DE1952150C3

DE1952150C3 - Anordnung und Verfahren zur Kompensation von magnetischen Störfeldern in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug

Info

Publication number: DE1952150C3
Application number: DE1952150A
Authority: DE
Inventors: Antoine Fontaine Salvi (Frankreich)
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1968-10-17
Filing date: 1969-10-16
Publication date: 1974-05-22
Also published as: ES372595A1; IL33201A; NO132883B; BE740369A; PL81185B1; AT292842B; NL6915638A; DK132723B; LU59652A1; NL168338B; GB1264348A; FR1591129A; NO132883C; CS163745B2; CH522225A; IL33201A0; DE1952150A1; DK132723C; SE359380B; DE1952150B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Kompensation von magnetischen Störfeldern in einem Fahrzeug, insesondere in einem Flugzeug, die ein Magnetometer zur Messung des Erdmagnetfeldes enthält, das aus zwei Magnetometerköpfeii besteht, die in einer ersten und zweiten Entfernung vom Baryzentrum der Störmagnetfelder im Fahrzeug angeordnet sind und Oo von denen zur Bildung der Differenz der Gesamtmagnetfelder an den beiden Punkten den Gesamtmagnetfeldstärken 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 mil magnetischer Resonanz beschrie-150

ben, das für Messungen von einem Fahrzeug aus, insbesondere einem Flugzeug, eingerichtet ist und zwei Magnetometerköpfe einhält. Die beiden Magnetometerköpfe sind hierbei in einem bestimmten Abstand voneinander, insbesondere in einer senkrechten Symmetrieebene des Flugzeugs, angeordnet. Hierdurch ist es möglich, die Störungen der Messung der Intensität des magnetischen Feldes, insbesondere des 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 ständig 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 ist, wählt man die Lage der beiden Magnetometerköpfe, deren Sonden aktive Substanzen subatomarer Teilchen mit verschiedenen gyromagnetischen Verhältnissen enthalten, so, daß man in den beiden Stellungen genau gleiche Werte für die Produkte aus der Intensität des magnetischen Störfeldes und dem gyromagnetischen Verhältnis der Teilchen in der Sonde an der jeweiligen Stelle erhält. Auf diese Weise wild der Einfluß des magnetischen Eigenstörfeldes eliminiert. Das bei diesem Magnetometer angewendete Prinzip der Ausschaltung des magnetischen Eigenstörfeldes setzt die Benutzung subalomarer Teilchen mit unterschiedlichen gyromagnetischen Verhältnissen voraus, wobei der Unterschied in den gyromagnetischen Verhältnissen von den jeweiligen Bedingungen des für die Messung benutzten Fahrzeugs abhängt, was für die Praxis nicht vorteilhaft ist.

In der französischen Patentschrift 1 485 557 ist ein Verfahren zur Kompensation de^r magnetischen Eigenstörfelder, insbesondere in einem Flugzeug mit einem darin angeordneten Magnetometer, beschrieben, das darin besieht, 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 Eigenstörfeld proportional ist. und daß unter Steuerung durch diese Größe ein Kompensationsmagnelfeld erzeugt wird, das dem Eigenstörfeld entgegengesetzt gerichtet ist und dessen Starke dieser Größe proportional ist. um d'ese Differenz zu kompensieren.

Eine Anordnung für die Ausübung dieses Verfahrens enthält Einrichtungen, die einen elektrischen Strom erzeugen, dessen Stärke der Differenz des Magnetfeldes in zwei Punkten proportional ist, in welchen die Stärke des Eigenslörfeldes hingegen verschieden sind, 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 Proportionalilälskoeffizient zwischen dem erwähnten Strom und dieser Differenz so bemessen sind, daß die Spulen ein diese Differenz zu Null machendes Kompensationsmagnetfeld erzeugen.

Diese bekannte Anordnung enthält also Spulen, die ein Kompensationsmagnelfeld 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.-Palentschrift 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 Differenziereinrichtung 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 Delektorsyslems beschrieben, das an Bord eines eine Quelle von Störungen tragenden Flugzeuges angeordnet ist. Das kompensier!·· System enthält hierbei ein erstes Magnetometer, das in einer bestimmten Entfernung von dei 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 tu machen und so zu kompensieren.

Tatsachlich 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 Slörmagnetfeld 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 gedampft, und es wird die Differenz zwischen der Ausgangsgröße des zweiten Magn^omeiers und der gedämpften Ausgangsgröße des ersten Magnetometers gLbiiu-jt, was ein dem Vverl

proportionales Signal ergibt.

Ein derartiges System hat den Nachteil, daß es nur eine geringe Meßgenauigkeil ergib* 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. ³I k proportional sind, da die magnetische Feldstärke sich wie der Kehrwert der dritten Potenz der Entfernung ändert (wie in der zitierten USA.-Patentschrifl 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, und die Kompensation kann nicht für alle Kurse des Flugzeugs genau sein.

