DE1952150B2 - Anordnung und Verfahren zur Korn pensation von magnetischen Storfeldern in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug - Google Patents

Description

gut.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß /ur Kompensation der von den Wirbelströmen im Flugzeug erzeugten niagnetischen Störungen wenigstens eine in der Nähe des zweiten Punktes (2! angeordnete Spule (28l und eine Stromquelle |29| zur Lieferung eines Stromes einstellbarer Amplitude ^r r die Speisung dieser Spule vorgesehen sind und daß der die Spule durchfließende Strom so einstellbar ist. daß in der Nu he de*- /weiten Punktes (2) ein Berichtigungsmagnetfeld I/i, in Gegenphase mit dem durch die Wirbelströme hervorgerufenen Störfeld Ih₁ mit einer solchen Stärke entsteht, daß das Barv Zentrum der von den Wirbelströmen hervorgerufenen magnetischen Störungen mit dem Biiryzentrum der ferromagnetische!! Massen (ßr—» Br) koinzidiert.

4. Anordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (29) durch wenigstens eine fest mit dem Flugzeug oder einem anderen Träger verbundene Generatorspule gebildet ist.

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (29) -durch drei Generatorspulen gebildet ist, deren Achsen gemät3 einem Dreibein mit drei rechten Winkeln angeordnet sind.

6. Verfahren z.ur Bestimmung des Verhältnisses ο bei einer Anordnung nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß an dem ersten und zweiten Punkt je eine Spule angeordnet wird und dies^ Spulen jeweils mit einem veränderlichen Strom gespeist werden, daß mit dem Fahrzeug eine bestimmte Anzahl von Bewegungen in gewissen Richtungen ausgeführt werden, daß das Magnetfeld an dem ersten Punkt und der Magnetfcldgradient zwischen dem ersten und zweiten Punkt gemessen werden und daß die Amplituden der veränderlichen Ströme so eingestellt werden, daß während der Bewegungen des Fahrzeugs das Magnetfeld konstant bleibt und der Magnetfelduradicnt den Wert Null hat.

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kompensation von magnetischen Störfeldern in einem Fahrzeug, insesondere in einem Flugzeug, die ein Magnetometer zur Messung des Erdmagnetfeldes enthüll, das aus zwei Magnetometerköpfen besteht, die in einer ersten und zweiten Entfernung vom Baryzentrum der Störmagnetfelder im Fahrzeug angeordnet sind und von denen zur Bildung der Differenz der Gesamtmagnetfelder f»n den beiden Punkten den Gesamlmagnetfeldstärken an den beiden Punkten proportionale Spannungen bestimmter Frequenz abgeleitet werden.

In der französichen Patentschrift 89 963 (Zusatz zur französischen Patentschrift 1 430 874) ist ein Magnetometer mit magnetischer Resonanz beschrie

ben, das für Messungen von einem Fahrzeug aus. insbesondere einem Flugzeug, eingerichtet ist und zwei Magneiometerköpfe enthält. Die beiden Magnetometerköpfe sind hierbei in einem bestimmten Abstand voneinander, insbesondere in einer senkrechten Symmeiricebene des Flugzeugs, angeordnet. Hierdurch ist es möglich, die Störungen der Messung der Intensität des magnetischen Feldes, insbesondere d>. magnetischen Erdfeldes, zu kompensieren, und zwar nicht nur in bezug auf den gyroskopischen Effekt, der durch die Drehung des Fahrzeugs entsteht, sondern gleichzeitig auch in bezug auf das standig vorhandene magnetische Störfeld, das durch die Magnetisierungen und die Ströme der Einrichtungen an Bord des Fahrzeugs hervorgerufen wird.

Da die Intensität des Störfeldes an den einzelnen Stellen des Fahrzeugs unterschiedlich isl. wählt man die Lage der beiden Magneiometerköpfe. deren Sonden aktive Substanzen sub 'omarer Teilchen mit verschiedenen geomagnetischen Verhältnissen enthalten, so. J ιß man in den beiden Stellungen genau gleiche Werte für die Produkte aus der Intensität des magnetischen Storfeldes und dem gyromagnetischen Verhältnis der Teilchen in der Sonde an der jeweiligen Stelle erhält. Auf diese Weise wird der Einfluß des magnetischen Eigenstörfeldes eliminiert. Das bei diesem Magnetometer angewendete Prinzip der Ausschaltung des magnetischen Eigenstörfeldes setzt die Benutzung subatomarer Te'lchen mit unterschiedlichen gyromagnetischen Verhältnissen voraus, wobei der Unterschied in den gyromagnetischen Verhältnissen von den jeweiligen Bedingungen des für die Messung benutzten Fahrzeugs abhängt. v\as für die Praxis nicht vorteilhaft ist.

In der französischen Patentschrift 1 485 557 ist ein Verfahren zur Kompensation der magnetischen Eigensiörfclder. insbesondere in einem Flugzeug mit einem daiin angeordneten Magnetometer, beschrieben, das darin besteht, daß die Differenz, des Gesamtmagnetfeldes zwischen zwei Punkten bestimmt wird, an denen die Stärke des äußeren Magnetfeldes praktisch gleich ist. die Stärken des Eigenstörfeldes hingegen verschieden sind, daß sodann eine Steuergröße, insbesondere eine Stromstärke, erzeugt wird, die dieser Differenz und somit dem Eigenstörfcld proportional ist. und daß unter Steuerung durch diese Größe ein Kompcnsationsmagnetfeld erzeugt wird, das dem Eigenstörfeld entgegengesetzt gerichtet ist und dessen Stärke dieser Größe proportional ist. um diese Differenz zu kompensieren.

Eine Anordnung für die Ausübung dieses Verfahrens enthält Einrichtungen, die einer, elektrischen Strom erzeugen, dessen Stärke der Differenz des Magnetfeldes in zwei Punkten proportional ist. in welchen die Stärke des Eigenslörfcldes hingegen verschieden r.nd. wobei Spulen aus einem elektrisch leitenden Draht und Einrichtungen zur Speisung dieser Spulen mit diesem Strom vorgesehen sind und die Anordnung der Spulen und der Proportionalitätskoeffizient zwischen dem erwähnten Strom und dieser Differenz so bemessen sind, daß die Spulen ein diese Differenz, zu Null machendes Kompensationsmagnctfeld erzeugen.

Diese bekannte Anordnung enthält also Spulen, die ein Kompensationsmagnetfeld erzeugen, das die an Bord eines Flugzeuges befindlichen elektrischen Geräte beeinflussen kann, so daß Maßnahmen zum Schutz dieser Geräte getroffen werden müssen.

In der USA.-Patenlschrift 2 715 198 ist eine Einrichtung beschrieben, bei der die durch Wirbelströme in einem Flugzeug erzeugten magnetischen Störungen dadurch ausgeglichen werden, daß von Meßwerten eines Magnetometers besonderer Bauart ausgehend, von einer Differenziereinrichlung und einer Spule ein Berichtigungsmagnetfeld erzeugt wird, das den Wirbelströmen proportional ist und deren Magnetfeld entgegenwirkt.

