DE1623382B1

DE1623382B1 - Vorrichtung und anordnung zur kompensation magnetischer eigen störfelder für ein von einem fahrzeug getragenes magnetometer

Info

Publication number: DE1623382B1
Application number: DE1967C0041347
Authority: DE
Inventors: Henri Glenat; Antoine Salvi
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1966-02-04
Filing date: 1967-01-27
Publication date: 1971-12-23
Also published as: US3441841A; FR1485557A; BE692716A; ES336189A1; NL6701668A; LU52915A1; CH469991A; JPS469079B1; SE340184B; NL156822B; IL27306A; GB1167962A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Kompensation magnetischer Eigenstörfelder in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug, das ein Magnetometer zur Messung der Feldstärke eines äußeren Magnetfeldes mit sich führt.

Für eine genaue Messung der Stärke des magnetischen Erdfeldes und seiner Änderungen ist es bekannt, ein Magnetometer, insbesondere ein mit magnetischer Kernresonanz arbeitendes Magnetometer, zu verwenden, das an Bord eines Flugzeuges installiert ist, mit dem das zu untersuchende Gebiet überflogen wird. In Flugzeugen sind im allgemeinen zahlreiche elektromagnetische Einrichtungen vorhanden, die nicht ausreichend abgeschirmt sind und daher ein magnetisches Störfeld hervorrufen (Eigenstörfeld), das sich dem zu messenden Feld überlagert.

Um den-Einfluß des Eigenstörfeldes möglichst klein zu halten, ist man dazu übergegangen, den eigentlichen Meßkopf des Magnetometers in einer Sonde anzuordnen, die mit Hilfe eines Seiles außerhalb des Flugzeugs transportiert wird. In einem anderen Fall hat man den Meßkopf in einer Lanze angeordnet, die am Schwanzende des Flugzeuges befestigt ist, um dadurch den Abstand vom Zentrum der elektromagnetischen Einrichtungen des Flugzeuges zu vergrößern.

Zur Ausschaltung der magnetischen Eigenstörfelder eines Flugzeuges ist es weiterhin bekannt, für den Meßkopf zwei Spulen zu verwenden und diese Spulen so anzuordnen, daß die durch die Eigenstörfelder hervorgerufenen elektromotorischen Kräfte sich aufheben, dagegen die vom zu messenden Magnetfeld verursachten Signale sich addieren.

Es besteht ferner ein älterer Vorschlag für eine Kompensationsanordnung für ein von einem Fahrzeug getragenes Magnetometer, die dazu dient, die von den Richtungsänderungen des Fahrzeuges stammende Verfälschung des Meßergebnisses zu beseitigen. Es wird hierbei davon ausgegangen, daß die Beeinflussung durch das Eigenstörfeld des Fahrzeuges, z. B. eines Flugzeugs, bei der Messung des magnetisehen Erdfeldes im allgemeinen nicht ins Gewicht fällt, wenn das Fahrzeug während der Messung gegenüber der Richtung des zu messenden Magnetfeldes eine feste Richtung beibehält. Zur Vereinfachung der Messung wird außerdem angenommen, daß das Fahrzeug ein magnetisches Eigenstörfeld konstanter Feldstärke hat. Da dies aber nicht der Fall ist, läßt sich mit dieser Kompensationsanordnung der Einfluß des Eigenstörfeldes nur teilweise ausschalten.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Anordnung zur Kompensation der magnetischen Eigenstörfelder eines Fahrzeugs in der Weise auszubilden, daß der Störeinfluß durch eine laufende und selbsttätige Kompensation bei allen vorliegenden Meßbedingungen vollständig ausgeschaltet wird.

Das gemäß der Erfindung hierfür vorgesehene Verfahren besteht darin, daß die Differenz der Feldstärken des gesamten Magnetfeldes an zwei Punkten X, Y des Fahrzeuges bestimmt wird, an denen die Feldstärke des äußeren Magnetfeldes etwa gleich ist, dagegen die Feldstärken des magnetischen Eigenstörfeldes verschieden sind, daß eine zur Differenz dieser Feldstärken und somit zum magnetischen Eigenstörfeld proportionale Stromstärke als Steuergröße erzeugt wird und daß mit Hilfe dieser Steuergröße ein magnetisches Kompensationsfeld hervorgerufen wird, das gegensinnig zum magnetischen Eigenstörfeld gerichtet ist und etwa die gleiche Feldstärke wie das Eigenstörfeld hat.