Wenn andererseits für k ein kleiner, sehr nahe bei 1

liegender Wert angenommen wird, z. B. k = jg. 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 & = j9 ist nämlich das gemessene Magnetfeld,

d. h. (l - I)H gleich (l - JJ tf)= J. Die Genauisikeit wird daher durch einen Faktor 20 »eteih

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

10 T-I

Ordnung von -ψ und mißt j~ , 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 I 485 557, ermöglicht, ohne daß Beeinflussungen der anderen elektrischen Geräte des Fahrzeugs eintreten. Mit dieser Anordnung sollen sich außerdem die durch Wirbelströme in einem Flugzeug hervorgerufenen magnetischen Störungen kompensieren lassen.

Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art durch die in den Ansprüchen 1 und 2 gekennzeichneten Ausführungen gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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

Die nach der Erfindung vorgesehene Anordnung zur Kompensation von Störmagnetfeldern zwecks Ermöglichung genauer Messungen der Stärke eines äußeren Magnetfeldes mit Hilfe eines in einem Fahrzeug angeordneten Magnetometers enthält eine elektronische Kompensationsschaltung und verursacht daher keine Beeinflussung anderer elektrischer Geräte des Fahrzeugs. Sie ist ferner so ausgebildet, daß eine selbsttätige Kompensation aller vorhandenen Störmagnetfelder 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 Gradientenmesser zur Bestimmung der Gradienten der Störmagnetfelder und der Lage des Baryzentrums,

F i g. 2 zwei Kurven-Diagramme zur Erläuterung 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 schematischen Darstellung zur Bestimmung der Lage des Baryzentrums der Störmagnetfelder,

F 1 g. 5 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform einer Kompensationsanordnung,

F i g. 6 eine schematische Darstellung der Schaitungsmittel 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. 8 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform einer Kompensationsanordnung.

Vor der einsehenden Beschreibung von zwei bevor-

zugten Ausführungsformen eines erfindungsgemäß kompensierten Magnetometers, z. B. zur Kompensation der Störmagnetlelder ah Bord eines Flugzeugs, soll unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 3 eine Vorstufe zur Untersuchung des Baryzentrums der von den ferromägnetischen Massen hefrührenden Störfelder und zur Bestimmung der Lage dieses Baryzentrums erläutert werden.

*ί Hierfür wird ein magnetischer Gradientenmesser des in der frahzösichen Patentschrift 1 485 556 der Anmelderin beschriebenen Typs mit zwei in einer bestimmten gegenseitigen Entfernung (von größenordnungsmäSig z.B. 1,50m) angeordneten Sonden oder Meßköpfen benutzt, welcher die Differenz (oder den Gradienten) zwischen den Stärken der Gesamtmagnetfelder 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 gestattet 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 Signal zu verformen oder durch einen Faktor zu teilen [z. B. den Faktor M - Π der genannten USA-Patentschrift 2 891216].

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 γ 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 γ, d.h. 0,01 μΩ. Diese Schwankungen ergeben nach ihrer Registrierrung den allgemeinen Verlauf der magnetischen Störungen.

In F i g. 1 ist sehr schematisch der Aufbau eines magnetischen Gradientenmesser gemäß dem genannten französichen Patent 1 485 556 dargestellt.

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

Der Kopf oder die Sonde L₁, welche zweckmäßig mit Spinkopplung arbeitet, bildet einen Kernozillätor,

ro & h., sie liefert eine Spannung T₁ mit der Lafmorfrequenz der in ihr enthaltenen Kernspins, welche zu der -Stärke des an dem Punkt N₁ von der Sonde L₁ wahrgenommenen Gesamtmagnetfeldes genau proportional ist. Diese Spannung T₁ wird in einem Verstärker F₁ 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 1 eines Registrier-

geräts V registriert wird.

Der zweite Kopf oder die zweite Sonde L₂ ist ein Kernfilter, welches die in dem Verstärker P₁ verstärkte Spannung 7^ mit der Kreisfrequenz r», = J-H₁ empfängt, worin γ das gyromagnetische Verhältnis der Kernspins und H₁ die Stärke des Gesamtmagnetfeldes an dem Punkt W₁ ist. Das Kernfilter L₂ ist ein Tiefpaß, dessen Zentrum die Kreisfrer;uenz <»₂ = γ H₂ ist, worin H₂ die Stärke des Gesamtmagnetfeldes-an dem Punkt N₂ ist, wobei angenommen ist, daß das Kernfilter die gleichen Kernspins (mit dem gyromagnetischen Verhältnis γ) enthält, wie der den ersten Kopf bildende Kernoszillator L₁. Die Amplitudenkennlinie, d. h. die aus L₂ austretende Spannung T₃ in Funktion von o-,, wird durch die obere Ku^ve der F i g. 2 dargestellt.