Andererseits ist in der USA.-Patentschrift 2 891 216 die Störkompensation eines magnetischen Deteklorsystems beschrieben, das an Bord eines eine Quelle von Störungen tragenden Flugzeuges angeordnet ist. Das kompensierte System enthält hierbei ein erstes Magnetometer, das in einer bestimmten Entfernung von der Störungsquelle angeordnet ist, und ein zweites Magnetometer, das von der Störungsquelle in einer größeren Entfernung angeordnet ist, wobei die beiden Magnetometer elektrisch gegeneinander geschaltet sind und Mittel vorgesehen sind, z. B. ein Dämpfer, um die Störwirkungen in den beiden Magnetometern betragsgleich zu machen und so zu kompensieren.

Tatsächlich sind dabei das erste und das zweite Magnetometer an zwei Punkten des Flugzeuges angeordnet, an denen das Gesamtmagnetfeld H + kh bzw. H + h beträgt, worin H das zu messende äußere Magnetfeld, h das Störmagnetfeld an der Stelle, an der sich das zweite Magnetometer befindet, und k eine Konstante ist, die größer als 1 ist. Die Ausgangsgröße des ersten Magnetometers wird im Verhältnis k gedämpft, und es wird die Differenz zwischen der Ausgangsgröße des zweiten Magnetometers und der gedämpften Ausgangsgröße des ersten Magnetometers gebildet, was ein dem Wert

(H - h) - j (H + kh)

proportionales Signal ergibt.

Ein derartiges System hat den Nachteil, daß es nur eine geringe Meßgenauigkeit ergibt. Wenn man nämlich für k einen weit über 1 liegenden Wert nimmt, insbesondere 2, wie als Beispiel in der zitierten Patentschrift angegeben ist, sind die beiden Magnetometer verhältnismäßig weit voneinander entfernt, da sie sich in Entfernungen von der Quelle der magnetischen Störungen befinden müssen, die dem Wert 1 bzw. ³\k proportional sind, da die magnetische Feldstärke sich wie der Kehrwert der dritten Potenz der Entfernung ändert (wie in der zitierten USA.-Patentschrift 2 89Ϊ 216 in Spalte 1, Z. 64 bis 66, angegeben ist). Die beiden Magnetometer sind dann aber zu weit voneinander entfernt, um gleichen Quellen von Störmagnetfeldern ausgesetzt zu sein, >>nd die Kompensation kann nicht für alle Kurse dos Flugzeugs genau sein.

Wenn andererseits für k ein kleiner, sehr nahe bei 1

liegender Wert angenommen wird, z. B. k = T₉-. befinden sich die beiden Magnetometer nahe genug beieinander, um praktisch gleichen Störmagnetfeld-Quellen ausgesetzt zu sein; die Genauigkeit des Systems ist dann aber gering, weil es nur einen geringen Bruchteil des zu bestimmenden Feldes H mißt.

Für k = jg ist nämlich das gemessene Magnetfeld,

d. h. (l - 1)h gleich (l -g ff)= g. Die Genauigkeit wird daher durch einen Faktor 20 geteilt.

Man wird also schließlich zu einem Kompromiß geführt und nimmt einen Wert von k in der Größen-

t Π Η

Ordnung von -„- und mißt .^, wodurch sich eine durch 10 geteilte Genauigkeit ergibt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zur Kompensation von magnetischen Störfeldern in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug, zu schaffen, die eine sehr große Meßgenauigkeit, beispielsweise wie bei der Anordnung nach der vorgenannten französischen Patentschrift 1 485 557, ermöglicht, ohne daß Beeinflussungen der anderen elektrischen Geräte des Fahrzeugs eintreten. Mit dieser Anordnung sollen sich außerdem die durch Wirbfclströme in einem Flugzeug hervorgerufenen magnetischen Störungen kompensieren lassen.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art durch die in den Ansprüchen I und 2 gekennzeichneten Ausführungen gelöst. Weitere zo vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei dem Baryzentrum der Störmagnetfelder handelt es sich um den Ort eines fiktiven punktförmigen magnetischen Dipols, der so beschaffen ist, daß sein Magnetfeld mit dem Magnetfeld der Störmagnetfelder an den Beotachtungsorten identisch ist.

Die nach der Erfindung vorgesehene Anordnung zur Kompensation von Störmagnetfeldern zwecks Ermöglichung genauer Messungen der Stärke eines yo äußeren Magnetfeldes mit Hilfe eines in einem Fahrzeug uiigcuiuiicicM Magnetometers enthält eine elektronische Kompensationsschaltung und verursacht daher keine Beeinflussung anderer elektrischer Geräte des Fahrzeugs. Sie ist ferner so ausgebildet, daß eine .15 selbsttätige Kompensation aller vorhandenen Störmagnetfclder stattfindet und keine Schwächung des zur Stärke des zu messenden Magnetfeldes proportionalen Nutzsignals eintritt, wie dies von anderen Einrichtungen her bekannt ist. Durch die Anwendung der Kompensationsanordnung gemäß der Erfindung wird die Meßgenauigkeit bei derartigen Messungen erheblich gesteigert.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind auf der Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Gradientenmessers zur Bestimmung der Gradienten der Störmagnetfelder und der Lage des Baryzentrums,

F i g. 2 zwei Kurven-Diagramme zur Erläuterung s° eines Kernfilters, das in dem Gradientenmesser nach F i g. 1 enthalten ist,

F i g. 3 in einer schematischen Darstellung den Aufbau und die Arbeitsweise eines Phasenmessers, der ebenfalls in dem Gradientenmesser nach F i g. 1 enthalten ist

F i g. 4 eine Schaltungsanordnung mit einer scfoematischen Darstellung zur Bestimmung der Lage des Baryzentrums der Störmagnetfelder,

F i g. 5 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Kompensationsanordnung,

F i g. 6 eine schematische Darstellung der Schaltungsmittel zur Kompensation der von den Wirbelströmen hervorgerufenen magnetischen Störungen F i g. 7 ein Diagramm zur Erläuterung der Schaltungsmittel nach F i g. 6 und

F i g. S ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Kompensationsanordnung.

Vor der eingehenden Beschreibung von zwei bevor-

zugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäß kompensierten Magnetometers, z. B. zur Kompensation der Störmagnetfelder an Bord eines Flugzeugs, soll unter Bezugnahme auf F i g. 1 bis 3 eine Vorstufe zur Untersuchung des Baryzentrums der von den ferromagr.etischen Massen herrührenden Störfelder und zur Bestimmung der Lage dieses Baryzentrums erläutert werden.

Hierfür wird ein magnetischer Gradientenmesser des in der französichen Patentschrift 1 485 556 der Anmelderin beschriebenen Typs mit zwei in einer bestimmten gegenseitigen Entfernung (von größenordnungsmäßig z.B. 1,50m) angeordneten Sonden oder Meßköpfen benutzt, welcher die Differenz (oder den Gradienten) zwischen den Stärken der Gesamlmagnetfelder bestimmt, welchen die beiden Köpfe ausgesetzt sind.

Die Bestimmung des Baryzentrums der Störmagnetfelder beruht darauf, daß die (von der von dem Flugzeug überflogenen Gegend herrührenden) Änderungen des äußeren Magnetfeldes einen magnetischen Gradienten Null zwischen den beiden Köpfen zur Folge haben, während alle von dem Flugzeug verursachten magnetischen Störungen einen von Null verschiedenen magnetischen Gradienten erzeugen.

