DE2832251C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Aufsuchen von Inhomogenitäten in einem homogenen Magnetfeld, insbesondere dem magnetischen Erdfeld, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder 2. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Anwenden der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2.

Eine solche Vorrichtung und ein solches Verfahren 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.

In US-PS 30 64 185 ist eine Suchsonde beschrieben, bei der außer den beiden üblichen Feldmeßelementen in deren Mitte noch ein drittes Feldmeßelement angeordnet ist. 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.

Die oben beschriebenen bekannten Suchverfahren weisen einige Nachteile auf, die im folgenden beschrieben werden. Bei Auftreten eines Ausschlages am Anzeigeinstrument eines solchen Suchgerätes ist noch nicht bekannt, in welcher Tiefe der angezeigte ferromagnetische Körper liegt. Ferner können kleine fragmentische 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. 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.

Die Erfindung stellt sich demgegenüber eine Vorrichtung gemäß dem eingangs bezeichneten Gattungsbegriff zur Aufgabe, mit deren Hilfe die Ermittlung der Tiefenlage einer georteten Inhomogenität möglich wird oder eine Aussage darüber erzielt wird, ob die geortete Inhomogenität über, unter oder ungefähr in einer bestimmten vorwählbaren Tiefe liegt. Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bzw. nach Anspruch 2.

Ein weiterer Bereich der erfindungsgemäßen Aufgabe wird darin gesehen, eine geeignete Vorgehensweise zum Ermitteln der Tiefenlage einer georteten Inhomogenität zu finden. Dieser Bereich der erfindungsgemäßen Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9.

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. 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.

Im folgenden soll die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen und mit Hilfe einiger Figuren näher erläutert werden. Es zeigen im einzelnen:

Fig. 1: eine im Rahmen der Erfindung benutzte Suchsonde mit Suchobjekt,

Fig. 2-4: an die Suchsonde anzuschließende Meßvorrichtungen,

Fig. 5: Suchsonde mit Meßvorrichtung,

Fig. 6-7: weitere Meßvorrichtungen.

Fig. 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, sollen mit , bezeichnet werden. Feldmeßelement A ist dem Objekt 4 am nächsten gelegen, Feldmeßelement C am weitesten von ihm entfernt. Der Abstand ist verhältnismäßig klein, Abstand erheblich größer, vorzugsweise aber mehr als doppelt so groß wie . Die Lage des Objektes 4 zur Suchsonde 1 ist gegeben durch ein Koordinatensystem X, Y, dessen X-Achse in die Horizontale fällt und dessen Y-Achse mit der vertikalen Sondenachse 6 übereinstimmt, sowie durch den Winkel ϕ 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. 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 H _YA des magnetischen Dipolfeldes am Ort des Feldmeßelementes A kann durch Gleichung (1) wiedergegeben werden.

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:

H _YA = (1 T ^-3 · sin ϕ ) M  für X = 0 (2)

Durch Einsetzen der entsprechenden Y-Werte an Stelle von T können aus Gleichung (1) oder (2) auch die Felder H _YB und H _YC berechnet werden. Die Feldmeßelemente A, B, C messen neben den Komponenten H _YA, H _YB, H _YC jeweils noch die um ein Vielfaches größeren Erdfeldkomponenten H _YErd. 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 H _YErd so vollkommen heraus, daß an den Ausgängen 15, 16 der Meßeinrichtungen 13, 14 nur Meßspannungen anstehen, die auf die vom Suchobjekt 4 verursachten Magnetfelddifferenzen H _YB - H _YC bzw. H _YA - H _YB zurückzuführen sind, nämlich

e₁ = K₁ (H _YB - H _YC) (3)
und

e₂ = K₂ (H _YA - H _YB ) (4)

In qualitativer Beschreibung erzeugt ein kleiner, oberflächennaher ferromagnetischer Störkörper wegen seiner Nähe zum Feldmeßelement A an dessen Ort eine große magnetische Feldstärke H _YA. 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 H _YA - H _YB einen großen Wert annehmen. Dagegen ergibt die von Meßelementen B, C gemessene Feldstärkedifferenz H _YB - H _YC 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.