Das Kernfilter bewirkt auch eine Phasenverschiebung von T₃ gegenüber T₁, wenn a>₂ von W₁ verschieden ist, wie dies durch die untere Kurve der F i g. 2 angegeben ist. weiche die Änderung der Phasenverschiebung dq zwischen T₃ und T₁ in Funktion von «>₂ darstellt. Wenn nämlich H₁ = H₂, ist, (H₁ gleich w₂, und die durch das Kernfilter L₂ eingeführte Phasenverschiebung a<f ist Null, sobald jedoch ein Magnetfeldgradient dH zwischen den Punkten W₁ und N₂

auftritt, ist <u₂ von (U₁ verschieden, und das Filter führt eine Phasenverschiebung άφ ein. Die Phasenänderung erfolgt sehr schnell. Sie beträgt y (d?

geht von — -^- auf + -^- über) für eine Änderung von d H von 5 7, 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 JSTi und X₂) bestimmt, welcher (an seinem Ausgang X₃) eine zu dqr 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

des Phasenmessers X der F i g. 1 erinnert Dieser Phasenmesser enthält zwei Kanäle Y₁ und Y₂. Der erste enthält in Reihe einen' Phasenumkehrer g, eine (nach Art einer Schmittschen Kippschaltung ausgebil-

409621/85

dete) Formungseinheit Zi₁ und eine Differenzier- und Gleichrichtanordnung J₁ mit einem Kondensator Hi₁, Dioden It₁ und P₁ und einem Widerstand T₁.

Der zweite Kanal enthält eine (nach Art einer Schmittschen Kippschaltung ausgebildete) Formungseinheit h₂ und eine Differenzier- und Gleichrichtanordnung j₂ mit einem Kondensator m₂, Dioden n₂ und p₂ und einem Widerstand r₂.

Die beiden Kanäle Y₁ und Y₂ 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<p Null ist, sind die beiden Spannungen T\ (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 Zj₁ bzw. Ji₂ geformten Impulse T, und T₂. Die den Vorderfronten von T₂ entsprechenden positiven Impulse T₂ legen sich dann genau zwischen die den Vorderflanken von Tf entsprechenden positiven Impulse T?. Die Kippschaltung s bleibt daher während gleicher Zeiten in jedem Zustand und liefert daher ein Signal T⁰ mit gleichen Halbwellen, und die Integriervorrichtung ν liefert eine Spannung Null.

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

Man hat z. B. eine integrierte Spannung T₄ vor.

± 5 Volt für eine Phasenverschiebung von + ^

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 1967 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 AH₁, d.h. die magnetische Störung in N₁, und andererseits (AH₂ — AH₁), d.h. die Differenz zwischen der magnetischen Störung 1H₂ in N·, und .1H₁, 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 kann man die Stabilität der Lage dieses Baryzentrums ermitteln und für jeden Flugzeugtyp oder anderen Träger die Möglichkeiten einer Selbstkompensation definieren.

In F i g. 4 findet man wieder die beiden Köpfe L₁ und L₂ der F i g. 1, wobei der Kopf L₂ der Störungsquelle S⁰ (Baryzentrum der magnetischen Störungen) näher liegt, welche eine magnetische Störung mit der Stärke /I H₁ in JV₁ erzeugt, wo sich der Kopf L₁ befindet,

ίο und eine magnetische Störung mit der Stärke /IH₂ in N₂, wo sich der Kopf L₂ in einer Entfernung von Δ χ (in Wirklichkeit 1,50 m) von L₁ befindet.

Das Kompensationssystem der F i g. 4 enthält eine Kompensationsspannungsquelle F⁰, einen Spannungs-

verteiler oder Teiler Z mit einem Schieber Z₁, welcher die Spannung V⁰ auf die Teilwiderstände mit den Werten R₁ und R₂ aufteilt, und zwei Spulen W₁ und W₂, welche von zu R₁ bzw. R₂ proportionalen Strömen I₁ bzw. I₂ durchflossen werden, und zu I₁ bzw. I₂ pro-

portionale Kompensationsmagnetfelder /J H₁' und A H₂ erzeugen.

Für eine vollständige Kompensation gilt

IH₂ IH₂

— ——___

IH₁' IH₁

Die Bedingung \jf = Q ist für die folgenden drei

Bedingungen erfüllt:

Die Köpfe L₁ und L₂ haben eine hohe Genauigkeit von größenordnungsmäßig wenigstens 0,01 γ, und zwar bei beliebiger Lage der Magnetometerköpfe gegenüber der Feldrichtung, der Abstanc /Ix ist genau bekannt und klein gegenübei

die Einstellung der Ströme I₁ und I₂ bewirkt di( Kompensation.

Wenn diese drei Bedingungen erfüllt sind, kann j aus dem bekannten 1 χ und dem durch den Teiler 2 bestimmten ρ berechnet werden. Wenn m das magne

tische Moment in S⁰ genannt wird, erhält man nämlicl

IH₂ =

^und

AH₂ _ (x +
IH₁ ~ χ

3 Ix , 3( Ix)²

(Ix)³

Durch Einsetzen von X = -— erhält man

oder

d.h.