Wenn sich das Baryzentrum der mit den Störfeldern des Flugzeugs gleichwertigen ferromagnetische!! Massen während des Fluges des Flugzeugs in einem Volumen verschiebt, dessen Abmessungen klein im Vergleich zu dem Abstand zwischen den Köpfen des magnetischen Gradientenmessers sind, haben die von dem Gradientenmesser bestimmten Änderungen des magnetischen Gradienten den gleichen Verlauf und die gleiche Phase wie die Störungen, und zwar in einem konstanten Amplitudenverhältnis (es besteht eine wirkliche geometrische Ähnlichkeit zwischen diesen Veränderungen und den Störungen). Dies gesiaUel in der nachstehend erläuterten Weise durch die Vorrichtung gemäß der Erfindung sehr genau die von dem Flugzeug herrührenden Wirkungen zu kompensieren, ohne das die Stärke des zu messenden äußeren Magnetfeldes darstellende Signa! zu verformen oder durch einen Faktor zu teilen [z. B. den Faktor

M - £ J dcrgenanntenUSA.-Patentschrift2891216].

Es ist zu bemerken, daß die genaue Bestimmung des Baryzentrums oder der Baryzentren und die Selbstkompensation der Störmagnetfelder die Messung des magnetischen Gradienten mit einer sehr großen Genauigkeit erfordern. Eine Störung von 1 ·■ an der Sonde oder dem Meßkopf hat nämlich bei einer Entfernung von 1 50 m die Erzeugung einer Felddifferenz von 0,2 ·,· zur Folge. Es muß also eine Meßgenauigkeit in der Größenordnung von 0.01 ■■ und eine konstante Differenz (d. h. ein und derselbe Wert für den magnetischen Gradienten) bei beliebigem Kurs des Flugzeugs erzielt werden. Nun gestattet der magnetische Gradientenmesser gemäß dem genannten französichen Patent 1 485 556. dessen Prinzip nachstehend wiederholt ist, die Messung der Schwankungen der Stärke des Magnetfeldes zwischen zwei Punkten von der Größenordnung von 0,001 ·>, d. h. 0.01 uG. Diese Schwankungen ergeben nach ihrer Registrierrung den allgemeinen Verlauf der magnetischen Störungen.

In F i g 1 ist sehr schematisch der Aufbau eines magnetischen Gradientenmessers gemäß dem genannten fran/ösichen Patent 1 485 556 dargestellt.

Er enthält in seiner gegenwärtigen Ausführung zwei Sonden oder Köpfe L₁ und L₁, welche einen gegenseitigen Abstand von 1,50 m (D'= 1,50 m) haben und in ein Tragrohr M eingeschlossen sind, welches aus einem starren (zur Aufrechterhaltung der gegenseitigen Lage der beiden Köpfe L₁ und L₂) und für die Magnetfelder »durchsichtigen« Kunststoff besteht.

Der Kopf oder die Sonde L₁, welche zweckmäßig mit Spinkopplung arbeitet, bildet einen Kcrnozi'lator,

ίο d. h., sie liefert eine Spannung T₁ mit der Larmorfrequenz der in ihr enthaltenen Kernspins, welche zu der Stärke des an dem Punkt /V₁ von der Sonde L₁ wahrgenommenen Gesamtmagnetfeldes genau proportional ist. Diese Spannung T₁ wird in einem Verstärker P₁ verstärkt, und ihre Frequenz wird im allgemeinen in einem Frequenzmesser Q gemessen, welcher eine zu dieser Frequenz proportionale Spannung T₂ liefert. Diese Spannung T₂ wird in einer Siebkette R gefiltert, bevor sie auf der Spur I eines Registrier-

:o geräts V registriert wird.

Der zweite Kopf oder die zweite Sonde L, ist ein Kernfilter, welches die in dem Verstärker P₁ verstärkte Spannung 7", mit der Kreisfrequenz m, = /H₁ empfängt, worin ;■ das gyromagnetische Verhältnis der Kernspins und H₁ die Stärke des Gesamtmagnetfeldes an dem Punkt N₁ ist. Das Kernfilter L₁ ist ein Tiefpaß, dessen Zentrum die Kreisfrequenz o>₂ = γ H₂ ist, worin H₂ die Stärke des Gesamtmagnetfeldes an dem Punkt N₂ ist. wobei angenommen ist, daß das Kernfilier die gleichen Kernspins (mit dem gyromagnetischen Verhältnis γ) enthält, wie der den ersten Kopf bildende Kernoszillator L₄. Die Amplitudenkennürtie, d. h. die aus L₂ austretende Spannung T₃ in Funktion von i»₂, wird durch die obere Kurve der

;s F i g. 2 dargestellt.

Das Kernfilter bewirkt auch eine Phasenverschiebungvon T₃gegenüber Tj. wenn ω₂ von id, verschieden ist, wie dies durch die untere Kurve der F i g. 2 angegeben ist, welche die Änderung der Phasenverschiebung dq zwischen T₃ und T₁ in Funktion von o>₂ darstellt. Wenn nämlich H₁ = H₂, ist, r», gleich o,₂, und die durch das Kernfilter L₂ eingeführte Phasenverschiebung dq ist Null, sobald jedoch ein Magnetfeldgradient dH zwischen den Punkten N₁ und /V₂ auftritt, ist Hi₂ von W₁ verschieden, und das Filter führt eine Phasenverschiebung άγ ein. Die Phasen-

anderung erfolgt sehr schnell. Sie beträgt y (d</

geht von — 4 auf + 4- über) für eine Änderung von

dH von 5 γ. was eine sehr große Empfindlichkeit des Gradientenmessers ergibt.

Die aus dem Kernfilter L₂ austretende Spannung T₃ wird in einem Verstärker P₂ verstärkt, und die Phasendifferenz zwischen den in den Verstärkern P₁ und P₂ verstärkten Spannungen T₁ und T₃ wird in einem Phasenmesser X (mit zwei Eingängen X₁ und X₂) bestimmt, welcher (an seinem Ausgang X₃) eine zn ά if proportionale Spannung T₄ liefert, welche auf der Spur II des Registriergeräts V parallel mit der Spannung T₂ registriert wird, welche nach Filterung durch die Filter R auf der Spur I des gleichen Registriergeräts registriert wurde.

In F i g. 3 ist an den Aufbau und die Arbeitsweise

f\s des Phasenmessers X der Fig. 1 erinneri. Dieser Phasenmesser enthält zwei Kanäle Y₁ und Y₂. Der erste enthält in Reihe einen Phasenumkehrer g eine (nach Art einer Schmittschen Kippschaltung ausgebil-

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c 7 -7

dete) Formungseinheit Zi₁ und eine Differenzier- und Gleichrichtanordnung j, mit einem Kondensator m,, Dioden H₁ und p_x und einem Widerstand r_v.

Der zweite Kanal enthält eine (nach Art einer Schmittschen Kippschaltung ausgebildete) Formungseinheit Zi₂ und eine Differenzier- und Gleichrichtanordnung j₂ mil einem Kondensator m₂, Dioden ;i₂ und p₂ und einem Widerstand r₂.