Unter der Voraussetzung, daß der Abstand wesentlich kleiner als Abstand ist, liegen die Verhältnisse bei einem tiefliegenden großen ferromagnetischen Körper genau umgekehrt. Beim letzteren wird wegen des geringen Abstandes die Feldstärkedifferenz H _YA - H _YB verhältnismäßig klein, zumal bei größeren Abständen vom Störkörper auch der Feldstärkegradient kleiner wird. Durch den wesentlich größeren Abstand ergibt sich auch eine entsprechend größere Feldstärkedifferenz H _YB - H _YC. Wenn bei einem oberflächennahen ferromagnetischen Körper die Differenz H _YA - H _YB größer ist als die Differenz H _YB - H _YC, bei einem oberflächenfernen jedoch die Differenz H _YB - H _YC gegenüber der Differenz H _YA - H _YB überwiegt, müssen zwangsläufig bei einer bestimmten Tiefe T _Ä des ferromagnetischen Körpers, die wir Äquivalenztiefe nennen wollen, die beiden Differenzen gleich groß sein. Die Differenz D der beiden genannten Differenzen muß dann Null sein:

D = (H _YB - H _YC) - (H _YA - H _YB) D = 0 für T = T _Ä (5)

Ganz allgemein gilt, daß D eine Funktion der Tiefe T ist.

Aus Gleichung (5) ergibt sich, daß der Quotient Q der beiden obigen Differenzen gleich 1 werden muß, soll T = T _Ä sein.

Hier gilt ganz allgemein, daß Q eine von der Größe des ferromagnetischen Körpers und von der Winkellage ϕ seiner Dipolachse unabhängige Funktion der Tiefe T des ferromagnetischen Körpers ist. Man 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 = T _Ä aufweist, Q < 1, wenn die Tiefe T größer, Q < 1, wenn die Tiefe T kleiner als T _Ä wird.

Es soll hier noch angegeben werden, wie man die Suchsonde 1 dimensionieren muß, wenn der Abstand der beiden äußeren Feldmeßelemente A, C gegeben ist und wenn eine bestimmte Äquivalenztiefe T _Ä gewünscht wird. Dazu setzt man in Gleichung (6) die Feldstärke H _YA, H _YB und H _YC gemäß Gleichung (2) ein, löst nach auf und erhält:

In Fig. 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 T _Ä stammt. Die beiden Meßeinrichtungen 13, 14, wie in Fig. 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 nichtinvertierenden Eingang eines Rechenverstärkers 22. 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 Schwellwertstufen 29, 30 gelegt werden, von denen der erste beim Überschreiten eines positiven Schwellwertes +U _ref, der zweite beim Unterschreiten eines negativen Schwellwertes -U _ref 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.

Die Vorrichtung nach Fig. 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 A, B an den invertierenden Eingang des Rechenverstärkers 22. Liegt der geortete ferromagnetische Körper zufällig etwa in der Tiefe T _Ä, 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 T _Ä, so wird die an den invertierenden Eingang des Verstärkers 22 gelegte, von der Differenz H _yA - H _yB herrührende Spannung kleiner oder größer als die am nicht invertierenden Eingang liegende, von der Differenz H _yB - H _yC herrührende Spannung. Das Anzeigeinstrument 25 wird nach der positiven oder negativen Seite ausschlagen. War die Abweichung von der Äquivalenztiefe T _Ä hinreichend groß, so wird entweder Schwellwertstufe 29 oder 30 ansprechen und Anzeigelampe 33 oder 35 aufleuchten. Damit wird eindeutig angezeigt, ob der geortete ferromagnetische Körper unterhalb oder oberhalb der Äquivalenztiefe zu finden ist, d. h. ob es sich um ein zu beachtendes tieferliegendes ferromagnetisches Objekt oder um einen oberflächennahen Störkörper handelt.

Fig. 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 Fig. 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.

Beim Auftreten einer durch ein Suchobjekt verursachten Meßanzeige am Anzeigeinstrument 49 wird zunächt 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 H _yA - H _yB 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 = T _Ä, so liegt an beiden Verstärkereingängen die gleiche Spannung und es ergibt sich mit der Anzeige Null die Mittellage des Zeigers. Ähnlich aufgebaut ist die Vorrichtung nach Fig. 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.

In Fig. 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 Feldmeßinstrumente 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 U _ref an 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.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 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. Durch vorübergehendes Betätigen des Schalters 64 wird über Kontakt 70 die Referenzspannung U _ref an den ersten Eingang des Rechenverstärkers gelegt. U _ref und Widerstand 69 sind so dimensioniert, daß sie gerade auch Endausschlag des Anzeigeinstrumentes 72 hervorrufen, wenn kein weiterer Strom in den Summierpunkt 67 fließt. 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.

In Fig. 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.

Die Ausgangsspannungen der beiden Meßeinrichtungen 15, 16 sind e₁, e₂ nach Gleichung (3) und (4), ihr Quotient das gesuchte Q =. Am Ausgang des Potentiometers 82 steht die um den Faktor N geschwächte Spannung e _2A = N · e₂, wobei N der von dessen Drehwinkel abhängige Abschwächungsgrad des Potentiometers 82 ist. Setzen wird e _2A = e₁, so ergibt sich = N, d. h. es wird N = Q. Um die Bedingung e _2A = e₁ zu verwirklichen, brauchen wird nichts weiter zu tun, als durch Verstellen des Potentiometers 82 den Ausschlag des Anzeigeinstrumentes 85 auf Null zu bringen.

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.

Hierbei ist wesentlich, daß die Skala des Potentiometers 82 nicht etwa empirisch geeicht werden muß. Vielmehr errechnen sich die Abschwächungsfaktoren des Potentiometers 82 für verschiedene Tiefen T aus Gleichung (8), die sich durch Einsetzen der Feldwerte H _yA, H _yB, H _yC in die Gleichung (6) ergibt:

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.

In Fig. 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 Fig. 7 ist die gleiche wie die der Vorrichtung nach Fig. 6. Nachdem die Tiefe T des ferromagnetischen Körpers in der vorher beschriebenen Weise ermittelt wurde, läßt sich aus der vom Anzeigeinstrument angezeigten Feldstärkedifferenz H _yB - H _yC das magnetische Moment M eines Suchkörpers für den Fall der 1. Hauptlage bestimmen. Hierfür gilt Gleichung (9).

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 (11) und (12).

Dabei wird die Felddifferenz H _yA - H _yB von der Meßeinrichtung 14 gewonnen und die Summe der Felddifferenzen

(H _YA - H _yB) + (H _yB - H _yC) = H _yA - H _yC

als Summe der Meßspannungen der Meßeinrichtungen 13 und 14 erhalten.

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 H _yA, H _yB, H _yC am Ort der Feldmeßelemente A, B und C.

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 befindet. Die Anzeigen des Doppeldifferenzmeßgerätes ergeben

• 1. den Abstand der Hauptstörkörper im Schiff von Feldmeßelement A,
• 2. das magnetische Moment M _y der Hauptstörkörper,
• 3. die absolute Störfeldstärke der Hauptstörkörper am Ort von Feldmeßelement A.

In gleicher Weise läßt sich die magnetische Vermessung einer Minenabwehreinheit durchführen, wenn die Doppeldifferenzsuchsonde mit entsprechendem Auftrieb versehen 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 überschreiten dürfen, um gegen das Auflösen von Magnetminen sicher zu sein.

Eine solche Anwendung der Doppeldifferenzsonde zur magnetischen Schiffsvermessung ermittelt nicht 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 Winkeländerungen der Sondenachse gegenüber der vertikalen Richtung arbeitet.

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.

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.