ρ = 1 + 3X + 3X² + X³

ρ = (1 + X)\

Hieraus ergibt sich

χ =

Man kann also tatsächlich χ aus Δ χ und g berechne

In der Praxis erfolgt die Einstellung der Ströme I₁ und I₂ in den Kompensationsspulen W₁ und W₁ während definierter Bewegungen des Flugzeugs in jedem Kurs (z. B. Rollbewegungen mit einer Amplitude von ± 10° und einer Periode von 6 Sekunden). Man stellt I₁,1₂ und V so ein, daß man gleichzeitig multiplizieren und diesen Wert von der von dem Kopf L₁ vorgenommenen Messung abzuziehen, um die von diesen magnetischen Massen in N₁ erzeugten Störungen zu Null zu machen, da /IH₁, welches kompensiert werden soll, gerade gleich

AH₁ - AH[ = 0
(AH₂ -AHi)- [AH₁ - ΔHi) = 0

_x_ d( IH₁)
3

dx

ist.

erhält. Das Verhältnis der Widerstände A₂ /R j (welches an dem Teiler Z abgelesen werden kann, welcher ein in 10 Umdrehungen geteiltos Potentiometer sein kann) ergibt dann /2/Z₁ und somit ρ.

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 magnetischen Störungen gemäß dem Verfahren und der Vorrichtung der französichen Patentschrift 1 485 557 ermöglichen. Es genügt, an die Kompensationsspulen 16,17 dieses Patents die die Differenz (,1H₂ — IH₁) kennzeichnende Spannung anzulegen. Die große Genauigkeit, mit welcher mittels des obigen Verfahrens die Messung des Magnetfeldgradienten 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 (H₁ + AH₁) 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 ferromagnetischen 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 (Kernosz'llalor 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. Im anzuordnen.

Man kann unmittelbar die klassische Gleichung

χ-

= 3.H₁ 3

anschreiben, da sich H wie 0 ändert (wobei das Symbol 3— die Ableitung nach χ darstellt). Wenn Ix klein ist, stellt die Differenz (JH₂- IH₁) praktisch dar. Da die Phase der erhaltenen Signale streng genau ist, genügt es, die Bedingung

x.dUH_{iI = 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,

(1(.JH₁)
dx

(d. h. /JH₂ — /IH₁) mit einem konstanten Faktor y zu Eine 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 Typs gebildeten) ersten Magnetometerkopf 3, welcher an einem ersten Punkt 1 in einer ersten Entfernung χ + Λ χ von dem Baryzentrum 4 der Störmagnetfelder liegt und eine erste Spannung der Frequenz/, erzeugt, welche zur Stärke (H₀ + AH₁) des Gesamtmagnet-

feldes an diesem ersten Punkt 1 proportional ist, wobei H₀ das zu messende äußere Magnetfeld und AH_x das Störfeld 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_t zu bilden, welche zu dieser Frequenz und somit zur Stärke (H₀ + JH₁) des Gesamtmagnetfeldes proportional ist,

einen zweiten Magnetometerkopf 8 (zweckmäßig 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 Magnelometerkopfs 3 über den Verstärker 7 angeschlossen ist. um von diesem die erste Spannung zu empfangen und an seinem Ausgang 10 eine zweite

^A° 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 französischer 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, mil dem Ausgang 6 des Magnetometerkopfs 3 über den Verstärker 7 verbunden ist, um von diesem die erste Spannung zu empfangen, während der zweite Eingang

5S 13 mit dem Ausgang 10 des Magnetometerkopfs S über einen Verstärker 14 verbunden ist, um von diesem die zweite Spannung zu empfangen, und einem Ausgang 15, welcher eine zur Differenz (AH₂ - AH₁ zwischen den Stärken der Gesamtmagnetfelder pro-

portionale Spannung e₂ liefert,

einen Verstärker 16 mit regelbarem Verstärkungsfaktor, dessen Eingang 17 an den Ausgang 15 des Phasenmessers 11 angeschlossen ist, um von diesem

₍ die Spannung e₂ zu empfangen und aus dieser eine

'" Spannung e₃ zu bilden,

eine Subtraktionseinheit 18 mit zwei Eingängen 19,20 von denen der erste, 19, mit dem Ausgang 21 de:

Frequenzmessers 5 verbunden ist, um von diesem die Spannung e_x zu empfangen, während der zweite Eingang 20 mit dem Ausgang 22 des Verstärkers 16 verbunden ist, um von diesem die Spannung e₃ zu empfangen, und einem Ausgang 24, welcher eine Spannung e₄ liefert, welche zur Differenz zwischen der an seinen ersten Eingang 19 angelegten Spannung e_x und der an seinen zweiten Eingang 20 angelegten Spannung e₃ proportional ist, und

Mittel zur Messung der Spannung e₄, welche zu der Stärke H₀ des zu messenden äußeren Magnetfeldes 3n dem ersten Punkt 1 für eine geeignete Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 16 und bestimmte Stellungen des Magnetometerkopfs 3 und des Magnetometerkopfs 8 proportional ist, wobei diese Stellungen etwa auf der Achse 25 des Flugzeugs oder anderen Trägers liegen, wenn dies möglich ist, wobei diese Mittel z. B. eine die gewünschten Komponenten von e₄ filternde Filterktte 26 enthalten, welcher ein Registriergerät ?.7 nachgeschaltet ist.