Nach der weiteren Erfindung ist die Anordnung zur Kompensation magnetischer Eigenstörfelder in einem Flugzeug in der Weise ausgebildet, daß die beiden Punkte X, Y in der lotrechten Symmetrieebene des Flugzeuges auf der Achse desselben hintereinander in der Nähe des Flugzeugschwanzes, vorzugsweise in einer gegenseitigen Entfernung von einigen Zentimetern angeordnet sind und daß zur Erzeugung des Kompensationsfeldes zwei in der Nähe des Schwerpunktes der magnetischen Massen des Flugzeuges angeordnete Spulen vorgesehen sind, deren Achsen mit der Achse des Flugzeuges einen Trieder mit drei rechten Winkeln bilden.

Eine weitere Ausgestaltung der Anordnung besteht gemäß der Erfindung darin, daß an einem der Punkte X, Y ein Magnetometerkopf angeordnet ist, der eine erste Spannung mit einer zur Feldstärke des Magnetfeldes an diesem Punkt proportionalen Frequenz liefert, daß ein mit dieser Spannung beaufschlagter Frequenzmesser zur Bestimmung der Feldstärke des äußeren Magnetfeldes bei kompensiertem Eigenstörfeld vorgesehen ist, daß an dem anderen Punkt X oder Y ein Magnetometerkopf mit einem Kernfilter (Bandpaßfilter) angeordnet ist, das an seinem Eingang einen Teil der ersten Spannung empfängt und eine zweite Spannung liefert, die gegenüber der ersten Spannung um einen Winkel phasenverschoben ist, der zur Differenz der Feldstärken der gesamten Magnetfelder an den beiden Punkten X, Y proportional ist, und daß eine Einheit vorgesehen ist, die die beiden Spannungen empfängt und eine dritte zum Phasenverschiebungswinkel proportionale Spannung liefert, von der in einer Einheit eine proportionale Stromstärke für die Speisung der Spulen zur Erzeugung des Kompensationsfeldes abgeleitet wird.

Nach der Erfindung wird an der Stelle, an der sich der eigentliche Meßkopf befindet, ein der Stärke der Eigenstörfelder entsprechendes, aber entgegengesetzt gerichtetes Kompensationsfeld erzeugt und mit Hilfe einer besonderen Einrichtung eine laufende selbsttätige Kompensation vorgenommen. Die Messung des magnetischen Erdfeldes kann somit mit sehr großer Genauigkeit durchgeführt werden. Es ist zu erwähnen, daß die nach der Erfindung vorgesehene Kompensationsanordnung vom Schaltungsaufbau her keine Schwierigkeiten bietet, betriebssicher ist und auch preislich günstig liegt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist auf der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in einer schematischen, teilweise geschnittenen Seitenansicht ein Flugzeug für die Unterbringung eines Magnetometers,

F i g. 2 ein Schaltschema einer Kompensationsanordnung,

Fig. 3 ein Schaltschema eines Kernfilters (Bandpaßfilter) und

F i g. 4 zwei Kennlinien des Kernfilters, aus denen die hervorgerufene Phasenverschiebung ersichtlich ist.

In F i g. 1 ist schematisch ein Flugzeug mit seiner NaseiV, seinem Rumpf Fm, seinen Flügeln L, seinen Steuerflossen G des Leitwerks Em und seinem Schwanz Q dargestellt. Bekanntlich ist der größte Teil der Bordgeräte (Motoren, elektrische und elektronische Ausrüstungen, Laderäume, Vorratsbehälter

usw.), welche eine ständige magnetische Kompensation erfordern, in einer etwa sphärischen Zonei? enthalten, die in der Nähe des vorderen Endes des Flugzeuges liegt, wobei der Schwerpunkt dieser Zone R praktisch mit dem Schwerpunkt M der magnetischen Massen des Flugzeugs zusammenfällt. Die Apparate dieser Zone beeinflussen einen bei X in einer Entfernung χ von diesem Schwerpunkt M angeordneten Magnetometerkopf stärker als einen bei Y in der Entfernung χ + dx des Schwerpunktes M angeordneten Magnetometerkopf. In Fig. 1 liegt Y in dem Schwanz Q, während sich X zwischen dem Schwanz und der Zone R befindet, wobei diese beiden Lagen von X und Y übrigens die bevorzugten Lagen der beiden Punkte darstellen, an welchen die Differenz des gesamten Magnetfeldes bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder der erfindungsgemäßen Vorrichtung festgestellt wird.