Die beiden Kanäle V₁ und V₂ beaufschlagen die beiden Eingänge für das Kippen aus dem ersten in den zweiten Zustand bzw. aus dem zweiten in den ersten Zustand einer bistabilen Kippschaltung s des Typs Eccles-Jordan, von welcher ein Ausgang eine Integriervorrichtung ν beaufschlagt, deren Ausgang den Ausgang X₃ des Phasenmessers X bildet.

Dieser arbeitet folgendermaßen: Wenn zunächst angenommen wird, daß d<? Null ist, sind die beiden Spannungen T₁ (aus T₁ durch Verstärkung in P₁ und Phasenumkehr in g gebildet) und T₂ (aus T₂ durch Verstärkung in P₂ gebildet) genau in Gegenphase, wie dargestellt. Das Gleiche gilt für die in Zi₁ bzw. Zi₂ geformten Impulse Tj und T₂. Die den Vorderfronten von T\ entsprechenden positiven Impulse T₂ legen sich dann genau zwischen die den Vorderflanken von Tf entsprechenden positiven Impulse T³. Die Kippschaltung s bleibt daher während gleicher Zeiten in jedem Zustand und liefert daher ein Signal T⁰ mit gleichen Halbwellen, und die Integriervorrichtung c liefert eine Spannung Null.

Sobald dagegen d? nicht mehr Null ist. legen sich die Impulse T₂ nicht mehr genau zwischen zwei Impulse T\, und die Halbwellen von Tⁿ werden unsymmetrisch. Die Integriervorrichtung r liefert eine (je nach dem Sinn Jer Phasenverschiebung d? und somit des magnetischen Gradienten) positive oder negative Spannung, welche von Null verschieden und an X₃ verfügbar ist und auf der Spur II des Registriergeräts V registriert wird.

Man hat z. B. eine integrierte Spannung T₄ von

± 5 Volt für eine Phasenverschiebung von ± ₄ erhalten können, welche ihrerseits für einen Gradienten von ± 5 γ erhalten wurde. Da das elektronische Geräusch der Anordnung kleiner als ein Millivolt ist, kann man somit 0,001 γ ermitteln.

Das Registriergerät V registriert schließlich dank der Genauigkeit des Phasenmessers X und der des Frequenzmessers Q. welcher z. B. die in dem am 30. Januar !967 erteilten ersten Zusatzpatent 88 663 der Anmelderin zu dem am 31. Dezember 1966 erteilten französischen Patent 1 430 874 der Anmelderin beschriebene Bauart aufweisen kann, gleichzeitig nebeneinander den Gradienten des Magnetfeldes (in Wirklichkeit den Schwanzgradienten des Flugzeugs) und den Absolutwert des Gesamtmagnetfeldes.

Die Anordnung der F i g. 1 liefert also hinsichtlich der von dem Flugzeug herrührenden magnetischen Störungen einerseits JH₁, d.h. die magnetische Störung in N₁, und andererseits (AH₁ — AH₁), d. h. die Differenz zwischen der magnetischen Störung J W₂ in N₂ und A H₁, und zwar mit einer großen Genauigkeit

Unter Bezugnahme auf F i g. 4 soll nachgewiesen werden, daß man mit einer guten Genauigkeit und einer einfachen Schaltung den Abstand χ ermitteln kann, in welchem sich das Baryzentrum (der ferromagnetischen Massen) z. B. von der Sonde L₂ befindet. Durch Vornahme dieser Bestimmung in jedem der

Hauptkurse kar.n man die Stabilität der Lage dieses Baryzentrums ermitteln und für jeden Flugzeugtyp oder anderen Träger die Möglichkeiten einer Selbslkompensation definieren.

In F i g. 4 findet man wieder die beiden Köpfe L₁ und L₂ der Fig. 1, wobei der Kopf L₂ der Störungsquelle S⁰ (Baryzentrum der magnetischen Störungen) näher liegt, welche eine magnetische Störung mit der Stärke, I W₁ in N₁ erzeugt, wo sich der KoPfL₁ befindet, und eine magnetische Störung mit der Stärke -IH₂ in N₂, wo sich der Kopf L₂ in einer Entfernung von Ax (in Wirklichkeit 1,50 m) von L₁ befindet.

Das Kompensationssystem der F i g. 4 enthält eine Kompensationsspannungsquelle V⁰, einen Spannungsverteiler oder Teiler Z mit einem Schieber Z₁, welcher die Spannung V⁰ auf die Teilwiderstände mit den Werten R_t und R₂ aufteilt, und zwei Spulen W₁ und W₂, welche von zu R₁ bzw. R₂ proportionalen Strömen Z₁ bzw. I₂ durchflossen werden, und zu Z₁ bzw. I₂ proportionale Kompensationsmagnetfclder, I H{ und IH₂ erzeugen.

Für eine vollständige Kompensation gilt

h h

IH₂

IW₁'

IH₂

TiJ₁

Die Bedingung -~ = » ist für die folgenden drei

Bedingungen erfüllt:

Die Köpfe L₁ und L₂ haben eine hohe Genauigkeit von größenordnungsmäßig wenigstens 0,01 γ, un· 1 zwar bei beliebiger Lage der Magnetometerköpfe gegenüber der Feldrichtung, der Abstand Ix ist gsnau bekannt und klein gegenüber

die Einstellung der Ströme Z₁ und Z₂ bewirkt die Kompensation.

Wenn diese drei Bedingungen erfüllt jind, kann χ aus dem bekannten ,1 χ und dem durch den Teiler Z bestimmten ρ berechne! werden. Wenn m das magnetische Moment in S⁰ genannt wird, erhält man nämlich

,H₂ =

und IH₁=-

IH₂ (x+ Ix)³

IH₁

3 Ix 3( Ix)² ( Ix)³

χ-

Durch Einsetzen von X — — erhält man

oder
d.h.
d.h.

ρ = 1 + 3X + 3X² + X³

I +X =

^iX -X-³HT ,

— Λ — I/o — 1 .

X '-

Hieraus ergibt sich

X =

Ix

i/o— 1

Man kann ?lso tatsächlich χ aus Λ < und ρ berechnen

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In der Praxis erfolgt die Einstellung der Ströme /, und /₂ in den Kompensationsspulen W₁ und W₂ während definierter Bewegungen des Flugzeugs in jedem Kurs (z. B. Rollbewegungen mit .liner Amplitude von ± 10° und einer Periode von 6 Sekunden). Man stellt /,. I₂ und V so ein, daß man gleichzeitig

IW₁ - IH₁' =0

(.1H₂

= 0

multiplizieren und diesen Wert von der von dem Kopf L₁ vorgenommenen Messung abzuziehen, um die von diesen magnetischen Massen in /V₁ erzeugten Störungen zu Null zu machen, da IH₁. welches kompensiert werden soll, gerade gleich

erhält. Das Verhältnis der Widerstände R₂, R₁ (welches an dem Teiler Z abgelesen werden kann, welcher ein in 10 Umdrehungen geteiltes Potentiometer sein kann) ergibt dann I₂II_x und somit q.