Diese Vorrichtung arbeitet folgendermaßen.
Der Magnetometerkopf 3 liefert eine Spannung mit einer /ι (H₀ + .1H₁) proportionalen Frequenz J₁. Diese in dem Verstärker 7 verstärkte Spannung wird folgenden Teilen geliefert:

dem Frequenzmesser 5, welcher eine Spannung e, mit der Amplitude α_λ = Zc₁(H₀ + IH,) liefert, worin Zc₁ eine Konstante ist,
Magnetometerkopf 8, welcher eine Spannung der Frcquenz/₂ liefert, deren Phasenverschiebung d? gegenüber der vom Magnetometerkopf 3 gelieferten Spannung der Frequenz f_t proportional zu( IH₂ - IH₁)ISt.

dem Phasenmesser 11, welcher ebenfalls die vom Magnetometerkopf 8 gelieferte und in dem Verstärker 14 verstärkte Spannung empfängt und eine Spannung e₂ mit der Amplitude a₂ = k₂(AH₂ - 1H₁) abgibt, worin Zc₂ eine Konstante ist, welche gleich Zc₁ sein kann.
Die Spannung e₂ wird in dem Verstärker 16 mit einem von der Entfernung χ abhängenden Faktor q multipliziert, so daß man eine Spannung e₃ mit der Amplitude O₃ = (P(X)Zc₂(IH₂-JH₁) erhält. q(x) wird so gewählt, daß die Bedingung Zc₂?/Zc₁ = χ 3 erfüllt ist, da sich dann ergibt

a₃ = Zc₁

IH₂-

IH₁).

Es ist zu bemerken, daß, wenn Zc₂ = Zc₁, q = -^-.

Die Subtraktionseinheil 18 empfängt also eine Spannung ej mii der Amplitude a_x = Zc₁(H₀ + AH₁) an ihrem Eingang 19 und eine Spannung e₃ mit der Amplitude

O₃ = Ky(AH₂ - 4H₁) a Zc₁^

(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

α* = Jc₁(H₀ + AH₁)- Zc₁ AH₁ = Ii₁H₀

liefert. Wie man sieht, ist die Amplitude a₄ der Spannung e₄ genau zu dem FeIdH₀ proportional, das gemessen werden" soll. Es ist zu bemerken, daß der Koeffizient Zc₁ keineswegs ein Bruchkoeffizient ist, wie der Koeffizient N - -M der genannten USA.-

Patentschrift 2 891 216, welcher die Genauigkeit herabsetzt, sondern einfach ein Proportionalitätskoeffizient, welcher sich aus dem Verstärker 7 und dem Frequenzmesser 5 ergibt, welche von einer nicht durch einen Reduktionsfaktor geteilten Spannung der Frequenz/] ausgehen.

Die Spannung <?₄ stellt die Stärke des magnetischen Erdfeldes H₀ (zu welcher sie genau proportional ist) und seiner Störungen dar, unabhängig von den Bewegungen des Trägerflugzeugs und der magnetischen

Massen desselben (unter dem weiter unten für die Wirbelströme gemachten Vorbehalt).

Das Bandfilter oder die Bandfilterkette 26 ermöglicht, in dem Registriergerät 27 die Anomalien des Magnetfeldes zu regisii ieren. deren räumliche Ausdehnung der άζτ gesuchten Anomalien entspricht, und

die natürlichei. Störungen und den waagerechten und den lotrechten Gradienten des magnetischen Erdfeldes möglichst weitgehend auszuschalten.

Die obige Kompensation dei von dem Flugzeug oder einem anderen Träger herrührenden magnetischen Wirkungen ist jedoch unvollsia.idig. c^J ^e Bewegungen des Flugzeugs in dem magnetischen Erdfeld in den leitenden Flächen des Flugzeugs-, insbesondere in dem Rumpfwerk, Wirbelströme erzeugen.

welche Störmagnetfelder hervorrufen, welche um so größer sind, je größer die Fluggeschwindigkeit des Flugzeug* ist.

Glücklicherweise gestaltet der symmetrische Aufbau des Flugzeugs oder anderer Traget, diese Erscheinungen in derselben Weise auszugleichen, wie die ständigen oder induzierten Störmagnetfelder. Nur die Lage des Baryzeninims der durch die Wirbelströme erzeugten magnetischen Kräfte 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 Baryzentren zum Zusammenfallen zu bringen und somit den durch die Wirbelströme erzeugten Verlauf des Gradienten des Magnetefeldes zu verändern. Nachstehend ist unter Bezugsnahme auf F i g. 6 und 7 erläutert, wie hierfür vorgegangen werden kann.

Entsprechend einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erzeugt man zur Kompensation der durch die Wirbelslröme in dem Flugzeug oder anderen Fahrzeug (mit der Achse 25. F i g. 6) hervorgerufenen magnetischen Störungen, insbesondere mit Hilfe von Spulen 28, Welche mit der Spannung gespeist werden können, welche an einem Satz von fest mit dem Flugzeug verbundenen Generalorspule- 29 mit drei zueinander rechtwinkligen Achsen abgenommen wird, wobei die Amplitude dieser Spannung mittels eines Regelwiderstands 30 einstellbar ist, in der Nähe des zweiten Punkts 2 (wo sich der Magnelometerkopf.8

Oo befindet, während der Magnelometerkopf 3 an dem Punkt 1 angeordnet ist), ein Berichtigungsmagnetfeld /J Zi₃ in Gegenphase mit dem von dem Baryzentrum der Wirbelströme herrührenden Störfeld IZi₂, wobei der Wirt dieses Berichtigungsfeldes JZi₃ so eingestellt wird, daß das Baryzentrum der durch die Wirbelströme erzeugten magnetischen Störungen mit dem Baryzentrum der ferromagnetische!! Slörmassen zum Zusammenfallen gebracht wird (das Baryzentrum der

Wirbelströme wird durch dieses Berichligungsfeld Ah₃ aus seiner wirklichen Stellung Br in seine virtuelle Stellung Bv gebracht).

