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Verfahren und Anordnung zum Aufsuchen ferroma-
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gnetischer Körper Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zum Aufsuchen ferromagnetischer Körper in einem homogenen Magnetfeld, insbesondere
dem magnetischen Erdfeld, bei dem eine mindestens zwei in Differenz geschaltete,
auf eine gemeinsame Richtung ausgerichtete magnetische Feldmeßelemente enthaltende
Suchsonde relativ zum abzusuchenden Gebiet bewegt wird und bei dem die Meßergebnisse
von an die Feldmeßelemente angeschlossenen Meßeinrichtungen zum Suchen ausgewertet
werden. Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
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Ein solches Verfahren und eine solche Anordnung sind seit langem in
einer Vielzahl von Ausführungsformen bekannt. Normalerweise werden dabei Suchsonden
benutzt, die zwei in einem gewissen, als Basis bezeichneten Abstand voneinander
in ein Tragrohr eingebaute magnetische Feldmeßelemente besitzen. Die beiden letzteren
sind exakt entlang einer Achse ausgerichtet und so in
Differenz
geschaltet, daß ein homogenes Magnetfeld, z.B. das magnetische Erdfeld sich heraushebt
und an einer an die Differenzschaltung angeschlossenen Meßeinrichtung mit Anzeigeinstrument
keine Anzeige hervorruft. In einem inhomogenen Magnetfeld gibt die den Feldmeßelementen
nachgeschaltete Meßeinrichtung eine Spannung ab, die einen der Differenzfeldstärke
am Ort der Feldmeßelemente proportionalen Wert aufweist. Ein ferromagnetischer Körper,
wie z.B. eine Mine oder ein Bombenblindgänger, erfährt im Erdfeld eine Aufmagnetisierung.
Um den Körper herum bildet sich ein inhomogenes Magnetfeld aus, das schon in geringer
Entfernung vom Körper näherungsweise als Dipol dargestellt werden kann. Eine in
der Nähe eines verborgenen ferromagnetischen Körpers fortbewegte Suchsonde der beschriebenen
Art bringt die vom Körper hervorgerufene Magnetfeldinhomogenität zur Anzeige und
erlaubt so das Auffinden des Körpers.
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In US-PS 3064185 ist eine Suchsonde beschrieben, bei der außer den
beiden üblichen Feldmeßelementen in deren Mitte noch ein drittes Feldmeßelement
angeordnet ist.
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Das letztere hat die Aufgabe, eine dem Erdfeld am Ort der Suchsonde
proportionale Spannung zu erzeugen und über Verstärker und zusätzliche Feldwicklungen
am Ort der Suchsonde ein dem Erdfeld entgegengerichtetes Kompensationsfeld aufzubauen,
um dort das homogene Erdfeld bis auf einen kleinen Rest aufzuheben und so die Eigenschaften
der Suchsonde zu verbessern.
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Die oben beschriebenen bekannten Suchverfahren weisen einige Nachteile
auf, die im folgenden beschrieben werden. Bei Auftreten eines Ausschldges am Anzeigeinstrument
eines solchen Suchgerätes ist noch nicht bekannt, in welcher Tiefe der angezeigte
ferromagnetische Körper liegt. Ferner können kleine ferromagnetische Körper, wie
sie als Drahtstücke, Büchsen, Hufeisen
und dgl. in großer Zahl
in der obersten Schicht des Erdbodens in einer Zivilisationslandschaft immer vorhanden
sind, wegen ihrer Nähe zur Bodenoberfläche und damit zum untersten Feldmeßelement
der Suchsonde wesentlich größere Ausschläge am Anzeigeinstrument erzeugen, als große
ferromagnetische Körper wie Bombenblindgänger in größerer Tiefe im Erdboden. Bei
Suchaktionen wird daher häufig so vorgegangen, daß zunächst einmal die mit kleinen,
oberflächennahen ferromagnetischen Störkörpern "verseuchte" Oberfläche mit Suchgeräten
geringerer Tiefenwirkung, zumeist induktiven auf Wirbelstrombasis arbeitenden sogenannten
Oberflächensuchgeräten abgesucht wird. Angezeigte oberflächennahe Teile werden entfernt
und erst danach beginnt die Suche nach den tieferliegenden, meist gefährlichen Kampfmitteln
wie Bombenblindgängern.