Bei X wie auch bei. Y ist das gesamte Magnetfeld im wesentlichen gleich der Summe von zwei Ausdrücken, nämlich dem äußeren Magnetfeld (d. h. dem Feld, welches an diesen Punkten vorhanden wäre, wenn sich das Flugzeug nicht in der dargestellten Stellung befinden würde) und dem magnetischen Störfeld, welches von dem Flugzeug erzeugt wird, und zwar im wesentlichen von den innerhalb der Zone R angeordneten Bordgeräten.

Infolgedessen gestattet eine Messung des gesamten Magnetfeldes bei X oder Y (oder an einem beliebigen anderen Punkt des Flugzeugs) mittels eines sehr genauen Magnetometers nicht, die Messung der genauen Feldstärke des äußeren Magnetfeldes vorzunehmen, welche durch die Feldstärke des magnetischen Störfeldes gestört wird. Das Magnetometer mißt das gesamte Magnetfeld, welches durch die geometrische Summe des äußeren Magnetfeldes und des magnetischen Störfeldes gebildet wird.

Dies ist sehr störend, wenn man sehr genaue Messungen der Feldstärke des magnetischen Erdfeldes und seiner Änderungen vornehmen will, insbesondere zum Zwecke der Bodenerforschung.

Zur Ermöglichung einer genauen Messung wird erfindungsgemäß die Differenz der Feldstärke des ge-

» samten Magnetfeldes zwischen den beiden Punkten X und Y bestimmt (an welchen die Feldstärke des ma-. gnetischen Außenfeldes praktisch die gleiche ist, während die Feldstärken des magnetischen Störfeldes verschieden sind), man erzeugt eine Steuergröße, insbesondere eine durch diese Differenz und somit zu dem magnetischen Störfeld proportionale Stromstärke, und man erzeugt unter Steuerung durch diese Größe ein magnetisches Kompensationsfeld, welches gegensinnig zu dem magnetischen Störfeld gerichtet ist und dessen Stärke zu dieser Größe proportional ist, um diese Differenz zu Null zu machen. Bei der Ausübung dieses Verfahrens wird an den Punkten X und Y ein magnetisches Kompensationsfeld erzeugt, welches die Differenz zwischen den gesamten Magnetfeldern an den Punkten X und Y zu Null macht, indem der Wert des gesamten Magnetfeldes an jedem dieser Punkte wesentlich auf den Wert des äußeren Magnetfeldes herabgesetzt wird, welcher an diesen beiden Punkten der gleiche ist.

Bei Messung der Feldstärke des Magnetfeldes in X oder in Y mittels eines Magnetometerkopfs ist daher der Wert dieser Messung der der Feldstärke des magnetischen Außenfeldes, welche von dem von dem magnetischen Störfeld herrührenden Fehler befreit ist.

Dieses Verfahren kann zweckmäßig mit einer erfindungsgemäßen in F i g. 2 dargestellten Vorrichtung ausgeübt werden.

Die Vorrichtung weist Einrichtungen Z auf, weiche einen elektrischen Strom mit einer zu der Differenz des gesamten Magnetfeldes an zwei Punkten X und Y proportionalen Stärke i erzeugen, sowie Spulen 16 und 17 aus einem leitenden Draht und Leiter 18, 19 zur Speisung der Spulen 16, 17 mit dem Strom i, wobei der Abstand dieser Spulen 16 und 17 von dem Punkt M₁ und der Proportionalitätskoeffizient zwischen dem Strom! und dieser Differenz so gewählt ist, daß die Spulen ein magnetisches Kompensationsfeld erzeugen, welches diese Differenz zu Null macht. Die Anordnung Z kann zweckmäßig zwei Magnetometerköpfe mit magnetischer Resonanz aufweisen, welche bei X, wo die Feldstärke des gesamten Magnetfeldes H₁ beträgt, bzw. bei Y, wo die Feldstärke des gesamten Magnetfeldes H₂ beträgt, angeordnet sind.