Es soll nun genauer de; Faii der durch die Bewegungen des Rumpfwerks erzeugten Magnetfelder betrachtet werden, welche bei den Stampfbewegungen in der Richtung Norden-Süden und Süden-Norden auftreten. Das wirkliche Baryzentrum Br ergibt an den Magnetcmeterköpfen 3 und 8 Feldänderungen Ah₁ bzw. Ah₂. Die Spulen 28 erzeugen ein Feld —-J/13 (in Gegenphase mit JZi₂). Der resultierende Gradient (Ah₂ — JZi₃) — Ah₁ ergibt für ein konstantes Ah₁ ein Spiegelbildbaryzentrum in bezug auf den Magnetometerkopf 3, welches um so weiter entfernt scheint, je mehr sich (Ah₂ — Ah₂) dem Ah₁ nähert. Das Baryzentrum rückt ins Unendliche, wenn (Ah₁ - Ah₃) nach Ih₁ strebt (F i g. 7). Durch Regelung der Stromstärke in den Spulen 28 und somit der Stärke des Feldes I /i₃ mittels eines Regeiwiderstandes 30 kann man also das Baryzentrum der Wirbelströme so verschieben, daß es mit dem der ferromagnetischen Massen zusammenfällt (das Baryzentrum der Wirbelströme geht von seiner wirklichen Stellung Br in seine virtuelle Stellung Br über, welche die des Baryzenlrums der ferromagnetischen Massen ist). In F i g. 7 ist durch die Kurven 31 α und 32a der von dem virtuellen Baryzentrum bzw. dem wirklichen Baryzentrum der Wirbelströme herrührende Gradient dargestellt.

Diese Möglichkeit ergibt sich aus der obigen Formel

I.χ

— mil

l/r,

Wenn man bei konstantem IZi₁ IZi₃ verändert. ändert sich ,/. woraus sich eine scheinbare Änderung von χ ergibt (in F i g. 7 ist außer dem Wert χ der dem wirklichen Baryzentrum Br entsprechende Wert x' eingetragen).

Da die Messung des Abstands der Baryzentren der Wirbelströme und der ferromagnetischen Massen für die Wirbelströme eine Resultierende der Störungen erscheinen läßt, welche den Punkten la und la näher als für die ferromagnetischen Massen liegt, muß IZi₃ negativ sein, wa> bei der Einstellung des Widerstands 30 eine scheinbare Entfernung des Baryzentrums der Wirbelströme erzeugt, welches von Br nach Br geht, wie dargestellt.

Es ist zu bemerken, daß die Spulen 28 gegebenenfalls anstatt durch den Magnetfeldern der Wirbelströme ausgesetzle Generatorspulen durch ein beliebiges anderes Mittel gespeist werden können, welches einen diesen Wirbelströmen ähnlichen Strom erzeugen kann, z. B. ein Rechengerät.

F i g. 8 zeigt eine zweite Ausführungslorm eines erfindungsgemäß kompensierten Magnetometers, welche eine Ausfuhrungsabwandlung der Anordnung gemäß F i g. 5 ist (tatsächlich unterscheidet sich F i g. 8 von F i g. 5 nur in dem in F i g. 8 gestrichelt eingerahmten Teil). fto

Das kompensierte Magnetometer der F i g. 8 enthält

einen ersten Magnetometerkopf 3, welcher die gleiche Bauart wie der Magnetometerkopf der F i g. 5 auf- '<s weist und an einem ersten Punkt 1 in einer Entfernung χ + Ax von dem Baryzentrum 4 der Störmagnetfelder liegt. Dieser Magnetometerkopf erzeugt an seinem Ausgang eine erste Spannung mit einer zur Stärke (H₀ + JZi₁) des Gesamtmagnetfeldes an diesem Punkt 1 proportionalen Frequenz/,,

. einen Frequenzmesser 5 der gleichen Bauart wie der Frequenzmesser 5 der Fi g. 5, welcher mit dem Ausgang 6 des Magnetometerkopfs 1 über einen Verstärker 7 verbunden ist und aus der Spannung der Frequenz Z₁ eine zu dieser Frequenz und somit zu (H₀ + JHj) proportionale Spannung e_t bildet,

einen zweiten Magnetometerkopf 3a, welcher wie der Magnetometerkopf 3 ausgebildet ist, an einem zweiten Punkt 2 in einer zweiten Entfernung χ von dem Baryzentrum 4 liegt und eine zweite Spannung mit einer zur Stärke (H₀ + AH₂) des Gesamtmagnetfeldes an diesem zweiten Punkt 2 proportionalen Frequenz erzeugt /₃,

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 Verstärker 7 verbunden ist, um von diesem die Spannung der Frequenz Z₁ zu empfangen, während der zweite Eingang 33 mit dem Ausgang 6 a des zweiten

Magnetometerkopfs 3 a über einen Verstärker 7 a verbunden ist, um von diesem die Spannung der Frequenz/5 zu empfangen, und einem Ausgang 35, welcher eine zur Differenz (IH₂ - 1H₁) zwischen den Stärken der Gesamtmagnetfelder an den Punkten 2 und 1

proportionale Spannung e₂ liefert,

einen Verstärker 16 mit regelbarem Verstärkungsfaktor, dessen Eingang 17 mit dem Ausgang 35 des Differential^frequenzmessers 31 verbunden ist, um von diesem eine Spannung c₂ zu empfangen und aus dieser eine Spannung e₃ 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_t bzw. e₃ zu empfangen, wobei diese Einheit 18 an ihrem Ausgang 24 eine zur Differenz zwischen e, und e₃ proportionale Spannung e₄ liefert, und

Mittel zur Messung der Spannung e₄, welche für eine geeignete Einstellung des Verstärkungsfaktors des Verstärkers 16 und bestimmte Stellungen der Magnelometerköpfe 3 und 3 a zu der Stärke H₀ des zu messenden äußeren Magnetfeldes proportional ist, wobei diese Einrichtungen z. B. eine Filterkette 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 (H₀ + IH₁) proportionalen Frequenz/, bzw. eine Spannung mit einer zu (H_c + IH₂) proportionalen Frequenz^₃, diese Spannungen werden in Verstärkern 7 bzw. 7a verstäikt.

Der Differentialfrequenzmesser 31 bestimmt die Differenz zwischen den Frequenzen Z₁ und /₃ und liefert an seinem Ausgang 35 eine Spannung e₂ mit der Amplitude a₂ = Zc₂(IH₂ - JH₁), worin k₂ eine Konstante ist. welche gleich Zi₁ sein kann, während der Frequenzmesser 5 die Frequenz der Spannung der Frequenz,', mißt und somii eine Spannung e_t mit der Amplitude 0, - ic, (H,, 4- IH₁) liefert, worin Z;, eii.e Konstante :.;t.

409 621/85

17 ¹⁸

In der Ausfuhrungsform der F i g. 8 wird die Span- gang 19 und eine Spannung e₃ mit der Amplitude nung e₂ in dem Verstärker 16 mit einem von der Ent- _x , f U(AH₁) _ ^ ^

fernung χ abhängigen Faktor φ multipliziert, so daß a₃ = A₁ y ( J H₂ - ■ J Wi J - ι 3 ^x ' ^!

man eine Spannung _ß3 mit der Amplitude Bezugnahme auf Fig. 4 erläutert)

^? an ihrem Eingang 20 und liefert somit an ihrem Aus-

a₃ = _Ψ(χ) k₂ (AH₂ - AH₁) gang 24 eine Spannung e_A mit der Amplitude

a> = A₁(H₀ JH) * 1H = ^cH

erhält. ^Cx) wird so gewählt, daß die Bedingung /„ Die Amplitude:a₄ te^^^^

k m/k — jc/3 erfüllt ist da dann zu messenden Feld H₀ genau proporuuuoi.

*2?>/fti - Jc/3 erfüllt ist, aa dann Anordnung der F i g. 8 bietet die gleichen

x Vorteile wie die der Fig. 5, wobei außerdem die

a₃ = Ic₁ y (JH₂ - ZlH₁). Möglichkeit eines Arbeitens in Echtzeit mit einer

₁₅ klein-en Ansprechzeit besteht, da sie kein Kernfilter

Es ist zu bemerken, daß, wenn k₂ = k_u sich _Ψ = xß enthält (in welchem die Spins dem Magn^n ^m

ergibt Punkt 2 ausgesetzt werden, wahrend dieses Hlter

Wie bei der Ausführungsform der F ig. 5 empfängt an seinem Eingang eine ^¹^*™™*™™

also die Subtraktionseinheit 18 eine Spannung e_t mit empfängt, deren Frequenz zu dem Magnetfeld an dem

der Amplitude Q₁ = ^₁(H₀ + AH₁) an ihrem Ein- 20 Punkt 1 proportional ist).

