseite der Trägerplatte. 5 3)Der berührungslose Schalter (10):

Der berührungslose Schalter kontrolliert die Bewegung des Indikators. Seine Kontaktstellen führen vom Indikator zur Streckenzählung. Der Impuls zu dem Zeitpunkt, zu welchem der Indikator aufgrund der Annäherung des Zylindermagneten selbständig seine Ausgangsposition verläßt, löst den digital angezeigten io Streckenmeßvorgang aus.

BESCHREIBUNG DES VERSUCHSVORGANGES 1)Das Meßgerät wird an seinem Meßplatz auf absolut hotizontaler Unterlage eingenordet. 75 2)Die Trägerscheibe aus Glas wird im Intervall von 2,5 min mittels Schrittmotor nach jeder Einzelmessung, beginnend in Nordrichtung, im Uhrzeigersinn zu den übrigen Himmelsrichtungen gedreht. 3) Jede der acht Einzelmessungen zeigt folgende Teilschritte: a)Der dauermagnetisierte Zylindermagnet gegebener Größe wird auf der Trägescheibe schrittweise an den Indikator, ein unmagnetisiertes Eisendrahtstück gegebener Größe, herangeschoben. 20 b)ln einem bestimmten, vorher nicht bekannten Abstand setzt sich der Indikator selbständig in

Richtung auf den Zylindermageneten in Bewegung.

Dieser Abstand bezeichnet jenen Nullpunkt, der den Magnetfeldwirkungsbereich des Zylindermagnet abgrenzt. c)Jener zu messende Abstand wird als Zentimeter- bzw. Millimetermaß wie folgt erfaßt: 25 Die vom Zylindermagneten bis zum spontanen Bewegungsbeginn des Indikators zutückgelegte

Strecke wird mittels Zahnrad und mitgeführter Zahnstange vermessen und im Augenblick der einsetzenden Indikatorbewegung durch den berührungslosen Schalter, der das Stop für den Antrieb setzt, festgehalten. 4) Ein Digitalmeßgerät mit seinen Kontakten bei Zahnrad und berührungslosem Schalter erfaßt jene vom 30 Zylindermagneten zurückgelegte Strecke als Längenmaß 5) Zylindermagnet und Indikator werden mittels Greifern oder Schiebern in ihre Ausgangsposition zurückgeführt. 6) Der Schrittmotor dreht sich zur nächsten Position, der Himmelsrichtung Nordosten. Derselbe Einzelschritt läuft ein zweites Mal ab. 35 7)Der Gesamtmeßvorgang ist beendet, wenn der Einzelschritt in jeder Himmelsrichtung durchgeführt wurde. ANWENDUNG DES MEßGERÄTES 40 1)Statistische Auswertungsmöglichkeiten: a) Einzelwerte und ihre Abweichungen. b) Quersummen der acht Magnetfeldwerte der einzelnen Himmelsrichtungen. c) Vertikalsummen der einzelnen Himmelsrichtungen für 45 ein Monat - ein Jahr - längere Zeitabschnitte. d) Mittelwerte über ein Monat, ein Jahr oder längere Zeizabschnitte für eine einzelne Himmelsrichtung, für alle Himmelsrichtungen. e) Vergleich gegenüberliegender Himmelsrichtungen. so f)Vergleich bestimmter Zeitabschnitte:

Sommerhalbjahr - Winterhalbjahr,

Tag- und Nachtgleiche - kürzester Tag und längste Nacht, längster Tag und kürzeste Nacht. g)Analyse auffälliger Zyklen. 55 h)Staffelung bestimmter Zeitabschnitte, um gravierende Abweichungen zu erkennen und der Katastrophenvorhersage auch für weiter entfernte Gebiete zu dienen. i) Erfassen sprunghafter Ereignisse zur lokalen Katastrophenvorhersage. j) Beobachtung von Tages-, Monats- und Jahresgängen. 3 ΑΤ 404 759 Β k) Analyse der Magnetfeldwerte zu bestimmten Mondphasen, Mond* und Sonnenfinsternissen. l) Analyse von West- und Nordeffekten o.a. und deren Wirkung bzw. Mechanismen. m) Bildung von Logarithmen usw. 2)Mathematische Auswertungsmöglichkeiten: a) 21 - cm - Linie:

Diese Meßmethode erfaßt jene Schwankungen der Horizontalkomponenten des Erdmagnetfeldes, die den Bereich der jedem magnetischen Dipol zugehörigen 21-cm-Linie betreffen.