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Aufsuchen von Inhomogenitäten in einem homogenen Magnetfeld, mit einer Suchsonde, die mindestens drei in einer gemeinsamen Richtung ausgerichtete, voneinander in der genannten Richtung einen Abstand aufweisende magnetische Feldmeßelemente und mindestens eine an zwei in Differenz zusammengeschaltete Feldmeßelemente angeschlossene Magnetometeranordnung zum Ableiten eines zur Differenz der magnetischen Feldstärken an den Orten der Feldmeßelemente proportionalen Signales enthält, dadurch gekennzeichnet. daß von den Feldmeßelementen (A, B, C) jeweils zwei (B und C; A und B) in Differenz zusammengeschaltet sind, daß an die beiden ersten Feldmeßelemente (B, C) eine erste Magnetometeranordnung (13) zum Ableiten eines zur Differenz der magnetischen Feldstärken an den Orten der ersten Feldmeßelemente (B, C) proportionalen ersten Signales und an die beiden zweiten Feldmeßelemente (A, B) eine zweite Magnetometeranordnung (14) zum Ableiten eines zur Differenz der magnetischen Feldstärken an den Orten der zweiten Feldmeßelemente (A, B) proportionalen zweiten Signales angeschlossen sind, daß der Abstand der beiden ersten Feldmeßelemente (B, C) sich unterscheidet vom Abstand der beiden zweiten Feldmeßelemente (A, B) und daß an die Ausgänge der ersten und zweiten Magnetometeranordnung (13, 14) eine das erste und zweite Signal vergleichende Auswerteanordnung (21 - 35; 41 - 49; 81 - 85; 91 - 100) angeschlossen ist.

2. Vorrichtung zum Aufsuchen von Inhomogenitäten in einem homogenen Magnetfeld, mit einer Suchsonde, die mindestens drei in einer gemeinsamen Richtung ausgerichtete, voneinander in der genannten Richtung einen Abstand aufweisende magnetische Feldmeßelemente und eine an zwei in Differenz zusammengeschaltete Feldmeßelemente angeschlossene Magnetometeranordnung zum Ableiten eines zur Differenz der magnetischen Feldstärken an den Orten der Feldmeßelemente proportionalen Signales enthält, dadurch gekennzeichnet, daß von den Feldmeßelementen (A, B, C) jeweils zwei (B und C; A und B) in Differenz zusammengeschaltet sind, daß die Magnetometeranordnung (61) über einen Umschalter (64) an die beiden ersten Feldmeßelemente (B, C) zum Ableiten eines zur Differenz der magnetischen Feldstärken an den Orten der ersten Feldmeßelemente (B, C) proportionalen ersten Signales oder an die beiden zweiten Feldmeßelemente (A, B) zum Ableiten eines zur Differenz der magnetischen Feldstärken an den Orten der zweiten Feldmeßelemente (A, B) proportionalen zweiten Signales anschließbar ist, daß der Abstand der beiden ersten Feldmeßelemente (B, C) sich unterscheidet von Abstand der beiden zweiten Feldmeßelemente (A, B) und, daß an den Ausgang der Magnetometeranordnung (61) eine das erste und zweite Signal vergleichende Auswerteanordnung (65-72) angeschlossen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Feldmeßelemente (A, B) des zweiten Differenzpaares höchstens halb so groß ist, wie der Abstand der Feldmeßelemente (B, C) des ersten Differenzpaares.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schalteinrichtung (24; 47; 64; 70; 83; 100) vorgesehen ist zum Vergleichen der Meßergebnisse des aus den magnetischen Feldmeßelementen (B, C) gebildeten ersten Differenzpaares mit den Meßergebnissen des aus den Feldmeßelementen (A, B) gebildeten zweiten Differenzpaares.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausführen des Vergleiches ein Anzeigeinstrument (25; 49; 72; 85; 98) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ausführen des Vergleiches mindestens eine Schwellwertstufe (29, 30) vorgesehen ist, an deren Ausgang (31, 32) ein optischer oder akustischer Signalgeber (33, 34, 35) angeschlossen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Regelglieder (41, 42, 51) vorgesehen sind zum Einstellen des Meßausschlages eines angezeigten Maximalwertes auf einen bestimmten Bezugswert, vorzugsweise den Endausschlag am Anzeigeinstrument (49).

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Anzeigeinstrument (49) in Entfernungswerten geeicht ist.

9. Verfahren zum Anwenden der Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Suchsonde relativ zum abzusuchenden Gebiet bewegt wird und ein Ort ermittelt wird, an dem das von den beiden ersten Feldmeßelementen herrührende erste Signal einen maximalen Wert annimmt, dadurch gekennzeichnet, daß an diesem Ort das von den zweiten Feldmeßelementen herrührende zweite Signal festgestellt wird und, daß eine vergleichende Auswertung des ersten und zweiten Signales durch die Auswerteanordnung erfolgt.