Der bei X angeordnete Kopf T₁ wird zweckmäßig durch einen Spinoszillator der in der französischen Patentschrift 1 351 587 beschriebenen Art gebildet. Ein derartiger Oszillator liefert bei E₁, F₁ eine Spannung mit einer Frequenz, welche zu der Feldstärke des gesamten Magnetfeldes an der StClIeJjF₁ genau proportional ist. Ein derartiger Kopf enthält im wesentlichen ein Kernfilter T₀ der in F i g. 3 dargestellten und weiter unten genauer beschriebenen Art, und einen Verstärker 11a ohne Phasen verzerrung, wobei ein Teil der Ausgangsgröße dieses Verstärkers zu dem Kernfilter durch den Leiter 12 zurückgeführt wird.

Der zweite an dem Punkt Y angeordnete Kopf T₂ ist ein genauer in F i g. 3 dargestelltes Kernfilter, dessen bei A, B angelegte Eingangsgröße durch einen Bruchteil der Ausgangsgröße des Verstärkers 11a und somit des Kopfs T₁ gebildet wird, während seine bei C, D verfügbare Ausgangsgröße in dem Verstärker 11 verstärkt wird, worauf diese verstärkte Ausgangsgröße bei C₁, D₁ verfügbar ist.

Das in F i g. 3 dargestellte Kernfilter des Kopfs T₂ (und auch des Kopfs T₁) weist zwei Eingangsklemmen A, B (A₁, B₁ für T₀) auf, zwischen welche in Reihe eine Eingangsspule 1 und ein Widerstand 2 mit rein ohmscher Impedanz geschaltet sind, welche erheblich größer als die Impedanz der Spule 1 ist, so daß die Spannung U₀ des an die Klemmen A, B angelegten sinusförmigen Eingangssignals praktisch mit dem ebenfalls sinusförmigen, die Spule 1 durchfließenden Strom J₀ in Phase ist.

In Reihe mit dem die Ausgangsspannung U₁ liefernden Ausgangsklemmen C, D sind eine Ausgangsspule 3 und ein Widerstand 6 geschaltet, welcher den Gütekoeffizienten des durch die Spule 3 und den zu dieser parallelgeschalteten Kondensator 4 gebildeten Resonanzkreises 5 herabsetzt.

Die Spulen 1 und 3 sind normalerweise entkoppelt, sie werden jedoch durch ein Spinsystem gekoppelt (welches einen Teil einer in einem Behälter 7 enthaltenen Flüssigkeit 8 bildet). Dieses Spinsystem koppelt die Ausgangsspule 3 mit der Eingangsspule 1 mit der Resonanzfrequenz dieses Spinsystems in dem Magnetfeld [H₂ für den Kopf T₂), in welches es gebracht ist, wobei diese Resonanzfrequenz, Larmorfrequenz genannt, zu der Feldstärke des Magnetfeldes proportional ist.

Die Ausbildung wird so getroffen, daß die Reso-

nanzfrequenz des Resonanzkreises 5 der Larmorfrequenz sehr naheliegt, wobei der geringe Gütefaktor des Resonanzkreises 5 die Frequenzmitnahme herab-, setzen soll, d. h. verhindern soll, daß der Resonanzkreis 5 seine Resonanzfrequenz dem Ausgang des Filters aufzwingt.

In F i g. 3 ist als Flüssigkeit 8 eine Lösung verwendet, welche außer dem obigen Spinsystem eine paramagnetische Substanz enthält, welche die Ausnutzung des Overhauser-Abragam-Effekts gestattet, wenn eine ihrer elektronischen Resonanzlinien mittels einer Spule 10 gesättigt wird, welche von einem Oszillator 9 mit dieser Resonanzfrequenz gespeist wird.

In dem unteren Teil der F i g. 4 ist die Resonanzkurve des Spinsystems der Flüssigkeit 9 dargestellt, welches die Spulen 1 und 3 mit der Resonanzfrequenz/o koppelt, und in der Nähe dieser Frequenz ist die Breite des Resonanzbandes mit d/ bezeichnet. In diesem oberen Teil sind nämlich die Änderungen der Amplitude α der Ausgangsspannung U₁ in Funktion der Frequenz/ der Eingangsspannung Lf, dargestellt (wobei angenommen ist, daß die Amplitude von U₀ konstantgehalten und nur ihre Frequenz/ verändert wird).

Die Kennlinie ist eine Lorentzkurve, deren größte Amplitude m der Frequenz/₀ entspricht.