Die unter Bezugnahme auf F i g. 1 bis 4 beschriebene Messung des Abstands χ von dem Baryzentrum kann den Ausgleich der von dem Flugzeug herrührenden w igneiischen Störungen gemiiß dem Verfahren und der Vorrichtung der französichen Patentschrift 1 485 557 ermöglichen. Es genügt, an die Kompensationsspulen 16.17 dieses Patents die die Differenz (IH₂ - .IH₁) kennzeichnende Spannung anzulegen. Die große Genauigkeit, mit welcher mittels des obigen Verfahrens die Messung des Magnetfeldgradicnten in der Nähe der Detektorsonde L₁ erfolgt, ermöglicht jedoch eine unmittelbare elektronische Kompensation, indem man von der von dem Frequenzmesser Q gelieferten, zu der Stärke des Gesamtmagnetfeldes (H, + IH,) in N₁ proportionalen Spannung eine zu IH₁ proportionale Spannung subtrahiert, wie dies nachstehend im einzelnen unter Bezugnahme auf F i g. 5 erläutert ist.

Nach den Erläuterungen über die Vorstufe zur Untersuchung der Störfelder soll jetzt die Kompensation der von den ferromagnetische η Massen des Flugzeugs (F i g. 5) bzw. den Wirbelströmen (F i g. 6 und 7) herrührenden Störfelder beschrieben werden.

Die große Empfindlichkeit der Messung des Gradienten gestattet, die beiden Magnetometerköpfe (Kernoszillator und Kernfilter) der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welche den Köpfen L₁ und L₂ der F i g. 4 entsprechen, in einer geringen gegenseitigen Entfernung von z. B. 1 m anzuordnen.

Man kann unmittelbar die klassische Gleichung

d( IH₁)
χ- .--_- = 3.IH./3

anschreiben, da sich H wie ^ ändert (wobei das Symbol -j^ die Ableitung nach χ darstellt). Wenn Ix klein ist, stellt die Differenz (1H₂-IH₁) praktisch —~—— dar. Da die Phase der erhaltenen Signale streng genau ist, genügt es, die Bedingung

IH₁ - 4 ' -^T ^=0
1 3 dx

zu verwirklichen, um den Einfluß der magnetischen Massen des Flugzeugs an der Stelle des Kopfes oder der Sonde L₁ vollständig zu Null zu machen.
Es genügt also,

d( IH₁)
dx

(d.h. IH₂- IH₁) mit einem konstanten Faktor -y zu

₁
d .νιο ist.

Fine Vorrichtung zur Vornahme der obigen Vorgänge ist in F i g. 5 dargestellt. Sie enthält

einen (z. B. durch einen Kernoszillator des in der französischen Patentschrift 1 485 556 beschriebenen

^1:1 Typs gebildeten) ersten Magnetometerkopl 3, welcher an einem ersten Punkt 1 in einer ersten Entfernung χ + Ix von dem Baryzentrum 4 der Störmagnetfelder liegt und eine erste Spannung der Frequenz/t erzeugt, welche zur Stärke (H₀ + /IH₁) des Gesamtmagnel-

^:o feldes an diesem ersten Punkt 1 proportional ist, wobei H₀ das zu messende äußere Magnetfeld und IH₁ das Stö! Wd an dem Punkt 1 ist,

einen Frequenzmesser 5 (z. B. des in der französischen Patentschrift 88 663 beschriebenen Typs), welcher an den Ausgang 6 des Magnetometerkopfs 1 über einen Verstärker 7 angeschlossen ist, um aus der ersten Spannung der Frequenz/] eine Spannung e, zu bilden, welche zu dieser Frequenz und somit zur iü Stärke (H₀ + IH₁) des Gesamtmagnetfeldes proportional ist.

einen zweiten Magnetometerkopf 8 izweckmäßig des in der französischen Patentschrift 1 485 556 beschriebenen Typs), welcher sich an einem zweiten Punkt 2

■^ in einer zweiten Entfernung χ vom Baryzentrum 4 befindet, und dessen Eingang 9 an den Ausgang 6 des Magnetometerkopfs 3 über den Verstärker 7 angeschlossen ist, um von diesem die erste Spannung zu empfangen und an seinem Ausgang 10 eine zweite

Spannung der Frequenz/₂ zu liefern, die gegenüber der ersten Spannung eine Phasendifferenz hat, welche zur Differenz (IH₂- IH₁) zwischen den Stärken (H₀ + IH₂) und (H₀ + IH₁) der Gesamtmagnetfelder an diesem zweiten Punkt 2 und dem ersten Punkt 1 proportional ist (wobei IH₂ das Störfeld an dem Punkt 2 ist),

einen Phasenmesser 11 (z. B. des in der französischen Patentschrift 1 485 556 beschriebenen und in F i g. 3 der anliegenden Zeichnungen dargestellten Typs) mit zwei Eingängen 12,13, von denen der erste, 12, mit dem Ausgang 6 des Magnetometerkopfs 3 über der Verstärker 7 verbunden ist, um von diesem die erste Spannung zu empfangen, während der zweite Eingang

>s 13 mit dem Ausgang 10 des Mafnetometerkopfs ί über einen Verstärker 14 verbunden ist, um von diesen: die zweite Spannung zu empfangen, und einem Aus gang 15, welcher eine zur Differenz (JH₂ - IH₁ zwischen den Stärken der Gesamtmagnetfelder pro portionale Spannung e₂ liefert,

einen Verstärker 16 mit regelbarem Verstärkungs faktor, dessen Eingang 17 an den Ausgang 15 de Phasenmessers 11 angeschlossen ist, um von diesen die Spannung e₂ zu empfangen und aus dieser eini Spannung e₃ zu bi'den,

eine Subtraktionseinheit 18 mit zwei Eingängen 19,2C von denen der erste, 19, mit dem Ausgang 21 de

Frequenzmessers 5 verbunden ist. um von diesem die Spannung c?, zu empfangen, während der zweite Eingang 20 mit dem Ausgang 22 des Verstärkers 16 verbunden ist. um von diesem die Spannung <.', /u smpfangen, und einem Ausgang 24. welcher eine ^; Spannung t\ liefert, welche zur Differenz /wischen der an seinen ersten Eingang 59 angelegten Spannung _t-, und der an seinen zweiten Eingang 20 angelegten Spannung e~. proportional ist. und

Mittel zur Messung der Spannung _t'₄. welche zu der ' Stärke H₁, des zu messenden äußeren Magnetfeldes an dem ersten Punkt 1 für eine geeignete Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 16 und bestimmte Stellungen des Magneiometerkopis 3 und des Magnetonieterkopfs 8 proportional ist. wobei diese Stellungen etwa auf der Achse 25 de* Flugzeugs oder anderen Trägers liegen, wenn dies möglich isi. wobei diese Mittel z. B. eine die gewünschten Komponenten von f₄ filternde Fillerktie 26 enthalten, welch\r ein Registriergerät 27 nachgeschaltet ist.

Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen:
Der Magnetometerkopf 3 liefert eine Spannung mit einer zu (H₁₁ -I- IW₁I proportionalen Frequenz /,. Diese in dem Verstärker 7 verstärkte Spannung ν rd :, folgenden Teilen geliefert:

dem Frequenzmesser 5. welcher eine Spannung f, mit der Amplitude ü, = A₁(H₀ + IH₁) liefert, worin k, eine Konstante ist,

Magnetometerkopf 8. welcher eine Spannung der -,,· Frequenz/, liefert, deren Phasenverschiebung d</ gegenüber der vom Magnetotneterkopf3 gelieferten Spannung der F'requenz /", proportional zu ( IH, - I H₁) "ist,

dem Phasenmesser 11. welcher ebenfalls die vom v Magnetometerkopf 8 gelieferte und in dem Verstärker 14 verstärkte Spannung empfängt und eine Spannung e₂ mil der Amplitude <v. = k_z( IH, — IH₁) abgibt, worin ic, eine Konstante ist. welche gleich Zc₁ sein kann. je Die Spannung e₂ wird in dem Verstärker 16 mil einem von der Entfernung χ abhängenden Faktor <■/ multipliziert, so daß man eine Spannung e, mil der Amplitude α, = ? (χ) /c,( IH₂ - IH₁) erhält. _v(v) wird so gewählt, daß die Bedingung A₂'/'-, = λ 3 ₄s erfüllt ist. da sich dann ergibt

«, = A, ~ (IH,- IH₁).

Es ist zu bemerken, daß. wenn A, = A₁. 7 —■ ', ^⁰

Die Subtraktionseinheil 18 empfängt . ο eine Spannung e_x mit der Amplitude O₁ = A₁(H₀ + I//,) an ihrem Eingang 19 und eine Spannung c, mit der Amplitude ss

«., = /c,y (IH₂ - IH₁) ^ ic, -~ d(.IH,)/d.v
= fc, IH₁

(II)

(wie oben unter Bezugnahme auf F i g. 4 erläutert) an ihrem Eingang 20, so daß sie an ihrem Ausgang 24 eine Spannung e₄ mit der Amplitude

a₄ = A₁ (H₀ + . I H₁) - Zc₁ IH₁ = ic, H₁₁ <_vs

liefert. Wie man sieht, ist die Amplitude «₄ der Spannung C₄ genau zu dem Feld H₀ proportional, das gemessen werden soll. Es ist zu bemerken, daß der Koeffizient L keineswegs ein Bruchkoeffizient ist.

wie der Koeffizient

der uenaiinien LSA -

Patentschrift 2 S¹M 21(>. welcher die Genauigkeit herabsetzt, sondern einfach ein Proportionaiiiätskoeifi-/:ient. .'.elcher sich aus dem Verstärke. 7 und dem Frequenzmesser 5· ergibt, weiche von einer nicht durch einen Reduktior.sfaktor geteilten Spannung der Frequenz /, ausgehen

Die Spannung -.^ stellt die Starke des magnet; hen Frdfelde> H₁, izu welcher sie genau proportional isi) und seiner Störungen dar. unabhängig \on den Bewegungen de-· Trägerflugzeugs und dor magnetischen Massen desselben (unter dem w-"\.t unten uir die Wirhclstromc gemachten VorheVu·. .u.

Das Bandfilter oder die Bandtiiterkeue 26 ermöglicht, in dem Registriergerät 27 die Anomalien de> Magnetfeldes /u registrieren, deren räumiiche Ausdehnung der der gesuchten Anomalien entspricht, und die natürlichen Störungen und den waagerechten und ilf-n lotrechten Gradienten de·* magnetischen Erdfeldes möglichst weitgehend auszuschalten.

Die obige Kompensation der \on dem Flugzeug oder einem andere" Träger herrührenden magnetischen Wirkungen ist jedoch unvollständig, da die Bewegungen des Flugzeugs in dem magnetischen Erdfeld in den leitenden Flächen des Flugzeugs-, insbesondere in dem Rumpfwerk. VVirbclströmeerzeugen, welche Störmagnetfeider hervorrufen, welche um so größer sind, je größer die Fluggeschwindigkeit des Flügzeugs ist

Glücklicherweise gestattet der symmetrische Aufbau des Flugzeugs oder ancle:er Träger, diese Erscheinungen in derselben Weise auszugleichen, wie die ständigen oder induzierten Störmagnetfelder Nur die Lage des Bar\Zentrums der durch die VVirbelströrnc erzeugten magnetischen Krältc ist von der des Baryzentrums der ständigen oder induzierten Magnetfelder verschieden. Es ist daher zur Erzielung einer einzigen Einstellung der Kompensation (wie oben angegeben) erforderlich, diese beiden Baryzcntren zum Zusammenfallen zu bringer und somit den durch die VViibeiströme erzeugten Verlauf des Gradienten oe< MagiiLiefeldes zu verändern. Nachstehend ist unter Bezugnahme auf F 1 g. 6 und 7 erläulert. wie hierfür vorgegangen werden kann.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erzeugt man zur Kompensation der durch die Wirbelströme in dem Flugzeug oder anderen Fahrzeug (mit der Achse 25. F i g. 6) hervorgerufenen magnetischen Störungen, insbesondere mil Hilfe von Spulen 28. welche mil der Spannung gespeist weiden können, welche an einem Satz von fest mit dem Flugzeug verbundenen Generatorspulen 29 mit drei zueinander rechtwinkligen Achsen abgenommen wird, wobei die Amplitude dieser Spannung mittels eines Rcgelwidcrstancls 30 einstellbar ist. in der Nähe des zweiten Punkts 2 (wo sich der Magnelometcrkopf.8 befindet, während der Magnetometerkopf 3 an dem Punki 1 angeordnet ist), ein Berichtigungsmagnelfeld I /13 in Gegenphase mit dem von dem Baryzenlrum der Wirhelströmc herrührenden Störfeld IZi₂. wobei der Wert dieses Berichtigungsfcldes l/i₃ so eingestellt wird, daß das Baryzentrum der durch die Wirbelströme erzeugten magnetischen Störungen mil dem Baryzenlrum der ferromagnetische!! Störmassen /um Zusammenfallen gebracht wird (das Baryzentrum der

ιό

Wirbelstrom^ wird durch dieses Beriehiigungsfeld Wi, aus seiner wirklichen Stellung Br in seine \irtuelle Stellung Bv gebracht).

Es soll nun genauer der Fall der durch die Bewegungen des Rumpfwerks erzeugten Magnetfelder be- trachtet werden, welche bei den Stampfheweguiiiien in der Richtung Norden-Süden und Süden-Norden auftreten. Das wirkliche Baryzentrum Mr ergibt an den Magnetometerköpfen 3 und 8 Feldänderungen I/i, bzw. I/i,. Die Spulen 28 erzeugen ein Feld ι — I/i, (in Gegenphase mit I/i,). Der resultierende Gradient ( Wi₂ - Wi,ι - Wi₁ ergibt Tür ein konstantes I/i. ein Spiegelbildbary/enirum in bezug auf den Magnetometerkopf 3. welches um so weiter entfernt scheint, je mehr sich ( l/i, — Wi,i dem Wi₁ ι, nähert. Das Ban Zentrum rückt ins Unendliche, wenn ( l/i, - Wi, ι nach Wi, strebt (Fig. 7). DltcIi Regelung der Stromstärke in den Spulen 28 und somit der Stärke des Feldes Wi, mittels eines Regelwiderstandes 30 kann man also das Bary/entrum der Wirbel- :o ströme so verschieben, daß es mit dem der ferromagnetischen Massen zusammenfällt (das Bary/entrum der Wirbelströme geht von seiner wirklichen Stellung Br in seine virtuelle Stellung Br üfcer. weiche die des Baryzentrums der ferromagnetische!! Massen ^ ist). In F i g. 7 ist durch die Kurven 31 ii uiui 32α der von dem virtuellen BaryZentrum bzw. dem wirklichen Barv/entrum der Wirbclströme herrührende Gradient dargestellt.

