DE1908022A1

DE1908022A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Zusammensetzen von Vektorkomponenten,insbesondere zur magnetischen Nachahmung von Schlingerbewegungen

Info

Publication number: DE1908022A1
Application number: DE19691908022
Authority: DE
Inventors: Germain Guillemin; Robert Miquel
Original assignee: Compteurs Schlumberger SA
Current assignee: Compteurs Schlumberger SA
Priority date: 1968-03-25
Filing date: 1969-02-18
Publication date: 1969-10-09
Also published as: DE1908022B2; GB1259364A; FR1569006A; NL6904601A; BE726978A

Description

8000 Münch.η 60, ^ Feb. 1969

Dipl.-lng. Egon Prinz Dr. Gertrud Hauser Dipl.-Inq. Gottfried Leiser Patentanwälte Telegramm&i Labyrinth München

Telefon: 83 15 10 Poitscheckkonto: München 117078

Unser Zeichen: C 2624

COMPAGNIE DES COMPTEURS 3, Rue Dosne, Paris l6e/Frankreich

Verfahren und Vorrichtung zum Zusammensetzen von Vektorkomponenten, insbesondere zur magnetischen

Nachahmung von Schlingerbewegungen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zusammensetzen von Vektorkomponenten, insbesondere der Vektorkomponenten, welche die Komponenten einer als sinusförmig angenommenen Schlingerbewegung nachahmen, sowie auf eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Der Zustand hochgradiger Entmagnetisierung, in welchem sich

Bu/ku modern·

90S841/Q90t

moderne Schiffe befinden, macht es erforderlich, daß noch vor dem Baubeginn die magnetischen Eigenschaften jedes Elements untersucht werden, welches bei der Herstellung in das Schiff oder in dessen Ausrüstung eingebaut wird. Zu diesem Zweck wird Insbesondere vorgesehen, durch Nachahmung die magnetischen Wirkungen der tatsächlichen Schlingerbewegung auf diese Elemente zu untersuchen.

fc Genauer gesagt ist das Ziel der Erfindung die Schaffung eines Verfahrens, welches die Erzeugung von zwei elektrischen Komponenten gestattet, die zur Steuerung von zwei Stromverstärkern bestimmt sind, deren Ausgang mit gekreuzten Spulen verbunden ist, in deren Innerem das zu untersuchende Material angeordnet 1st. An der Stelle dieses Materials werden auf diese Weise die Veränderungen des Magnetfelds nachgeahmt, welchen dasselbe unterworfen wäre, wenn es auf einem Schiff angeordnet wäre, welches eine Schlingerbewegung im magnetischen Erdfeld an einem beliebigen Punkt der Erdkugel ausführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, ψ daß in einem ersten Kanal, dem Modulationskanal, eine von einem Hilfsoszillator erzeugte Hilfswelle mittels einer Sinuswelle mit gleicher Frequenz wie die Schlingerbewegung phasenmoduliert wird und daß aufgrund der so erhaltenen Welle zwei um 90° phasenverschobene Spannungen erzeugt werden, daß in einem zweiten Kanal, dem Bezugskanal, die Hilfswelle zuerst um einen regelbaren festen Wert phasenverschoben und aufgrund der so phasenverschobenen Welle zwei um 180° phasenverschobene Spannungen erzeugt werden, paarweise die Summen und die Differenzen dieser beiden vom Modulationskanal abgegebenen Spannungen mit den vom Bezugskanal abgegebenen

Spannungen 90984 1/090!

Spannungen gebildet werden, die Spitzenwerte der erhaltenen Signale bestimmt und paarweise die Differenzen der genannten Spitzenwerte zur Erzielung zweier um 90° phasenverschobener Spannungen gebildet werden, welche den die Komponenten der Schlingerbewegung nachahmenden Vektorkomponenten entsprechen.