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Zuweilen wird sogar im Räumgebiet eine Oberflächenschicht bestimmter
Dicke vor der Suche nach tieferliegenden Kampfmitteln abgehoben und vorübergehend
beiseitegeschafft. Es liegt auf der Hand, daß die oben beschriebenen Maßnahmen außerordentlich
zeit- und kostenaufwendig sind und die Effektivität des ansonsten sehr geschätzten
Suchverfahrens stark herabsetzen können.
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Die Erfindung macht sich demgegenüber ein Verfahren gemäß dem eingangs
beschriebenen Gattungsbegriff und eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens
zur Aufgabe, die entweder einer direkte Ermittlung der Tiefe des georteten Körpers
erlauben oder eine Aussage darüber machen, ob der geortete Körper über, unter oder
ungefähr in einer bestimmten vorwählbaren Tiefe liegt.
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Die Aufgabe wird gelöst durch ein gemäß Anspruch 1 gekennzeichnetes
Verfahren und durch eine gemäß Anspruch 7 gekennzeichnete Anordnung.
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Die Erfindung bringt für das magnetische Suchverfahren eine Reihe
wichtiger Vorteile mit sich. Die zusätzlich ermittelte Tiefe der georteten Körper
macht erstmals eine klare Entscheidung darüber möglich, ob eine Meßanzeige von einem
kleinen oberflächennahen Störkörper oder von einem tieferliegenden größeren Körper
herrührt. Gegebenenfalls kann sofort elektronisch die Entscheidung gefällt werden,
ob die Tiefe, in der der Körper liegt, größer, gleich oder kleiner als eine ganz
bestimmte, für das Suchgerät einmal festgelegte Tiefe ist, wobei diese sogenannte
Äquivalenztiefe so gewählt werden kann, daß oberhalb von ihr nur mit unerheblichen
kleineren Störkörpern zu rechnen ist, während unterhalb von ihr die gesuchten Objekte
erwartet werden müssen.
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Natürlich ist auch für die Bergung eines gefährlichen Körpers außerordentlich
wichtig, zu wissen, in welcher Tiefe etwa der entdeckte Körper sich befindet. Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß es durch sie möglich wird,
von einem durch ein Suchgerät entdeckten Körper aufgrund der vorliegenden Meßergebnisse
das magnetische Moment dieses Körpers anzugeben und daraus auf Art und Größe des
Körpers, z.B. auf den Typ eines Bombenblindgängers, zu schließen. Ganz neue Möglichkeiten
ergeben sich durch die Erfindung auch für die magnetische Vermessung von Schiffen,
wo nunmehr solche Suchgeräte eingesetzt werden können, um in einfacher Weise Lage
und magnetisches Moment von als magnetischer Dipol darstellbaren magnetischen Störungen
innerhalb eines Schiffes zu ermitteln.
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Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen
und mit Hilfe einiger Figuren näher erläutert werden. Es zeigen im einzelnen: Figur
1: eine im Rahmen der Erfindung benutzte Suchsonde mit Suchobjekt Figuren 2-4: an
die Suchsonde anzuschließende Meßvorrichtungen
Figur 5: Suchsonde
mit Meßvorrichtung Figuren 6-7: weitere Meßvorrichtungen Figur 1 zeigt eine Suchsonde
1, die in vertikaler Anordnung in Richtung von Pfeil 2 über die Erdoberfläche 3
hinweg bewegt wird. Unter der Erdoberfläche 3 befindet sich als Suchobjekt eine
Bombe 4 mit einem magnetischen Schwerpunkt 5. Suchsonde 1 besitzt drei in ein Sondenrohr
7 eingebaute magnetische Feldmeßelemente A,B,C, vorzugsweise magnetische Oberwellensonden,
die exakt in Richtung einer Achse 6 ausgerichtet sind. Die Abstände der Feldmeßelemente
A,B,C, genauer gesagt die Abstände ihrer Empfindlichkeitsschwerpunkte, soll,en mit
AB, BC, AC bezeichnet werden. Feldmeßelement A ist dem Objekt 4 am nächsten gelegen,
Feldmeßelement C am weitesten von ihm entfernt. Der Abstand AB ist verhältnismäßig
klein, Abstand BC erheblich größer, vorzugsweise aber mehr als doppelt so groß wie
AB. Die Lage des Objektes 4 zur Suchsonde 1 ist gegeben durch ein Koordinatoenosystem
X, Y, dessen X-Achse in die Horizontale fällt und dessen Y-Achse mit der vertikalen
Sondenachse 6 übereinstimmt, sowie durch den Winkel der geometrischen Achse 8 des
Objektes 4 gegenüber der X-Achse. Die Tiefe des magnetischen Schwerpunktes 5 des
Objektes 4 unter dem Empfindlichkeitsschwerpunkt des Feldmeßelementes A soll mit
Y = T angegeben werden. Da die Suchsonde 1 stets direkt über dem Erdboden 3 geführt
wird, kann T annähernd als Tiefe des Objektes 4 unter der Erdoberfläche 3 angesehen
werden. Die Anschlüsse der Feldmeßelemente B und C sowie A und B sind jeweils in
Differenzschaltung an die Eingänge 9,10 bzw.