Diese Möglichkeit ergibt sieh aus der obiaen Formel ;,o

Ix

mit a =

l/i, - Wi,

Wenn man bei konstantem Wi₁ Wi, verändert. ändert sich .»'. woraus sich eine scheinbare Änderung von ν ergibt (in F i g. 7 ist außer dem Wert .v der dem wirklichen Baryzentrum Br entsprechende Wen v' eingetragen).

Da die Messung des Abstands der Bary/eniren der Wirbeiströme und der fcrromagnetischen Massen für die Wirbelströme eine Resultierende der Störungen erscheinen läßt, welche den Punkten la und 2a näher als für die ferromagnetischcn Massen liegt, muß Wi, negativ sein, was bei der Einstellung des 4.^ Widerstands 30 eine scheinbare Entfernung des Bar\- zentrums der Wirbelströme erzeugt, welches von Br nach Bv geht wie dargestellt.

Es ist zu bemerken, daß die Spulen 28 gcgebencnfallanstatt durch ilen Magnetfeldern der Wirbel- <>·■ Strome ausgesetzte Generatorspulen durch ein beliebiges anderes Mittel gespeist werden können, welches einen diesen Wirbclströmen ähnlichen Strom erzeugen kann. z. B. ein Rechengerät.

F i g. 8 zeig! eine zweite Au.sführungsform eines ^;.s erfindungsgemäß kompensierten Magnetometers, welche eine Ausfuhrungsabwandlung der Anordnung gemäß F i g. 5 ist (tatsächlich unterscheidet sich F i g. S von F i g. 5 nur in dem in I·" i g. S gestrichelt eingerahmten Teil). '·<>

Das kompensierte Magnetometer der F i u. N enthält

einen ersten Magnetometerkopf 3. welcher die gleiche Bauart wie der Magnetometerkopf <lcr F i g. 5 auf- <>? weist und an einem ersten Punkt 1 in einer Entfernung .ν + I λ von dem Baryzentrum 4 der Störmagnctfelder liegt. Dieser Magnetomeierkopf erzeugt an seinem Ausgang eine erste Spannung mit einer zur Stärke IH,,V Ι/ι,ι des Gesamtmagnetfeldes an diesem Punkt 1 proportionalen Frequenz /,.

einen Frequenzmesser 5 der gleichen Bauart wie der Frequenzmesser 5 der F i g. 5. welcher mit dem .Ausgang 6 des Magnetomeierkopfs 1 über einen Verstärker 7 verbunden ist und aus der Spannung der Frequenz /, eine zu dieser Frequenz und somit zu (//,, - IW₁) proportionale Spannung t·, bildet.

einen zweiten Magnetometerki pf 3«. welcher wie der Magnetometerkopf 3 ausgebildet ist. an einem zweiten Punk! 2 in einer eiten Entfernung .v von dem Bary/entrum 4 lie. und eine zweite Spannung mit einer zur Starke 1//., - IW,| des Gesamtmagnetfeldes an diesem zweiten Punkt 2 proportionalen Frequenz erzeugt /,.

einen Differentialfrequenzmesser 31 (z. B. des in der Offenlegungsschrift 1 952 235 beschriebenen Typs) mit zwei Eingängen 32. 33. von denen der erste. 32. mit dem Ausgang 6 des Magnetometerkopfs 1 über den Vers'iäiker 7 verbunden ist. um von diesem die Spannung der Frequenz /, zu empfangen, während der zweite Eingang 33 mit dem Ausgang 6a des zweiten Magnetometerkopfs 3« über einen Verstärker la verbunden ist. um von diesem die Spannung der Frequenz/, zu empfangen, und einem Ausgang 35. welcher eine zur Differenz) IW₂ - I W₁) zwischen den Stärken der Gesamtmaunetfelder an den Punkten 2 und 1 proportionale Spannung f- liefert.

einen Verstärker 16 mit regelbarem Verstärkungsfaktor, dessen Eingang 17 mit dem Ausgang 35 des Difl'erentialfrequenzmessers 31 verbunden ist. um von diesem eine Spannung e, zu empfangen und aus dieser eine Spannung c₃ zu bilden.

eine Subtraktionseinheit 18 mit zwei Eingängen 19.20. welche mit dem Ausgang 21 des Frequenzmessers 5 bzw. dem Ausgang 22 des Verstärkers 16 verbunden sind, um von diesen e, bzw. t'j zu empfangen, wobei diese Einheit 18 an ihrem Ausgang 24 eine zur Differenz zwischen e, und c₂ proportionale Spannung c₄ liefert, und

Mittel zur Messung der Spannung c₄. weiche Tür eine geeignete Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkeis 16 und bestimmte Stellungen der Magnetometerköpfe 3 und 3a zu der Starke W₀ des zu messenden äußeren Magnetfeldes proportional ist, wobei diese Einrichtungen z. B. eine Filierkette 26 mit einem nachgeschalteten Registriergerät 27 enthalten.

Das Magnetometer der F i g. 8 arbeitet folgendermaßen:

Die Magnetometerköpfe 3 und 3a liefern eine Spannung mit einer zu (W₀ + IW₁) proportionalen Frequenz/, bzw. eine Spannung mit einer zu (W₀ 4- IW₂) proportionalen Frequenz/,, diese Spannungen werden in Verstärkern 7 bzw. la verstärkt.

Der Differentialfrequenzmesser 31 bestimmt die Differenz zwischen den Frequenzen /, und f_} und liefert an seinem Ausgang 35 eine Spannung e₂ mit der Amplitude a, = k₂( IW₂ - IW₁), worin k₂ eine Konstante ist. welche gleich k_x sein kann, während der Frequenzmesser 5 die Frequenz, der Spannung der Frequenz/, mißt und somit eine Spannung e, mit der Amplitude α, = i.,(W₀ + I//,) liefert, worin /c, eine Konstante ist.

Ln der Ausfiihrungsform der F ι g. X wird die Spanning e-, in dem Verstärker 16 mit einem von der Entfernung χ abhangigen Faktor 7 multipliziert, so daß man eine Spannung e_} mit der Amplitude

= ,/W)IiA IW- - IH₁I

erhält. 7 (x) wird so gewählt, daß die Bedingung k-,,_/.k_l = χ 3 erfüllt ist. da dann

a_} = Zc₁ * WH₁- IW₁).

Es ist zu bemerken, daß. wenn k_z = Ar₁. sich 7 = χ 3 ergibt.

Wie bei der Aüsführungsform der F i g. 5 empfängt also die Subtraktionseinheit 18 eine Spannung <.', mit der Amplitude α, = Zc₁1W₀ + .1 W₁) an ihrem Ein-

gang 19 und eine Spannung
ci.-i. ! ( I//-- I W, I >-Ar₁

mit der Amplitude dl IW,

d.v

'-' = fc, IW,

(wie oben unter Bezugnahme auf F i g. 4 erläutert! an ihrem Eingang 20 und liefert somit an ihrem Ausgang 24 eine Spannung t-₄ mit der Amplitude

α_Λ = /C₁(W₀ τ IW₁I-Zc, IW₁ = Zc₁H₁₁.