In dem unteren Teil der F i g. 4 ist, wiederum in

Funktion von/und dem oberen Teil dieser Figur ent-

' sprechend, die Phasenverschiebung ψ dargestellt. Diese ist Null für /₀ und schwankt zwischen —γ- und -ψ-, wenn / zwischen den Werten^ und /₂ schwankt, für welche α zu Null wird.

In der Schaltung der F i g. 2 erfolgt der Vergleich der Phasen des bei E₁, F₁ verfügbaren Signals U₀ und des bei C₁, D₁ verfügbaren Signals U₁ in dem Phasendiskriminator 13. Wenn das Magnetfeld H₂ bei Y gleich dem Magnetfeld H₁ bei X ist, liefert der Phasendiskriminator 13 eine Spannung Null. Diese Spannung wird jedoch positiv (oder negativ), wenn H₂ von Ji₁ aus zunimmt (bzw. abnimmt). Die Empfindlichkeit ist sehr groß, da der Phasenwinkel zwiPunkte E₁, F₁ angeschlossener Frequenzmesser 14 gestattet somit die Bestimmung der Feldstärke H₂, welche um die durch die in der Zone R angeordneten Apparate erzeugten Störungen berichtigt ist, wie dies bereits angegeben wurde und weiter unten genauer erläutert ist. Um deutlicher zu zeigen, wie die Kompensation der magnetischen Störfelder vor sich geht, sollen diese sowie ihre Kompensation nachstehend berechnet werden.
Mit den Bezeichnungen

χ = Abstand des magnetischen Schwerpunkts M von dem Punkt X, wo sich der erste KoPfT₁ (Fig. 1) befindet,

dx = Abstand zwischen X und Y, an welchen sich die beiden Magnetometerköpfe T₁, T₂ befinden (F i g. 1 und 2),

y = Abstand zwischen dem Punkt M₁, an welchem die Kompensationsspulen 16 und 17 angeordnet sind, und dem Punkt X (F i g. 2), und

k = Produkt πμ₀ (wobei μ₀ der Koeffizient der Coulombschen Gleichung für die magnetischen Massen ist, d. h. die magnetische Permeabilität des Vakuums)

erhält man für eine beliebige magnetische, an dem Punkt M angeordnete Störmasse μ ein magnetisches Störfeld bei X, welches gleich

_ m 1

- ^x - T ' x³

ist, und ein magnetisches Störfeld bei Y, welches gleich η ^m ^l

k (x + dx)³

ist.

Die Differenz zwischen diesen beiden magnetischen Störfeldern wird durch folgende Formel gegeben:

η η - ^m
^{Μγ Ηχ}~ k

schen —γ- und —γ- für geringe Änderungen von H₂ von Ji₁ aus schwankt. Dies gestattet, die Punkte X und Y einander zu nähern, wobei ihr Abstand dx z. B. größenordnungsmäßig 50 cm beträgt, was günstig ist, da hierdurch die Gleichheit der Form der magnetischen Störungen bei X und Y begünstigt wird.

Man erhält so am Ausgang der Einheit 13 eine Spannung, welche eine Funktion der Differenz des Magnetfeldes zwischen den Punkten X und Y ist und nach Verstärkung in einem nicht dargestellten Verstärker in der Einheit 15 in einen Strom j umgeformt wird, welcher zu der Differenz zwischen den magnetischen Feldstärken H₁ und H₂ proportional ist (wenn diese Differenz klein ist, d.h. in dem etwa geradlinigen Abschnitt der die Änderung von 9? in der Nähe von Null darstellenden Kurve und praktisch in der Bandbreited/), und dieser Stromi ist es, welcher, wie oben angegeben, den Spulen 16 und 17 zugeführt wird, deren Achsen zweckmäßig senkrecht zueinander und zu der Symmetrieebene des Flugzeugs (Ebene der Fig. 1) angeordnet sind.

Die Schaltung der F i g. 2 liefert noch bei E₁, F₁ eine Spannung mit einer zu der Feldstärke des Magnetfeldes H₂ proportionalen Frequenz. Ein an die wobei zu bemerken ist, daß

45

50 (x + dx)³ = x³ (1 + —> .

Wenn man setzt —— = p, erhält man
τχ υ _ m {l+pf

X³

_o ^ + p)

MacLaurinsche Reihe oder die Reihe des Binoms

6° Bei Entwicklung des Ausdrucks
lacLaurins
erhält man

6p² + 10p³.

in eine

(1 + P?