Die Wellenlänge kann man wie folgt errechnen:

Fluchtgeschwindigkeit: 11,2 km/s

Anzahl der Sekunden pro Jahr: 31 557 600 s aktueller Magnetfeldmeßwert M in cm, z.B. 0,875 cm im Jahr 1985 - M.31 557 600 s /11,2.105 cm b) Korrelation der geomagnetischen Aktivität mit dem Sonnenfleckenyklus:

Mit dieser Meßmethode wird jener Ordnungsbereich des lokalen Erdmagnetfeldes erfaßt, bei welchem die magnetische Erregung eine bestimmte Vorzugsrichtung zeigt und durch einen Transistormechanismus dem Gesamtfeld zugeordnet wird.

Die positiven und negativen Teilbereiche der Sinusschwingungen für fünf bzw. sechs Jahre des Sonnenflekkenzyklus errechnet man als jährlichen Koordinatenpunkt in cm wie folgt: MM = Monatssummenwert einer bestimmten Himmelsrichtung MMn = Monatssummenwert für den Norden k = jährlicher Koordinatenpunkt der Sinusschwingung k - (MMn - MMs) + (MMw - MMe) + (MMnw · MMse) + (MMne - MMsw) / 48 in cm

ERWEITERUNGS- BZW. ABÄNDERUNGSMÖGLICHKEITEN DES MEfiGERÄTES 1) Erhöhung der Zahl der Einselmessungen innerhalb des vollen Kreisumfanges der Windrose auf ein bestimmtes Vielfaches von acht; die Dauer des Meßvorganges darf jedoch 15 bis 20 Minuten nicht überschreiten. 2) Erhöhung der Meßgenauigkeit durch Verwendung eines größeren Zylindermagneten und Indikators in entsprechendem Verhältnis zueinander um einen beliebigen Faktor, wobei der Verwendungszweck zu beachten ist. 3) Verfeinerung der Meßgenauigkeit durch Anwendung einer optimalen Übersetzung oder einer gleitenden Schiebevorrichtung für den Zylindermagneten (oder für den Indikator) bis zum Erreichen des Nullpunktes, der die selbständige Bewegung des Indikators markiert. 4) Erfassung der zu messenden Strecke direkt zwischen dem Zylindermagneten und dem Indikator durch berührungslose Schalter, Selenzellen oder andere moderne Möglichkeiten. 5) Alternative Adjustierung des Indikators, um den Mittelpunkt des Dauermagneten ansteuern zu können, wobei die Meßwerte wesentlich höher liegen würden. 6) Durchführung des Meßvorganges in bestimmten Zeitintervalien. 7) Direkte Speicherung der einzelnen Meßdaten während des Meßvorganges in einen Computer über eine entsprechende Schnittstelle.

Der Meßvorgang kann sich auch auf weniger als acht Himmelsrichtungen beschränken, wobei die Drehvorrichtung vereinfacht oder nicht benötigt wird.

Das Meßgerät darf keine magnetisierbaren Zusatzteile enthalten; der eigentliche Meßvorgang darf nicht in direkter Verbindung mit elektrischem Strom stehen, da elektrische Ströme das Feld des Zylindermagneten und des Indikators beeinflussen. Für den Meßvorgang ist es unwesentlich, ob der Zylindermagnet oder der Indikator zum Anziehungspunkt bzw. Nullpunkt herangeführt wird.

Zylindermagnet und Indikator können auch auf anderen Unterlagen als Glas oder Porzellan adjustiert werden. Durch Verwendung von Materialien wie Holz oder Aluminium etc. kann das Meßverfahren erweitert werden. Entsprechenden Ausdehnungskoeffizienten und Haftreibungsgegebenheiten muß bei der Adjustierung Rechnung getragen werden.