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 bestimmter Frequenz abgeleitet werden, dadurch gekenn- is zeichnet, daß an den in der ersten Entfernung (x -t· Ax) vom Baryzentrum (4) der Störmagnelfelder befindlichen ersten Magnetometerkopf (3), der die erste Spannung der Frequenz y, erzeugt, über einen Verstärker (7) ein Frequenzmesser (5) angeschlossen ist, an dessen Ausgang (21) eine Spannung C₁ der Amplitude α, entsteht, die mit der Stärke des Gesamtmagnetfeldes durch α, = Ii₁ (H₀ + IH₁) verknüpft ist, worin Zc₁ ein erster Proportionalitätsfaktor und H₀ die Stärke des von Störmagnetfeldern befreiten Erdmagnetfeldes ist, daß an den Eingang (9) des in der zweiten Entfernung xvomBary/enlrum (4) angeordneten zweiten Magnetometerkopfes (8), der an seinem Ausgang (10) die zweite elektrische Spannung der ^₀ Frequenz J₂ liefert, über den Verstärker (7) der Ausgang des Magnetomele-kopfes (3) gelegt ist, daß ein Phasenmesser (11) vorgesehen ist, dessen einer Eingang (13) über einen Verstärker (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 Hesamtmagnelfelder (.IH₂ — IH₁) an dem zweiten Punkt (2) durch a₂ = k₂{ 1H₂ - IH₁) verknüpft ist. worin k₂ einen zweiten Proportionalilätsfaktor darstellt, daß ein Verstärker (16) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor vorgesehen ist, dessen Eingang (17) mit dem Ausgang (15) des Phasenmessers (11) verbunden ist und der eine Multiplikalion der Spannungsamplitude a₂ mil einem Faktor

7 =

/c,

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

«3 =~'(IH₂- IH₁)

fto

entsteht, die angenähert gleich Zc₁ ■ .IH, 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) (15 verbunden ist und an deren Ausgang eine Spannung e₄ der Amplitude a₄ = Ic₁ H₀ entsteht, und daß Rir das Verhältnis ρ zwischen den Stärken der Störmagnetfelder AH₁; AH₂ an den Punkten (1; 2) die Beziehung

fx + Ax\³_AH₂ _ \ x J AH₁

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 GesamtmagneifJder an den beiden Punkten den Gesamtmagnetfeldstärken an den beiden Punkten proportionale Spannungen bestimmter Frequenz abgeleitet werden, dadurch gekennzeichnet, daß an den in der ersten Entfernung (x + l.v) 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 (2lf eine Spannung <?, der Ampliaide a_x entsteht, die mit der Stärke des Gesamlmagnetfeldes durch O₁ = Zc₁(H₀ + IH₁) verknüpft ist, worin Ar₁ ein erster Proportionalitäsraktor und H₁₁ die Stärke des von Störmagnelfeldern befreiten Erdmagnetfeldes ist, daß an den Ausgang (6a) des in der zweiten Entfernung χ vom Baryzentrum (4) angeordneten zweiten Magnetometerkopfes (3a), der die zweite elektrische Spannung der Frequenz ./., liefert, über einen Verstärker (7o) ein Eingang (33) eines Difierentialfrequenzmessers (31) angeschlossen ist, daß der Differenliairrequenzmesser (31) mit seinem anderen Eingang (32) an den Ausganp des Verstärkers (7) angeschlossen ist und an seinem Ausgang (35) eine Spannung c₂ der Amplitude a₂ liefert, die mil der Differenz zwischen den Stärken der Gesamlmagnetfelder (IH₂- IH₁) an dem zweiten Punkt (2) durch a₂ = /<₂( IH₂ - IH,) verknüpft ist, worin k₂ einen ?weilen Propo-tionalitätsfaktor darstellt, daß ein Verstärker (16) mit veränderlichem Verstärkungsfaktor vorgesehen ist, dessen Eingang (17) mit dem Ausgang (35) des Differenlialfrequenzmessers (31) verbunden ist und der eine Multiplikation der Spaiinungsamplilude a₂ mit einem Faktor

Ψ =

χ T

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

«3 = y* (IH₂- IH₁)

entsteht, die angenähert gleich /<, -AH₁ 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) verbunden ist und an deren Ausgang eine Spannung e₄ der Amplitude a₄ = Zc₁ · H₀ entsteht, und daß für das Verhältnis ρ zwischen den Stärken der

U I

Störmagnetfelder A H _t;. IH₂ an den Punkten (I; 2) die Beziehung

fx + Δχγ IH, _

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der von den Wirbelströmen im Flugzeug erzeugten magnetischen Störungen wenigstens eine in der Nähe des zweiten Punktes (2) angeordnete Spule (28) und eine Stromquelle (29) zur Lieferung eines Stromes einstellbarer Amplitude für die Speisung dieser Spule vorgesehen sind und daß der dfe Spule durchfließende Strom so einstellbar ist, daß in der Nähe des zweiten Punktes (2) ein E ;richligungsmagnetfeid l/r₃ in Gegenphase mit dem durch die Wirbelströme hervorgerufenen Störfeld \lu mit einer solchen Stärke entsteht, daß das Baryzenlrum der von den Wirbelströmen hervorgerufenen magnetischen Störungen mit dem Baryzenlrum der ferromagnetischen Massen (Br —> Br) koinzidiert.

4. Anordnung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (29) durch wenigslens 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 gemäß einem Dreibein mit drei rechten Winkeln angeordnet sind.

6. Verfahren zur Bestimmung des Verhältnisses» bei einer Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß an dem eisten und zweiten Punkt je eine Spule angeordnet wird und diese 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 ui.

J der Magnetfeldgradient zwischen dem ers'en 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 Magnetfeldgradienl den Wert Null hai.