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11,12 zweier Meßeinrichtungen 13 bzw. 14 gelegt. Als Meßeinrichtungen
dienen bekannte Magnetometer, deren Ausgängen 15,16 jeweils Meßspannungen entnommen
werden können, die den Magnetfelddifferenzen am Ort der eingangsseitigen Feldmeßelemente
proportional sind. Objekt
4 hat im magnetischen Erdfeld eine Aufmagnetisierung
erfahren und besitzt ein bestimmtes magnetisches Moment M. Die Achse dieses Momentes
M entspricht praktisch der geometrischen Achse 8. In seiner Umgebung erzeugt das
magnetische Moment M ein magnetisches Störfeld, das bereits in geringer Entfernung
durch das Feld eines magnetischen Dipols beschrieben werden kann. Der Wert der Vertikalkomponente
HyA des magnetischen Dipolfeldes am Ort des Feldmeßelementes A kann durch Gleichung
(1) wiedergegeben werden.
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Für den wichtigen Fall X = 0, d.h. für den Fall, daß sich die Suchsonde
1 direkt oberhalb des Objektes 4 befindet, vereinfacht sich die Gleichung zu:
Durch Einsetzen der entsprechenden Y-Werte an Stelle von T können aus Gleichung
(1) oder (2) auch die Felder HYB und Hyc berechnet werden. Die Feldmeßelemente A,B,C
messen neben den Komponenten HyAt HyBt Hyc jeweils noch die um ein Vielfaches größeren
Erdfeldkomponenten HyErd Durch die Gegeneinanderschaltung der Feldmeßelemente A
und B sowie B und C und durch exakte Ausrichtung der Feldmeßelemente in eine gemeinsame
Richtung heben sich die Erdfeldkomponenten HyErd so vollkommen heraus, daß an den
Ausgängen 15,16 der Meßeinrichtungen 13,14 nur Meßspannungen anstehen, die auf die
vom Suchobjekt 4 verursachten Magnetfelddifferenzen HYB - HYC bzw. HYA - HYB zurückzuführen
sind, nämlich
(3) e1 l K1 (HyB - Hyc) und (4) e2 = K2 (HYA - HYB)
In qualitativer Beschreibung erzeugt ein kleiner, oberflächennaher ferromagnetischer
Störkörper wegen seiner Nähe zum Feldmeßelement A an dessen Ort eine große magnetische
Feldstärke HyA Mit wachsender Entfernung Y nimmt die Feldstärke schnell ab, sodaß
die Feldstärkedifferenz an den Orten A und B relativ groß ist. Entfernt man die
beiden Feldmeßelemente A,B miteinander vom Störkörper, so nimmt auch die Differenz
der in beiden Feldmeßelementen A,B gemessenen Feldstärke schnell ab. Ein tiefliegender
großer ferromagnetischer Körper liefert eine verhältnismäßig kleine Feldstärkedifferenz
an den Orten A und B. Mit wachsender Entfernung der Feldmeßelemente A,B vom Störkörper
nimmt jedoch die von den Feldmeßelementen A,B gemessene Feldstärkedifferenz wesentlich
langsamer ab als bei einem oberflächennahen Störkörper. Bei dem letzteren wird die
von den Meßelementen A,B gemessene Feldstärkedifferenz HyA - HYB einen großen Wert
annehmen.
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Dagegen ergibt die von Meßelementen B,C gemessene Feldstärkedifferenz
HYB - Hyc einen sehr kleinen Wert, weil am Ort des Feldmeßelementes B das vom oberflächennahen,
kleinen Störkörper herrührende Magnetfeld wegen seines schnellen Feldabfalles mit
der Entfernung fast abgeklungen ist.