Wenn ρ =

dx

klein ist, wie dies hier der Fall

ist (wenn z. B. χ = 10 m und dx = 0,5 m ist, erhält

dx 1
man = -^-, und man stellt fest, daß der dritte

Ausdruck bereits vernachlässigbar ist).

Man erhält also schließlich etwa:

Hy — Ηγ = —Γ-

^{χ γ} k

(1 + 3ρ) - 1

χ³

τη T

3dx

(1)

Dieser gemessene Wert von H_x — H_Y wird als »Gegenkopplung« durch die bei M₁ angeordneten Spulen 16 und 17 eingeführt. Das von diesen Spulen erzeugte Gesamtfeld ist unmittelbar zu diesem Wert proportional und hat den Wert

3dx

(H_x)_c - (H_Y)_C = -^

m 3dx

x⁴

• r ··

3dx

(2)

Das erfindungsgemäße Verfahren bezweckt die Aufhebung der Differenz zwischen den gesamten Magnetfeldern (welche von den magnetischen Massen mit dem Schwerpunkt M und den bei M₁ angeordneten Spulen 16 und 17 herrühren, d. h.

H_x -

(H_x)_c - (H_Y)_C ,

welche gleich ist:

m 3dx m 3dx

3 dx

k χ

io

worin r ein negativer Schleifenkoeffizient ist.

Die von diesem neuen Kompensationsfeld herrührende Magnetfelddifferenz an den Punkten X und Y beträgt:

20

der Gleichung (5) gleich Null ist. Man erhält also die Bedingung:

3 dx r

= 0

Diese mit der ersten Bedingung (4) verglichene zweite Bedingung (6) ergibt χ = y, woraus sich dann

3 dxr

= 1

Man will also folgende Gleichung befriedigen: m 3dx

ergibt.

Bei einer Verschiebung des Schwerpunkts gegenüber den Kompensationsspulen kann man den durch eine geringe Verschiebung des Schwerpunkts eingeführten Fehler berechnen, wobei also der Abstand y festliegt, während χ nicht genau gleich y ist, sondern gleich y ± dy (so daß dy die Verschiebungen des Schwerpunkts darstellt).

Wenn man diesen Wert von y in die Gleichung (6) einführt und den Fehlerfaktor s nennt, erhält man

35

40 3dx

± dy) y

3 = 1-

3 dx · r

wenn man setzt:

Die Aufrechterhaltung der Bedingung H_x — H_Y = 0

erfordert nun

3 dxr

= 1,

woraus sich ergibt:

Um die Gleichung (3) zu befriedigen, muß die Beziehung gelten:

45

3rdx

= ι

(4)

Man sieht also, daß, wenn y und dx festliegen, man stets einen Koeffizienten r finden kann, welcher die gesamte Magnetfelddifferenz zwischen den Punkten X und Y zu Null macht.

Eine zweite Bedingung erfordert, daß das Feld an der Stelle X konstant bleibt. Wenn Ji₀ der Wert des magnetischen Erdfeldes und H_T der gesamte von dem Kopf T₁ bei X gemessene Wert ist, erhält man

pt - TJ + ^m

ohne Kompensation und

m m 3dxr

60

65

mit Kompensation.

Die Messung ist richtig, wenn der zweite Ausdruck Wenn q klein ist, kann in eine Reihe entwickelt

werden, was nach Abbrechen nach dem zweiten Ausdruck (da der dritte vernachlässigbar ist) ergibt:

55 1 ±q
woraus man schließlich erhält:

Wenn z. B. angenommen wird, daß sich der Schwerpunkt M um ± 0,5 m um den Punkt M₁ verschiebt, an welchem sich die Spulen 16 und 17 befinden, wobei der Abstand y gleich 10 m ist ( wie dies bei an Bord eines Flugzeugs Breguet Atlantic vorgenommenen

Versuchen der Fall war), erhält man

= 55' ^d-^h-

für Änderungen von 2 γ (1 γ = 10 ⁵ Oersted) eine maximale Strömung von 0,1 γ, was durchaus annehmbar ist. Es wurde übrigens festgestellt, daß sich der Schwerpunkt M der induzierten ständigen Magnetfelder nur wenig in einem fliegenden Flugzeug verschiebt, wenn die Ladung festliegt.