Die Amplitude U₄ der Spannung t₄ ist also zu dem zu messenden Feld W₀ genau proportional.

Die Anordnung der F i g. 8 bietet die gleichen Vorteile wie diener F i g. 5. wobei außerdem die Möglichkeit eines Arbeitens in Echtzeu mit einer kleineren Ansprechzeit besteht, da sie kein Kernfilter enthält (in welchem die Spins dem Magnetfeld an dem Punkt 2 ausgesetzt werden, während uieses Filter an seinem Eingang eine elektromotorische Kraft empfängt, deren Frequenz zu dem Magnetfeld an dem Punkt 1 proportional ist).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 952 !5O Patentansprüche:

1. Anordnung zur Kompensation von magnetischen Störfeldern in einem Fahrzeug, insbesondere * in einem Flugzeug, die ein Magnetometer zur Messung des Erd-Magnetfeldes enthalt, das aus zwei Magnetometerköpfen besteht, die in einer ersten und zweiten Entfernung vom Ranzentrum derStörmagnetfelderim Fahrzeug angeordnet sind, m und von denen zur Bildung der Differenz der Gesamtmagnetfelder an den beiden Punkten den Gesamimagnetfeldstärken an den beiden Punkten proportionale Spannungen bestimmter Frequenz abgeleitet werden. dadurch gekenn- ι-. zeichnet, daß an den in der ersten Entfernung (.χ + Lx) vom Baryzentrum (4) der Stormagnetfeider befindlichen ersten Magnetometerkopf (3). der die erste Spannung der Frequenz /, erzeugt. über einen Verstärker (7) ein Frequenzmesser (5) angeschlossen ist. an dessen Ausgang (21) eine Spannung e, der Amplitude O₁ entsteht, die mit der Stärke des Gesamtmagnetfeldes durch ii, = λ·, (H₀ -f IH₁) verknüpft ist. worin k_l ein erster Proportionalitätsfaktor und H₀ die Stärke des ^ von Störmagnetfeldern befreiten Erdmagnetfeldes ist, daß an den Eingang (9) des in der zweiten Entfernung χ vom Baryzentrum (4) angeordneten zweiten Magnetometerkopfes (8). der an seinem Ausgang (10) die zweite elektrische Spannung der ,₀ Frequenz/₂ liefert, über den Verstärker (7) der Ausgang des Magnetometerkopfes (3) gelegt ist. daß ein Phasenmesser (11! vorgesehen ist. dessen einer Eingang (13) über einen \ erstärker (14) mit dem Ausgang (10) des Magnetometerkopfes (8) verbunden ist. dessen anderer Eingang (12) an den Ausgang des Verstärkers (7) angeschlossen ist und an dessen Ausgang (15) eine Spannung e₂ der Amplitude a₂ entsteht, die mit der Differenz zwischen den Stärken der Gesamtmagnetfelder (IH₂ — IH₁) an dem zweiten Punkt (2) durch Q₁ = Ar₂ ( 1H₂ — I H₁) verknüpft ist, worin k₂ einen zweiten Proportionalitätsfaktor darstellt, daß ein Verstärker (16) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor vorgesehen ist. dessen Eingang (17) mit dem 4s Ausgang (15) des Phasenmessers (11) verbunden ist und der eine Multiplikation der Spannungsamplitude a₂ mit einem Faktor

Ii₁

bewirkt, so daß an seinem Ausgang (22) eine Spannung e₃ der Amplitude

a_} = ^ (IH,- IH₁)

Störmagnetfelder IH₁: IH₂ an den Punkten Il: 2) die Beziehuna

χ+ Ι .γ γ _ IH,

2. Anordnung zur Kompensation von magnetischen Störfeldern in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug, die ein Magnetometer zur Messung des Erd-Magnetfeldes enthält, das aus zwei Magnetometerköpfen besteht, die in einer ersten und zweiten Entfernung vom Baryzentrum der Störmagnetfelder im Fahrzeug angeordnet sind, und von denen zur Bildung der Differenz der Gesamtmagnetfelder an den beiden Punkten den Gesamtmagnetfeldstärken an den beiden Punkten proportionale Spannungen bestimmtei Frequenz abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß an den in der ersten Entfernung [x + Iv) vom Baryzentrum (4) der Störmagnetfelder befindlichen ersten Magnetometerkopf (3). der die erste Spannung der Frequenz/, erzeugt, über einen Verstärker (7) ein Frequenzmesser (5) angeschlossen ist. an dessen Ausgang (21) eine Spannung t·, der Amplitude α, entsteht, die mit der Stärke des Gesamtmagnetfeldes durch α, = Ii₁(H₀ + IH, ι verknüpft ist. worin k_x ein erster Proportionalitäsfaktor und H₀ die Stärke des von Störmagnetfeidern befreiten Erdmagnetfeldes ist. daß an den Ausgang |6a) des in der zweiten Entfernung .x vom Baryzentrum (4) angeordneten zweiten Magnetometerkopfes (3a). der die zweite elektrische Spannung der Frequenz ./, liefert, über einen Verstärker (7a) ein Eingang (33) eines Differentialfrequenzmessers (31) angeschlossen ist. daß der Differentialfrequenzmesser (31) mit seinem anderen Eingang (32) an den Ausgang des Verstärkers (7| angeschlossen ist und an seinem Ausgang (35) eine Spannung e, der Amplitude U₁ liefert, die mit der Differenz zwischen den Stärken der Gesamtmagnetfelder (IH₂- IH₁) an dem zweiten Punkt (2) durch «,"= k₂( IH₂- IH₁) verknüpft ist, worin k-, einen zweiten Proportionalitätsfaktor darstellt, daß ein Verstärker (16) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor vorgesehen ist. dessen Eingang (17) mit dem Ausgang (35) des Differentialfrequenzmessers (31) verbunden ist und der eine Multiplikation der Spannungsamplitude U₁ mil einem Faktor

Ί = τ ' -TT-

Zc₂ 3

bewirkt, so daß an seinem Ausgang (22) eine Spannung t'₃ der Amplitude

^λ' ^x

entsteht, die angenähert gleich Zc₁ ■ IH₁ ist. daß eine Subtraktionseinheit (18) vorgesehen ist, deren einer Eingang (19) mit dem Ausgang (21) des Frequenzmessers (5) und deren anderer Eingang (20) mit dem Ausgang (22) des Verstärkers (16) (.5 verbunden ist und an deren Ausgang eine Spannung e_A der Amplitude a_x = Zc₁ · H₁, entsteht, und daß Tür das Verhältnis u zwischen den Stärken der entsteht, die angenähert gleich Ar₁ ■ IH₁ ist. daf; eine Subtraktionseinheit (18) vorgesehen ist. derer einer Eingang (19) mit dem Ausgang (21) de; Frequenzmessers (5) und deren anderer Eingain (20) mit dem Ausgang (22) des Verstärkers (16 verbunden ist und an deren Ausgang eine Span nung e₄ der Amplitude «₄ = A:, · H₀ entsteht, unc daß für das Verhältnis i> zwischen den Stärken dei

952 !50

Störmagnetfelder IW₁; I//, an den Punkten |1: 2) die Beziehung

I.V

!W,

Th]