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Unter der Voraussetzung, daß der Abstand AB wesentlich kleiner als
Abstand BC ist, liegen die Verhältnisse bei einem tiefliegenden großen ferromagnetischen
Körper genau umgekehrt. Beim letzteren wird wegen des geringen Abstandes AB die
Feldstärkedifferenz HyA - HYB verhältnismäßig klein, zumal bei größeren Abständen
vom Störkörper auch der Feldstärkegradient kleiner wird. Durch
den
wesentlich größeren Abstand BC ergibt sich auch eine entsprechend größere Feldstärkedifferenz
HYB - Hyc. Wenn bei einem oberflächennahen ferromagnetischen Körper die Differenz
HyA - HYB größer ist als die Differenz HYB - Hyct bei einem oberflächenfernen jedoch
die Differenz HYB - Hyc gegenüber der Differenz HyA - HYB überwiegt, müssen zwangsläufig
bei einer bestimmten Tiefe TA des ferromagnetischen Körpers,-die wir Aquivalenztiefe
nennen wollen, die beiden Differenzen gleich groß sein. Die Differenz D der beiden
genannten Differenzen muß dann Null sein: (5) D = (Hyg - Hyc) - (HyA - YB D=0 für
T=TA Ganz allgemein gilt, daß D eine Funktion der Tiefe T ist.
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Aus Gleichung (5) ergibt sich, daß der Quotient Q der beiden obigen
Differenzen gleich 1 werden muß, soll T = TA sein.
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Q = 1 für T = TA Hier gilt ganz allgemein, daß Q eine von der Größe
des ferromagnetischen Körpers und von der Winkellage 9 seiner Dipolachse unabhängige
Funktion der Tiefe T des ferromagnetischen Körpers ist. Mann kann daher ebenso wie
die Differenz D den Quotienten Q unmittelbar zur Ermittlung der Tiefe T heranziehen,
indem man z.B. nach elektronischer Messung des Quotienten Q die Quotientenmeßskala
direkt in Tiefenwerte eicht. Dabei ist Q = 1, wenn das ermittelte Suchobjekt gerade
die Tiefe T = TA aufweist, Q > 1, wenn die Tiefe T größer, Q 4 1, wenn die Tiefe
T kleiner als TA wird.
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Es soll hier noch angegeben werden, wie man die Suchsonde 1 dimensionieren
muß, wenn der Abstand AC der beiden äußeren Feldmeßelemente A,C gegeben ist und
wenn eine bestimmte Äquivalenztiefe TÄ gewünscht wird. Dazu setzt man in Gleichung
(6) die Feldstärke HyA, HYB und HYC gemäß Gleichung (2) ein, löst nach AB auf und
erhält:
In Figur 2 ist der einfache Fall dargestellt, bei dem lediglich zu unterscheiden
ist, ob die Meßanzeige von einem ferromagnetischen Körper in einer Tiefe kleiner
oder größer als TA stammt. Die beiden Meßeinrichtungen 13,14, wie in Figur 1 in
Magnetometern bestehend, sind mit ihren Eingängen 9,10 und 11,12 an die in Differenzgeschalteten
Feldmeßelemente B,C und A,B angeschlossen. Der Ausgang 15 der Meßeinrichtung 13
liegt zusammen mit einem auf Masse geführten Widerstand 21 am nichtinventierenden
Eingang eines Rechenverstärkers 22.
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Der ebenfalls durch einen Widerstand 23 auf Masse bezogene invertierende
Eingang des Rechenverstärkers 22 kann über einen Druckschalter 24 mit dem Ausgang
16 der zweiten Meßeinrichtung 14 verbunden werden. Der Ausgang des Rechenverstärkers
22 ist an ein Anzeigeinstrument 25 geschaltet. Über einen weiteren Kontakt 26 des
Druckschalters 24 kann der Ausgang des Verstärkers 22 an die Eingänge 27,28 von
zwei Schw&llwertstufen 29,30 gelegt werden, von denen der erste beim Überschreiten
eines positiven Schwellwertes +Uref, der zweite beim Unterschreiten eines negativen
Schwellwertes Uref anspricht und die an ihren Ausgängen 31,32 eine rote und eine
grüne Anzeigelampe 33 und 35 aufweisen. Die Ausgänge 31,32 sind zusätzlich über
ein NOR-Gatter 36
miteinander verknüpft, dessen Ausgang mit einer
weißen Anzeigelampe 34 versehen ist.
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Die Vorrichtung nach Figur 2 kann wie folgt angewendet werden. Man
führt die Suchsonde 1 zunächst in der bekannten Weise über das abzusuchende Gelände
und beobachtet am Anzeigeinstrument 25 die von den Feldmeßelementen A,C herrührenden
Anzeigen. Zeigt ein nennenswerter Ausschlag die Anwesenheit eines ferromagnetischen
Körpers an, so sucht man den Ort maximaler Anzeige auf und betätigt vorübergehend
Druckschalter 24. Dieser legt die Meßspannung der Feldmeßelemente AB an den invertierenden
Eingang des Rechenverstärkers 22.
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Liegt der geortete ferromagnetische Körper zufällig etwa in der Tiefe
TA, , so sind die an den differenzbildenden Eingängen des Rechenverstärkers 22 anstehenden
Spannungen auch etwa gleich groß. Die Anzeige am Instrument 25 wird bei Null liegen.
Da keiner der beiden Schwellwerte überschritten wird, bleiben die Ausgänge 31,32
der Schwellwertstufen 29,30 auf niederem Potential und nur die mittlere Anzeigelampe
34- leuchtet aufgrund des hohen Potentials des NOR-Gatters 36. Liegt dagegen der
geortete ferromagnetische Körper tiefer oder höher als die Äquivalenztiefe TA, ,
so wird die an den invertierenden Eingang des Verstärkers 22 gelegte, von der Differenz
H - H herrührende Spannung kleiyA yB ner oder größer als die am nicht invertierenden
Eingang liegende, von der Differenz HYB - Hyc herrührende Spannung. Das Anzeigeinstrument
25 wird nach der positiven oder negativen Seite ausschlagen. War die Abweichung
von der Aquivalenztiefe T hinreichend groß, so wird entweder Schwellwertstufe t?
oder 30 ansprechen und Anzeigelampe 33 oder 35 aufleuchten. Damit wird eindeutig
angezeigt, ob der geortete ferromagnetische Körper unterhalb oder oberhalb der-Aquivalenztiefe
zu finden ist, d.h. ob es sich um ein zu beachtendes tieferliegendes ferromagnetisches
Objekt oder um einen oberflächennahen Störkörper handelt.
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Figur 3 zeigt, wie die Skala eines Anzeigeinstrumentes direkt in Werten
der Tiefe des georteten ferromagnetischen Suchobjektes geeicht werden kann. Die
Ausgänge 15,16 der beiden Meßeinrichtungen 13,14, die in gleicher Weise wie in Figur
1 an die in Differenz geschalteten Feldmeßelemente B, C und A, B angeschlossen sind,
führen zu zwei gleich aufgebauten und dimensionierten Spannungsteilern 41, 42, mit
deren Hilfe die Ausgangsspannung der beiden Meßeinrichtungen 13,14 in einem verhältnismäßig
kleinen Bereich, etwa 2 : 1 oder 3 : 1, geregelt werden kann. Die beiden Spannungsteiler
41,42 bestehen aus der Serienschaltung eines Widerstandes 43, eines Doppelpotentiometers
44 und eines weiteren an Masse geführten Widerstandes 45. Der Ausgang des Spannungsteilers
41 ist direkt mit dem ersten Eingang eines Rechenverstärkers 46, der Ausgang des
Spannungsteilers 42 über einen Druckschalter 47 mit dem zweiten, zum ersten inversen
Eingang des Rechenverstärkers 46 verbunden. Die beiden Eingänge des letzteren sind
über Widerstände 48 auf Masse bezogen. Der Ausgang des Rechenverstärkers 46 speist
ein Anzeigeinstrument 49, das eine in Tiefenwerten geeichte Skala besitzt.
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Beim Auftreten einer durch ein Suchobjekt verursachten Meßanzeige
am Anzeigeinstrument 49 wird zunächst mit der Suchsonde 1 der Ort maximalen Ausschlags
aufgesucht. Dann stellt man durch Drehen am Doppelpotentiometer 44 den Zeiger des
Anzeigeinstrumentes 49 auf dessen Endwert ein und betätigt den Druckschalter 47,
durch den eine von der Feldstärkedifferenz HyA - HyB hergeleitete Meßspannung an
den zweiten Eingang des Verstärkers 46 gelegt wird. Der am Anzeigeinstrument 49
zur Anzeige kommende Wert entspricht der Differenz D nach Gleichung (5). Ist z.B.
die Tiefe des ferromagnetischen Körpers gerade T = TÄ, so liegt an beiden Verstärkereingängen
die gleiche Spannung und es ergibt sich mit der Anzeige Null die Mittellage des
Zeigers.
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Ähnlich aufgebaut ist die Vorrichtung nach Figur 4, in der anstelle
der Teiler 41,42 mit Doppelpotentiometer 44 ein Spannungsregler 51 am Ausgang des
Verstärkers 46 vorgesehen ist. Die Arbeitsweise ist die gleiche, nur wird der Endausschlag
des Anzeigeinstrumentes 49 mit dem Spannungsregler 51 hergestellt.