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Schließlich ist zu bemerken, daß bei den obigen Rechnungen die Projektion des Störfeldvektors auf die Richtung des magnetischen Erdfeldes nicht berücksichtigt wurde, da dies unnötig ist, da sie für die beiden Köpfe T₁ und T₂ die gleiche ist, wenn das endgültige Ergebnis mit dem Kosinus des Winkels zwischen dem Störfeldvektor und der Richtung des Magnetfeldes multipliziert wird.

Die Anordnung gestattet nicht nur die Vornahme der vorstehend erläuterten Kompensation dank der Rückkopplungsschleife zwischen dem Phasendiskriminatorl3 und den das magnetische Kompensationsfeld erzeugenden Spulen 16 und 17, sondern auch die Bestimmung der Feldstärke des Magnetfeldes mittels, des Frequenzmessers 14, wobei diese Feldstärke von den von den magnetischen Störfeldern herrührenden Störungen befreit ist, und zwar mit einer sehr großen Genauigkeit.

In Abwandlung kann insbesondere an dem von dem magnetischen Schwerpunkt M am weitesten entfernten Punkt Y der Magnetometerkopf T₁ angeordnet werden, dessen Ausgang mit dem Frequenzmesser 14 verbunden ist, so daß der Einfluß des restlichen magnetischen Störfeldes auf die von dem Frequenzmesser gemessene Frequenz noch weiter verringert wird; der Kopf T₂ wird in diesem Fall bei X angeordnet.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kompensation magnetischer Eigenstörfelder in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug, das ein Magnetometer zur Messung der Feldstärke eines äußeren Magnetfeldes mit sich führt, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Feldstärken des gesamten Magnetfeldes an zwei Punkten (X, Y) des Fahrzeuges bestimmt wird, an denen die Feldstärke des äußeren Magnetfeldes etwa gleich ist, dagegen die Feldstärken des magnetischen Eigenstörfeldes verschieden sind, daß eine zur Differenz dieser Feldstärken und somit zum magnetischen Eigenstörfeld proportionale Stromstärke als Steuergröße erzeugt wird und daß mit Hilfe dieser Steuergröße ein magnetisches Kompensationsfeld hervorgerufen wird, das gegensinnig zum magnetischen Eigenstörfeld gerichtet ist und etwa die gleiche Feldstärke wie das, Eigenstörfeld hat.

2. Anordnung zur Kompensation magnetischer Eigenstörfelder in einem Flugzeug zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Punkte (X, Y) in der lotrechten Symmetrieebene des Flugzeuges auf der Achse desselben hintereinander in der Nähe des Flugzeugschwanzes (Q), vorzugsweise in einer gegenseitigen Entfernung von einigen Zentimetern angeordnet sind und daß zur Erzeugung des Kompensationsfeldes zwei in der Nähe des Schwerpunktes (M) der magnetischen Massen des Flugzeuges angeordnete Spulen (16,17) vorgesehen sind, deren Achsen mit der Achse des Flugzeuges einen Trieder mit drei rechten Winkeln bilden.

3. Anordnungnach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Punkte (X, Y) ein Magnetometerkopf (T₂) angeordnet ist, der eine erste Spannung mit einer zur Feldstärke des Magnetfeldes an diesem Punkt proportionalen Frequenz liefert, daß ein mit dieser Spannung beaufschlagter Frequenzmesser (14) zur Bestimmung der Feldstärke des äußeren Magnetfeldes bei kompensiertem Eigenstörfeld vorgesehen ist, daß an dem anderen Punkt (X oder F) ein Magnetometerkopf (T₁) mit einem Kernfilter (7^) (Bandpaßfilter) angeordnet ist, das an seinem Eingang einen Teil der ersten Spannung empfängt und eine zweite Spannung liefert, die gegenüber der ersten Spannung um einen Winkel phasenverschoben ist, der zur Differenz der Feldstärken der gesamten Magnetfelder an den beiden Punkten (X, Y) proportional ist, und daß eine Einheit (13) vorgesehen ist, die die beiden Spannungen empfängt und eine dritte zum Phasenverschiebungswinkel proportionale Spannung liefert, von der in einer Einheit (15) eine proportionale Stromstärke für die Speisung der Spulen (16,17) zur Erzeugung des Kompensationsfeldes abgeleitet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen