DE2922582A1

DE2922582A1 - Magnetische aufspuer- und peileinrichtung.

Info

Publication number: DE2922582A1
Application number: DE19792922582
Authority: DE
Inventors: Bruno Dipl.-Ing. 8000 München Schröder
Original assignee: Messerschmitt Bolkow Blohm AG
Current assignee: Schroeder Geb Burghardt Marianne 8545 Spalt D
Priority date: 1979-06-02
Filing date: 1979-06-02
Publication date: 1981-03-12
Also published as: DE2922582C2

Description

Magnetische Aufspür- und Peileinrichtung
Die Erfindung betrifft eine magnetische Auf spür- und Peileinrichtung mit einer Spulenanordnung aus zwei orthogonal zueinander stehenden Spulen.
Elektrisch leitende Gegenstände können mittels elektromagnetischer Strahlung detektiert und gepeilt werden. Aus der US-PS 3 644 825 ist ein magnetisches Aufspürsystem zum Aufspüren der Bewegung eines Objektes bekannt geworden, welches Signale von zwei orthogonalen Spulen auswertet. Die Spulen sollen Anderungen eines Nagnetfeldes auffassen, welche durch die Bewegung des aufzuspürenden Objektes verursacht werden. Voraussetzung ist, daß das Objekt ein magnetisches Feld nach Art eines Dipols oder einer höheren Ordnung aufweist. Wenn solche Objekte durch das Erdmagnetfeld bewegt werden, so verursachen sie Veränderungen, welche durch das System gemessen werden sollen.
Auch aus der DE-OS 2 742 052 ist die Verwendung orthogonaler Spulen zum Erzeugen und Abtasten magnetischer Felder bekannt.
Dort zitiert ist auch Kalmus "A New Guiding and Tracking System bei dem das Magnetfeld in Rotation versetzt wird.
Ausgehend von die sein Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung der genannten Art zu schaffen, bei der eine eindeutige Peilung mit einfachen Mitteln erreicht wird, tei der der Energiebedarf gering ist und die auch in der Unterwasserpeilung einsetzbar ist.
Diese Aufgabe ist gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 1 gelöst. Bei der Erfindung wird das vom Primärfeld der Sendespule in dem aufzuspürenden und zu peilenden Gegenstand induzierte Seundärfeld von der Empfangsspule aufgefaßt. Die zugehörige Auswerteschaltung kann aufgrund der eindeutigen Signale von den Abtastern sehr einfach gellalten werden, gleichwohl aber eine Fülle von Daten zur eindeutigen Ortsbestimmung liefern.
Eine solche Peileinrichtung kann vorteilllaft sowohl in der Ziviltechnik als auch in der Wehrtechnik, z.B. in Streuwaffen für die U-Boot-Bekämpfung, eingesetzt werden.
Die Erfindung ist anhand der Figuren näher erläutert: Es zeigen: Fig. 1 den Schaltplan für eine magnetische Aufspür- und Peilvorrichtung; Fig. 2 das Scllaltbild für eine Kompensationseinrichtung; Fig. 3,4 Signaipläne für die Signalauswertung.
Gemäß Fig. 1 besteht die Magnetiscile Peilvorrichtung aus einer Spulenanordnung 1, aus starr zueinander angeordneten Sende-und Empfangsspulen 10,11, bei der die Empfangsspule 11 orthogonal zur Sendespule lo steht, aus einer Senderansteuerung 12, einer Einrichtung 13 zur Richtungsbestimmung für die Flächennormalen der Empfangsspule 11, einer Einrichtung 14 für die Bestimmung des Maximums des Empfangssignals und einer Stromversorgung 15. Von der Sendespule lo geht in bekannter Weise ein Primärfeld in Form eines Dipolfeldes aus, welches in dem zu detektierenden elektrisch leitenden Gegenstand in erster Näherung ebenfalls ein Dipolfeld erzeugt. Dieses Sekundärfeld induziert in der Empfangsspule 11 eine Signalspannung Ug, welciie die Anwesenheit eines metallischen Gegenstandes anzeigt.