Die Erfindung schafft außerdem eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

Figur 1 ein Diagramm, welches die Ermittlung der gesuchten Bewegungskomponenten gestattet,

Figur 2 ein übersichtsschaltbild einer Vorrichtung zur elektrischen Nachahmung tier genannten Komponenten,

Figur 3 Diagramme verschiedener Signale, welche in dem Phasenmodulator erhalten werden,

Figur 4 ein ausführliches Schaltbild des Phasenmodulators und

Figur 5 das Schaltbild der Schaltung zur Verarbeitung der vom Modulationskanal und vom Bezugskanal abgegebenen Signale.

Es wird angenommen, daß das Schiff sinusförmig mit einer Kreis· frequenz -Π- um eine Achse schlingert, welche senkrecht auf der den Vektor des magnetischen Erdfelds H enthaltenden Ebene steht. In Figur 1 ist die Richtung der rechtwinkligen Bezugs

achsen

90 98% 1/0901

aehsen, nämlich der in der horizontalen Ebene angeordneten Achse Ox und der in der vertikalen Ebene angeordneten Achse Oz, in direktem Sinne gewählt. Die Winkel werden bezüglich der vertikalen Achse Oz in rückläufiger Richtung positiv gezählt (Umgekehrt zur üblichen trigonometrischen Richtung). Die Schlingeramplitude um die vertikale Achse wird mit ί c\ bezeichnet.

Wenn man unter diesen Bedingungen mit a den Augenblickswert der Auslenkung des Schlingerwinkels im Zeitpunkt t bezeichnet, so kann man schreiben:

Betrag der Komponente H„ des Feldes H

Γ ir ^Ί

Η_χ = H · cos [-jj (ß - a)j = H · sin (ß - a);

Betrag der Komponente H_ des Feldes H H = H · cos (ß - a).

Da die Schlingerbewegung als sinusförmig angenommen wird, gilt a = <* · sin-Ω. t mit der Kreisfrequenz η. und man erhält schließlich:

= H · sin (ß - c* .

(1) H=H* cos (ß -<X · sin Ht)

Erfindungsgemäß sollen zwei Spannungen u und u erzeugt werden, welche zu diesen beiden Werten der um 90° phasenverschobenen Komponenten H und H proportional sind, so daß im Inneren der beiden Rahmen, nämlich einem horizontalen

Rahmen 909841/0901

Rahmen X und einem vertikalen Rahmen Z, Änderungen des magnetischen Feldes hervorgerufen werden, welche diejenigen nachahmen, denen ein der Schllngerbewegung unterworfenes Material ausgesetzt 1st. Die Spannungen u und u müssen daher die Form aufweisen:

= U · sin (ß - (X · sinnt)
s U · cos (ß -<\· sinXLt)

^X (2)

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Zusammensetzen dieser beiden Komponenten besteht darin, daß diese Nachahmung mittels einer sinusförmigen Welle mit hoher Frequenz durchgeführt wird, welche als Hilfsparameter dient und im Verlauf einer endgültigen Demodulierung ausgeschaltet wird.

Im Schaltbild der Figur 2 ist ein sinusförmiger Oszillator 10 dargestellt, welcher eine Welle mit sehr tiefer Frequenz, beispielsweise in der Größenordnung von 0,01 bis 5 Hz, mit regelbarer Kreisfrequenz Jl und regelbarer Amplitude von der Form: w ^s W · sinilt erzeugt, wobei W die maximale Amplitude proportional zur Amplitude ex der Schlingerbewegung ist. Ein Hilfsoszillator 11 besteht beispielsweise aus einer kurzgeschlossenen Anordnung, welche drei Differenzierzellen mit Widerstand und Kondensator, die jeweils das sinusförmige Schwingungssignal 7Γ/3 phasenverschieben, sowie einen den Arbeitsbereich stabilisierenden Amplitudenregler auf. Dieser Oszillator 11 erzeugt zwei Wellen mit entgegengesetzter Phase: v_q = V · sinü/t und v^- = -V · sinort, wobei die Kreisfrequenz or gegenüberIL sehr groß ist, beispielsweise in der Größenordnung von 5 kHz.

Die Wellen v_Q und v.~ werden auf einen Phasenmodulator 12 ge-

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geben, dessen Schaltung ausführlicher In Figur 4 dargestellt ist und welcher die lineare Zusammenfassung dieser Wellen mit der vom Oszillator 10 abgegebenen sinusförmigen Welle w in einem Modulationskanal bewirkt. Zwei NuIldurchgangs-Detektorschaltungen 21, 22 erzeugen in Figur 3 In den Zeilen B und C dargestellte Reehteeksignale, deren Flankenlagen phasenmoduliert und jeweils bezüglich der in Zeile A angegebenen Spannung ν um 180° phasenverschoben sind. Diese Rechtecksignale steuern nach Differenzierung durch die Widerstands-Kapazitätskreise 23, 24 einen Elementenspeicher 25, welcher von zwei Und-Schaltungen 25A, 25B gebildet wird, deren jede einen mit dem Ausgang der anderen verbundenen Eingang aufweist. Dieser Speicher erzeugt ein phasenmodullertes Rechtecksignal mit der Frequenz , welches In Zelle D angegeben ist. Dieses Signal wird in einer Widerstands-KapazI-tätsechaltung 26 Integriert, so daß das In Zeile E angegebene Dreiecksignal erhalten wird, und dieses wird sodann auf eine Resonanzschaltung 27, beispielsweise einelnduktanz-Kapazitätsschaltung derart gegeben, daß man eine phasenmodulierte Sinusförmige Welle erhält, welche In Zeile F angegeben ist.

Der Ausgang des Modulators 12 1st mit einem festen Phasenschieber 13 verbunden, welcher eine Verzögerung um T/2 hervorruft .

Eines der vier vom Hilfsoszillator 11 erzeugten Signale, welche jeweils die Phasenverschiebungen O, T/3, 21Γ/3 und ft" aufweisen, wird auf einen ersten regelbaren Phasenschieber 14 eines Bezugskanals gegeben, so daß eine kontinuierlich zwischen O und TT/3 einstellbare Phasenverschiebung hervorgerufen wird. Man verfügt so über einen Bezugswert, welcher die

Wahl 909841/0901

Wahl der Abweichung ß gestattet, und der Betrag des Magnetfelds H wird mit Hilfe eines veränderlichen Widerstands 17 geregelt. Ein zweiter fester Phasenschieber 15 ruft eine Verzögerung von Tf hervor.

Die Schaltung 16, auf welche die beiden um 90° phasenverschobenen Signale aus dem Modulationskanal und die beiden um l8O° phasenverschobenen Signale aus dem Bezugskanal gegeben werden, bildet paarweise die Summen und die Differenzen dieser Signale, bevor sie den Spitzenwert der Amplituden der resultierenden Signale feststellt und zuletzt die Differenz dieser letzteren erhaltenen Signale bestimmt. Die Schaltung 16 ist ausführlicher in Figur 5 gezeigt, in welcher Spitzenwertdetektoren 31 bis 3*1 sowie zwei die Differenz der Eingangssignale erzeugende Schaltungen 35 und 36 dargestellt sind.

Die Arbeitswelse ist die folgende:

Am Ausgang des Modulators 12 besitzt die phasenmodulierte Sinuswelle die Form:

u = A · sin (tot +Af), wobei Af= -(X. sinilt.

Da der Phasenschieber 13 eine Phasenverschiebung von T/2 hervorruft, erhält man am Ausgang des Modulationskanals zwei um 90° phasenverschobene Spannungen:

U₁ = U₁ · sin (cot +

U₂ = -U₂ · cos (cot +/-if).

Parallel erhält man am Ausgang des Bezugskanals zwei um

18O^< 909841/09Qt

180° phasenverschobene Spannungen:

u„ = U_Q · sin (O t + ß)
U₁J- s -U₀ ■ · sin ( U t + ß).