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In Figur 5 ist eine vereinfachte Vorrichtung wiedergegeben, bei der
ebenfalls direkte Ablesung der Tiefenwerte der georteten Suchobjekte am Anzeigeinstrument
möglich ist. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Vorrichtungen ist nur eine
Meßeinrichtung 61 erforderlich, an deren Eingang 62 über einen Schalter 64 die in
Differenz geschalteten Feldmeßelemente B, C und A, B gelegt werden können. In der
gezeichneten Normalstellung des Schalters 64 liegt das Feldmeßelementepaar B, C
am Eingang 62 der Meßeinrichtung 61, deren Ausgang mit dem Eingang eines Spannungsreglers
65 verbunden ist. Ein Widerstand 66 führt vom Ausgang des Spannungsreglers 65 zum
Summierpunkt 67 am ersten Eingang eines Rechenverstärkers 68. Ein weiterer Widerstand
69 ermöglicht, über einen zusätzlichen Kontakt 70 des Schalters 64 eine Referenzspannung
Uref än Summierpunkt 67 zu legen. Der zweite Eingang des Rechenverstärkers 68 besitzt
über einen Widerstand 71 Massepotential. Der Ausgang des Rechenverstärkers 68 speist
ein Anzeigeinstrument 72.
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Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Figur 5 ist ähnlich wie in den
zuvor beschriebenen Fällen. Nach Herstellen eines Maximums des Ausschlages am Anzeigeinstrument
72 aufgrund eines georteten ferromagnetischen Objektes wird der Zeiger des Anzeigeinstrumentes
durch Spannungsregler 65 auf Endausschlag gebracht.
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Durch vorübergehendes Betätigen des Schalters 64 wird über Kontakt
70 die Referenzspannung Uref an den ersten Eingang des Rechenverstärkers gelegt.
Uref und Wi-
derstand 69 sind so dimensioniert, daß sie gerade
auch Endausschlag des Anzeigeinstrumentes 72 hervorrufen, wenn kein weiterer Strom
in den Summierpunkt 67 fließt.
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Das Betätigen des Schalters 64 hat gleichzeitig zur Folge, daß mit
dem Eingang 62 der Meßeinrichtung 61 statt des Feldmeßelementepaares B, C das Paar
A, B verbunden wird, und zwar in umgekehrter Polarität. Die von der Meßeinrichtung
61 und dem nachgeschalteten Spannungsregler 65 jetzt abgegebene Spannung subtrahiert
sich aufgrund der umgekehrten Polarität vom Endausschlag des Anzeigeinstrumentes
72, so daß dort wiederum nach Gleichung (5) die Differenz D zur Anzeige kommt, die
ein Maß für die Tiefe der georteten Suchobjekte ist. Gegenüber den zuvor beschriebenen
Vorrichtungen erweist sich die Einsparung einer Meßeinrichtung, also einer Magnetometerschaltung,
als sehr vorteilhaft.
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In Figur 6 ist eine einfache Möglichkeit zur Ermittlung des Quotienten
Q nach Gleichung (6) dargestellt, der, wie schon weiter oben gesagt, ein Maß für
die zu ermittelnde Tiefe eines georteten ferromagnetischen Körpers bildet. Ausgang
15 der Meßeinrichtung 13 ist direkt mit dem ersten Eingang eines Rechenverstärkers
81 verbunden, Ausgang 16 der Meßeinrichtung 14 ist über ein geeichtes Potentiometer
82 und über einen Druckschalter 83 mit einem zweiten, zum ersten inversen Eingang
des Rechenverstärkers 81 verbunden. Die beiden Eingänge des Rechenverstärkers sind
über Widerstände 84 an Massepotential gelegt. Der Ausgang des Verstärkers 81 speist
ein Anzeigeinstrument 85.
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Die Ausgangsspannungen der beiden Meßeinrichtungen 15,16 sind el,
e2 nach Gleichung (3) und (4), ihr Quotient das gesuchte Q = el A Am Ausgang des
Potene2 tiometers 82 steht die um den Faktor N geschwächte Spannung e2A =N.e2, wobei
N der von dessen Drehwinkel
abhängige Abschwächungsgrad des Potentiometers
82 ist.
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el Setzen wir e2A = el, so ergibt sich e2 = N, d.h. es e2 wird N
= Q. Um die Bedingung e 2A = el zu verwirklichen, brauchen wir nichts weiter zu
tun, als durch Verstellen des Potentiometers 82 den Ausschlag des Anzeigeinstrumentes
85 auf Null zu bringen.