Die unten näher erläuterte Signalverarbeitung der in der Enlpfangsspule 11 induzierten Signal spannung I wird so durchgeführt, daß eine Information über den Peilwinkel relativ zur Spulenanordnung 1 in Azimut (p und Elevation @ sowie der Zeit t für das Auftreten des Maximums des Empfangssignals gewonnen wird. Die Senderansteuerung 12 ist in nicllt dargestellter Weise auf der Basis eines Wechselrichters aufgebaut, bei dem die "eigentliche" Sendespule und die Steuerwicklung die Sendespule 10 ergeben Die "eigentliche" Sendespule bildet mit einem Kondensator einen Schwingkreis, der z.B. auf eine Frequenz f = 10 kHz abgestimmt sein kann.
Wie bereits angedeutet, ist die Sendespule lo mit der Empfangsspule 1 1 zu einer festen Spulenanordnung 1 so zusammengebaut, daß keine Lageänderungen zwischen den zwei Spulen 10, 11 auftreten können.
Unvermeidbare Bauungenauigkeiten bei der vertikal en Anordnung der Empfangs spule 11 zur Sendespule 10 führen zur Induzierung einer Störspannung in der Empfangsspule 11. Die Beseitigung der Störspannung erfolgt durch Addition (Kompensationsspule 40) mit einer dazu um n verschobenen Spannung (s . a Fig.2), die in der Amplitude mittels Potentiometer 11 so abgestimmt wird, daß die Summenspannung gleich Null ist.
Die Spulenanordnung 1 rotiert um die Acllsc der Sendespule 10.
Die Senderansteuerung 12 kann über rotierende Kontakte 16 oder direkt erfolgen. I)a die Senderansteuerung 12 nur aus wenigen Bauelementen besteht, kann sie innerhalb der Spulen anordnung t untergebracht werden.
Die Auswertung der Empfangssignale erfordert als Eingangsdaten die Amplitude des Empfangssignales und den Zeitpunkt der Peilung. Das Maximum des empfangenen Signals ist dann erreicht, wenn die Flächennormale der Empfangsspule auf den zu detektierenden Gegenstand zeigt. Die Signalauswertung findet ind der Einrichtung 13 zur Richtungsbeistimmung für die Flächennormale der Empfangsspule 11 und der Einrichtung 14 für die Bestimmung des Maximums des Empfangssignales statt.
Die Einrichtung 13 ist so ausgelegt, daß eine Referenzrichtung festgestellt wird, eine der beiden Flächennormalen der Empfangsspule markiert wird und die augenblickliche Richtung der ausgewählten Flächennormalen bei rotierender Spulenanordnung 1 festgestellt wird.
hierzu sind auf einer Zylinder 17, der konzentrisch zur Drehachse der Spulenanordnung 1 angeordnet ist, z.B. in drci Höhen, Reflektormarken angebracht (s.a. Fig.3). In der 1.Höhe befindet sich eine Reflektormarke 40 für die Richtungsreferenz, in der 2. Höhe n Reflektormarken 41 zur Richtungsbestimmung bei einer Winkelauflösung von 360° /n und in der 3.Höhe ein Reflektormarkenband 42 von 1800 Umfang zur Kennzeichnung der ausgewählten Flächennormalen der Empfangsspule 11.
Die einzelnen Reflektormarkenanordnungen werden durch opto -elelitronisclle Abtaster 18,19,20 abgetastet.
I)er Abtaster 18 ist dem Reflektor 40 der 1. Höhe zugeordnet usf. Das mit der Frequenz fe einmal pro Umdrehung erscheinendie Ausgangssignal U10 des Abstasters 18 (s.a. Fig. 4) wird einem Pulsgenerator 21 zugeführt. Dem Pulsgenerator 21 wird ebenfalls das Ausgangssignal U11 des Abtasters 19 der 2.Höhe zugeschaltet. Der Pulsgenerator 21 liefert das Rückstellsignal U15 (Reset) und das Startsignal U16 für einen Zähler 22.
Das Signal U11 vom Abtaster 19 gelangt auch zu einem Pulsformer 23, der mit dem Zähler 22 verbunden ist. Außerdem ist vorgesehen, daß das vom Pulsformer gebildete Eingangssignal aus U11 für den Zähler 22 als Auslesesignal U9 für die noch zu beschreibende Signalspannung U2(ti) für die Auswertung zur Verfügung steht. Der Zähler 22 zählt jeweils bis n, so daß eine volle Umdrehung der Spulenanordnung 1 dem maximalen Zählerstand entspricht. Aus der Fig. 4 (Signalplan) ist die zeitliche Zuordnung der Signale U15,U16,U17 und des Zählpulses 11 zueinander entnehmbar.