Es werden in der Schaltung 16 die Summen

u¹^ = u^ +u fu" = U₁ - u

und die Differenzen ]

u'_o = u_o + u [u% * \x_o - u

2 2 ο L 2 2 ο

gebildet.

Nach der Feststellung des Spitzenwerts der Amplituden der Spannungen u' und u" und der Spannungen u^f ₂ und u"₂ erhält man zwei Spannungen U^ und U"^ und zwei Spannungen U¹ρ und U"p derart, daß bei Bildung ihrer Differenz die erhaltenen Differenzspannungen die Form besitzen:

2 U₁ U
s u· - U" α τ- cos (ß +

vU„² + U ²
ι 1 ο

U^ = U'p - U¹' ^ =- sin (ß + Af)

'^Ü2^{Z + U}o²

U U

Wenn man = <f 1 wählt, erhält man zuletzt zwei 1 2

Spannungen der Form:

^u_x = 2 U₀ · sin (ß +Af) = U · sin (ß -(X- sinHt) u„ = 2 U₀ · cos (ß +Äf) = U · cos (ß -{*· sinnt),

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Aus dem Gleichungssystem (2) sieht man, daß man tatsächlich zwei Spannungen der gleichen Form wie die Vektorkomponenten des nachzuahmenden Magnetfelds des Gleichungssystems (1) erhält.

Patentansprüche 90 9 841/090t

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum elektrischen Zusammensetzen von Vektorkomponenten, Insbesondere zum Nachahmen einer als sinusförmig angenommenen Schlingerbewegung, dadurch gekennzeichnet, daß

^ in einem ersten Kanal, dem Modulationskanal, eine von einem Hilfsoszillator erzeugte Hilfswelle mittels einer Sinuswelle mit gleicher Frequenz wie die Schlingerbewegung phasenmoduliert wird und daß aufgrund der so erhaltenen Welle zwei um 90° phasenverschobene Spannungen erzeugt werden, daß In einem zweiten Kanal, dem Bezugskanal, die Hilfswelle zuerst um einen regelbaren festen Wert phasenverschoben und aufgrund der so phasenverschobenen WeIXe zwei um 180° phasenverschobene Spannungen erzeugt werden, paarweise die Summen und die Differenzen dieser beiden vom Modulationskanal abgegebenen Spannungen mit den vom Bezugskanal abgegebenen Spannungen gebildet werden, die Spitzenwerte der erhaltenen Signale bestimmt und paarweise die Differenzen der genannten Spitzen-

" werte zur Erzielung zweier um 90° phasenverschobener Spannungen gebildet werden, welche den die Komponenten der Schlingerbewegung nachahmenden Vektorkomponenten entsprechen.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten Oszillator mit sehr tiefer Schwingungsfrequenz und regelbarer Amplitude, einen Hilfsoszillator, welcher zwei um 180° phasenverschobene Wellen erzeugt und mit einem Hodulationskanal und einem Bezugskanal verbunden ist, wobei der Modulationskanal einen mit dem Ausgang des ersten Oszillators verbundenen Phasenmodulator aufweist, welchem ein zwei um 90° phasenverschobene Spannungen

erzeugender 9098ΑΊ/0901

erzeugender Phasenschieber nachgeschaltet ist, und wobei der Bezugskanal eine Kette von Phasenschiebern aufweist, welche zwei um 180° phasenverschobene, regelbare Bezugsspannungen liefert, durch eine Summierschaltung, welche mit den Ausgängen des Modulationskanals und des Bezugskanals verbunden ist, durch eine Spitzenwert-Detektorschaltung sowie durch eine Differenzschaltung, welche die die Vektorkomponenten der Schlingerbewegung nachahmenden elektrischen Komponenten erzeugt .

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator zwei Nulldurchgangs-Detektorschaltungen aufweist, welchen jeweils eine Differenzierschaltung, ein Elementenspeicher, eine Integrierschaltung und eine Resonanzschaltung nachgeschaltet sind.

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