Da der Indikator bei dem Meßverfahren den unteren Rand des Zylindermagneten ansteuert, werden 4

Claims (5)

1. AT 404 759 B aufgrund zusätzlicher Oberflächenwechselwirkungskräfte Teilchen eines bestimmten Energieniveaus des Wasserstoffspektrums herausgefiltert. Auf diese Weise kann mittels desselben magnetischen Dipols die Dynamik des Erdkörpers in Wechselwirkung mit seiner Atmosphäre beschrieben werden. LEGENDE ZUR GRAFISCHEN DARSTELLUNG DES MAGNETFELDMEßGERÄTES Standplatte Befestigungsklemme Schrittmotor Trägerplatte aus Glas Zylindermagnet: 3 cm 1 cm 16,89g 7,17 g Mikrometerzahnrad mit Schiebe- bzw. Zahnstange: Zahnrad fixiert, Zahnstange beweglich Alternativmöglichkeit: Zahnrad beweglich, Zahnstange fixiert Indikator = vorne spitz zulaufendes, an der Rückseite offenes 0,26 g Greifer bzw. Rückschieber Führungsschiene Berührungsloser Schalter Motor und Antrieb für Mikrometerzahnrad und Greifer bzw. Rückschieber Digitalanzeige in Zentimetern (Computer) 1 2 3 4 5 Länge Durchmesser Gewicht spezifisches Gewicht 6 7 Eisendrahtstück: Gewicht unmagnetisiert 8 9 10 11 12 Patentansprüche 1. Meßverfahren zum Erkennen von Schwankungen des Erdmagnetfeldes, dadurch gekennzeichnet, daß an einem gegebenen geographischen Ort in verschiedenen, um gleiche Winkelschritte rundum verteilten Himmelsrichtungen der Abstand zwischen einem vollzylinderförmigen Dauermagneten und einem in der jeweiligen Himmelsrichtung bewegbaren, wesentlich kleineren Indikator aus unmagneti-siertem Magnetwerkstoff gemessen wird, bei dem sich der Indikator aufgrund der Anziehungskraft des Dauermagneten auf diesen zu in Bewegung setzt, wobei der jeweils die Abstandsmessungen in allen diesen Himmelsrichtungen umfassende Meßvorgang in bestimmten Zeitabständen wiederholt wird und die sich dabei ergebenden Meßwerte einer statistischen Auswertung unterworfen werden.
2. 2. Meßgerät zur Durchführung des Meßverfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer um eine Vertikalachse drehverstellbaren horizontalen Trägerscheibe (4) in einer sich durch deren Mittelpunkt erstreckenden Geradführung (9) ein Dauermagnet (5) und ein Indikator (7) über eine Stelleinrichtung zum Dauermagneten (5) hin frei beweglich abgestützt sind und ein durch den passiven Bewegungsbeginn des Indikators betätigbarer berührungsloser Schalter (10) den Stopimpuls für die Abstandsbestimmung durch die Stelleinrichtung (6) gibt.
3. 3. Meßgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelleinrichtung aus einem Motor mit Schiebeantrieb (6) für den Dauermagneten (5) besteht und die in Geradführungsrichtung verlaufende Schiebevorrichtung als Längenmaßstab zur Abstandsbestimmung vorgesehen ist, wobei der mit dem lose gleitenden Indikator in Kontakt stehende berührungslose Schalter (10) mit einem an den Motor des Schiebeantriebes (11) angeschlossenen Schalter zusammenwirkt.
4. 4. Meßgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Trägerscheibe (4) ein Schrittmotor (3) zur schrittweisen Bewegung vorgesehen ist und dem Dauermagneten (5) und dem Indikator (7) Rückstellvorrichtungen (11) zum Rückstellen in ihre Ausgangstage zugehören, wobei die Melßdaten der Meßvorgänge durch eine Digitalanzeige (12) angezeigt und in einem Computer (12) gespeichert werden, der auch die Meßfunktionen steuern kann.
5. 5 AT 404 759 B Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 6