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Die Arbeitsweise der beschriebenen Vorrichtung ist sehr einfach. Zunächst
stellt man wie in den vorhergehenden Fällen durch Fortbewegungen der Suchsonde 1
den Maximalausschlag eines georteten Suchobjektes am Anzeigeinstrument 85 her. Sodann
betätigt man Druckschalter 83 und verdreht Potentiometer 82 solange, bis sich am
Anzeigeinstrument 85 der Ausschlag Null einstellt. An der am Potentiometer 82 angebrachten
Skala kann direkt die Tiefe des Suchobjektes abgelesen werden.
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Hierbei ist wesentlich, daß die Skala des Potentiometers 82 nicht
etwa empirisch geeicht werden muß.
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Vielmehr errechnen sich die Abschwächungsfaktoren des Potentiometers
82 für verschiedene Tiefen T aus Gleichung (8), die sich durch Einsetzen der Feldwerte
HyA, H Hyc H in die Gleichung (6) ergibt: yB' Hyc
Da nach Gleichung (8) bei geringen Tiefen T sehr viel stärkere prozentuale änderungen
des Faktors N auftreten als bei großen Tiefen, wird zweckmäßigerweise als Potentiometer
82 ein solches mit logarithmischer Kennlinie verwendet, um auf eine annähernd lineare
Skala zu
kommen. Der Einstellvorgang des Potentiometers 82 kann
leicht automatisiert werden, indem man die Ausgangsspannung des Verstärkers 81 nach
entsprechender weiterer Verstärkung zum Antrieb eines Servomotors benutzt, der die
Achse des Potentiometers 82 solange verstellt, bis die Ausgangsspannung einen bestimmten
Sollwert unterschreitet. Ebenso kann ohne weiteres von der Einstellung des Potentiometers
82 ein digitales Signal abgeleitet werden, das die digitale Anzeige der Tiefe T
ermöglicht.
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In Figur 7 ist eine Vorrichtung dargestellt, die die Ablesung der
gesuchten Tiefenwerte T an der Skala eines geeichten Doppelpotentiometers 91 erlaubt.
Die Anschlüsse 92,93 des ersten Teilpotentiometers 94 sind mit Masse bzw. dem Ausgang
15 der Meßeinrichtung 13 verbunden, die Anschlüsse 95,96 des zweiten Teilpotentiometers
97 sind mit dem Ausgang 16 der Meßeinrichtung 14 bzw. mit Masse verbunden. Ein Anzeigeinstrument
98 liegt an den beiden Schaltarmen 99 eines Zweifachumschalters 100. In Ruhestellung
des Umschalters 100 ist das Anzeigeinstrument 98 an den Ausgang 15 der Meßeinrichtung
13 und an Masse angeschlossen, bei Betätigung des Umschalters 100 ist das Anzeigeinstrument
98 an die beiden Schleiferkontakte 101 des Doppelpotentiometers 91 angeschlossen.
In den beiden Extremlagen der Schleiferkontakte 101 liegt zwischen den letzteren
entweder die volle Spannung der Meßeinrichtung 13 oder der Meßeinrichtung 14. Jeder
Stellung des Doppelpotentiometers 91, bei der sich zwischen den Schleiferkontakten
101 die Spannung Null ergibt, entspricht ein bestimmter Quotient,Q und damit eine
bestimmte Tiefe T eines georteten ferromagnetischen Körpers. Die Arbeitsweise der
Vorrichtung'nach Figur 7 ist die gleiche wie die der Vorrichtung nach Figur 6.
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Nachdem die Tiefe T des ferromagnetischen Körpers in der vorher beschriebenen
Weise ermittelt wurde, läßt sich aus der vom Anzeigeinstrument angezeigten Feldstärkedifferenz
H - H C das magnetische Moment M yB yC eines Suchkörpers für den Fall der 1. Hauptlage
bestimmen. Hierfür gilt Gleichung (9).
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Ist das magnetische Moment M bekannt und die Tiefe T dieses Momentes
unter dem Feldmeßelement A, so ergibt sich der Absolutwert des Störfeldes an den
Orten der Feldmeßelemente A, B und C nach Gleichungen (1I) und (12).
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Dabei wird die Felddifferenz HyA - HYB von der MeßyB einrichtung 14
gewonnen und die Summe der Felddifferenzen (H - H ) + (H - H ) = H - H yA yB yB
yC yA yC als Summe der Meßspannungen der Meßeinrichtungen 13 und 14 erhalten.