Die Feststellung der ausgewählten Flächennormaln der Empfangsspule 11 geschieht über eine spezielle Gleichrichtung des in der Empfangsspule induzierten Eingangssignals UO (s.a. Fig.5). Das Signal U0 wird in bekannter Weise über Anschlüsse 24 an der Empfangsspule 11 abgenommen. Über einen Verstärker 25 und einen Filter 26 gelangt das Signal U0 zu einem speziellen Gleichrichter 27, der mittels dem Steuersignal U12 vom Abtaster 20 gesteuert wird. Der Abtaster 20 ist dem Refletormarkenband 42 von 180 Umfang zugeordnet, und liefert das Steuersignal U12 als Gleichstromsignal während der Zeit, in der das Reflektormarkenband 42 in seinem Blickfeld ist. Das Steuersignal U12 ist demgemäß 1/2 f lang.
fe Ein Pulsgenerator 28 liefert Signale U13 und U1, die jeweils Beginn und lande des Signals U12 markieren und als Schaltsignale für den Gleichrichter 27 dienen. Der Gleichrichter ist mit zwei gegenläufig gepolten Stromrichterventilen 43,44 ausgerüstes, so daß das Schalten auf das jeweilige Ventil am Ausgang des Gleichrichters 27 zu einem Sinussignal U1 (Fig.5) führt. Nach einem Glättungsfilter 28 steht das Empfangssignal U2 zur weiteren Auswertung zur Verfügung.
Das Empfangssignal U2 wird zur Bestimmung des Maximums so weiterverarbeitet, daß U2 dann positiv ist, wenn die ausgewählte Flächennormale in Richtung des zu detektierenden Gegenstandes zeigt, bzw. U2 negativ ist, wenn sie in die entgegengesetzte Richtung zeigt. Zunächst wird das Signal U2 einem ersten Komparator 29 zugeführt, der ein Signal U6 liefert, wenn U2 eine vorgegebene Schwelle S überschreitet. Gleichzeitig wird das Signal U2 differenziert, Differentiator 30, und das so gewonnene Signal U3 einem zweiten Komparator 32 zugeführt. Der Komparator 32 liefert eine Signal U5 aus -#< U3 < welches die Nullstellen des Signals U3 kennzeichnet. Das Signal U3 wird daneben differenziert, Differentiator 31, und das daraus gewonnene Signal U4 zusammen mit dem Signal U5 einem UND-Glied 33 aufgeschaltet. Am Ausgang des UNTD-Gliedes 33 steht ein Signal U7 zur Verfiigung, welches das Maximum des auszuwartenden Signales U2 kennzeichnet. Zusammen mit dem Signal U6, - welches am Ausgang des ersten Komparators 29 abnehmbar ist -, als Maß für den Zeitbereich, für den U2 > S' (vorgegebene Schwelle), wird das Signal U7 einem weiteren UNTD-Glied 34 zugeschaltet. Der Ausgang des UND-Gliedes 34 ist als Signal U8 Stop-Signal für den Zähler 22, so daß an dessen Ausgang ein Signal U18 als direktes Maß für den Azimut (P des zu detektierenden Gegenstandes abnehmbar ist.
Das Signal U18 wird daneben einem Rechner 35 zugeführt, dem ebenfalls die Signalspannung U2 und das Auslesesignal U9 vom Pulsformer 23 aufgeschaltet ist. Aus diesen Werten berechnet der Rechner 35 die Elevation # des zu detektierenden Gegenstandes.
Für die magnetische Peleinrichtung stehen somit für eine eindeutige Peilung die Signale 18 für den Azimut cp , U19 für die Elevation #, U8 für die Zeit t* für das Auftreten des Maximums des Empfangssignals,U2 als Empfangssignal U2(t), U9 als Auslesesignal für u2(t;) und U17 als Auslesesignal für den Zähler 22 zur Verfügung.
Der nicht dargestellte Antrieb der Spulenanordnung 1 kann z.B. mit einem magnetisch gut abgeschirmten Elektromotor durchgeführt werden. Zur Vermeidung der zu beherrschenden, mit dem Betrieb eines Elektromotors verbundenen Störproblemo, kann auch ein Antrieb mittels eines kleinen Windrades vorgesehen sein. Das Windrad wird mit Preßluft oder Gas aus einem kleinen Gasgenerator beaufschlagt. Eine solche Antriebslösung hat den Vorteil, daß keine metallischen Bauteile verwendet werden miissen, da der Antrieb aus Glas und Kunststoff aufgebaut sein kann.
L e e r s e i t e