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Es gelingt somit, durch eine Doppeldifferenzmeßanordnung mit drei
magnetischen Feldmeßelementen folgende Größen zu bestimmen: 1.) Tiefe des vom Suchgerät
angezeigten ferromagnetischen Körpers unter dem Feldmeßelement A 2.) magnetisches
Moment M des Körpers. Dadurch Rückschlüsse auf die Größe des Körpers (z.B. Bombentyp
usw.); 3.) absolutes Störfeld HyA' HyB, Hyc am Ort der Feldmeßelemente A, B und
C.
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Die Möglichkeit der Bestimmung des Abstandes des ferromagnetischen
Körpers vom Feldmeßelement A, der Bestimmung seines magnetischen Momentes sowie
der Absolutfeldstärke am Ort des Feldmeßelementes A macht das Verfahren auch besonders
geeignet für die magnetische Selbstvermessung von Minenabwehreinheiten mit Hilfe
einer Doppeldifferenzsuchsonde. Dazu wird die Suchsonde mit den drei Feldmeßelementen
A, B und C in definierter Tiefe unter dem Schiff entlanggezogen, wobei sich das
Feldmeßelement A oben befinet. Die Anzeigen des Doppeldifferenzmeßgerätes ergeben
1.) den Abstand der Hauptstörkörper im Schiff von Feldmeßelement A,
2.)
das magnetische Moment My der Hauptstörkörper, 3.) die absolute Störfeldstärke der
Hauptstörkörper am Ort von Feldmeßelement A.
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In gleicher Weise läßt sich die magnetische Vermessung einer Minenabwehreinheit
durchführen, wenn die Doppeldifferenzsuchsonde mit entsprechendem Auftrieb verstehen
auf Meeresgrund in definierter Meßtiefe fixiert wird, wobei sich das Feldmeßelement
A in einer Tiefe entsprechend der sogenannten Gefährdungstiefe unter der Wasseroberfläche
befindet und das Schiff diese durch Auftrieb senkrecht gehaltene Doppeldifferenzsonde
überfährt. Als Gefährdungstiefe wird eine solche Tiefe unter der Wasserlinie eines
Schiffes bezeichnet, in der die von Störkörpern im Schiff hervorgerufenen Magnetfeldstörungen
eine bestimmte Feldstärke-nicht über schreiten dürfen, um gegen das Auslösen von
Magnetminen sicher zu sein.
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Eine solche Anwendung der Doppeldifferenzsuchsonde zur magnetischen
Schiffsvermessung ermitteltlnicht nur die Absolutfelder der ferromagnetischen Hauptstörkörper
einer Minenabwehreinheit, sondern gleichzeitig den senkrechten Abstand eines Hauptstörkörpers
über dem Feldmeßelement A; dazu noch den Absolutwert des magnetischen Störmomentes
des betreffenden Hauptstörkörpers. So ist zum erstenmal die Möglichkeit gegeben,
durch quantitative Ermittlung von Abständen der magnetischen Schwerpunkte der Störkörper
vom Feldmeßelement A die einzelnen Hauptstörkörper hinsichtlich ihres magnetischen
Momentes zu bestimmen, woraus sich für jede Tiefe die erzeugten absoluten Störfelder
in einfacher Weise berechnen lassen. Diese Informationen werden durch eine Suchsonde
erhalten, welche keinerlei Erdfeldkompensation benötigt, wobei die Doppeldifferenzsuchsonde
unabhängig von Winkel änderungen der Sondenachse gegenüber der vertikalen Richtung
arbeitet.
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Ein weiteres Anwendungsgebiet ist die Ortung von Fahrzeugen, welche
durch eine Lawine verschüttet worden sind. Hierbei wird die Doppeldifferenzsuchsonde
mit verhältnismäßig großer Basis AC über die Lawinenoberfläche geführt. Bei einer
entsprechenden Anzeige durch ein Fahrzeug kann unmittelbar die Dicke der Schneeschicht
über dem Fahrzeug gemessen werden, was die Rettungsaktion beschleunigt.
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In gleicher Weise lassen sich lawinenverschüttete Personen, insbesondere
solche, welche einen kleinen Indikatormagneten bei sich tragen, orten, wobei es
von großer Bedeutung ist, daß durch das Doppeldifferenzsuchverfahren entsprechend
dem oben Gesagten die Tiefe, in welcher der Lawinenverschüttete liegt, angezeigt
wird.