Claims

Magnetische Aufspür- und Peileinrichtung P a t e n t a n s p r ü c h e lj Magnetische Aufspür- und Peileinrichtung mit einer Spulenanordnung aus zwei orthogonal zueinander stehenden Spulen dadurch g e k e n n z e i c h n e t - daß die Spulenanordnung (1) aus starr zueinander angeordneter Sende- und Empfangsspule (10,11) besteht und um die Achse der Sendespule (10) rotiert, - daß zur Richtungsbestimmung des aufgespürten Gegenstandes die Maximumbestimmung des Empfangssignals (U2) und die Richtungsbestimmung für die zugehörige Flächennormale der Empfangsspule (11) vermittels zentrisch zur Drehachse angebrachtcr Reflektormarke (4O) für Richtungsreferenz, n Reflektormarken (41) für Richtungsbestimmung, und einem Reflektorband (42) von 180° zur Kennzeichnung der ausgewählten Flächennormalen vornehmbar ist, - daß dazu die Reflektormarken (40,41,42) durch optoelektronische Abtaster (1S,19,20) abgetastet -und deren Ausgangssignale (U1o,U11,U12) herangezogen werden, in demJausgelöst dadurch das Signal (U10) vom Abtaster (18) für die Richtungsreferenz (Reflektormarke 40) ein Zähler (22) die Signale (U11) vom Abtaster (19) für die Richtungsbestimmung (Reflektormarken 41) für jede Umdrehung der Spulenanordnung (1) neu fortlaufend aufaddiert und das Zählergebnis (U18) als Azimut ( cP ) iItmer dann ausliefert, wenn der Zeitpunkt (Signal U8) des Maximums des Empfangssignals (u2) festgestellt ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß das Maximum des Empfangssignals (U2) festgestellt wird, indem das von der Empfangsspule (11) gelieferte Signal (U0) gefiltert wird (Filter 26) und in einem Gleichrichter (27) in das sinusförmige Empfangssignal (U2) gerichtet wird wobei der Gleichrichter (27) vermittels des (20) vom Abtaster gelieferten Signals (U12) so gesteuert wird, - daß das Empfanssignal (U2) positiv ist, wenn die ausgewählte Flächennormale in Richtung des zu detektierenden Gegenstandes zeigt und im anderen Fall negativ ist, - daß das Empfangssignal (U2) zweimal differenziert wird, wobei das Ausgangssignal (U3) des ersten Differentiators (30) einem Komparator (32) zugeführt wird, der ein Ausggangssignal (U) liefert, wenn die erste Differentiation (signal U3) vom Empfangs signal (U2) einen Nulldurchgang aufweist, - daß das Ausgangssignal (u5) zusammen mit dem Ausgangssignal (U4) des zweiten Differentiators (31) einem UND-Glied (33) zugeführt wird, - daß das Ausgangs signal (U2) des UND-Gliedes (33) einem weiteren UND-Glied (34) aufgeschaltet wird, dem ebenfalls ein Signal (U6) für Empfangssignal (U2) > vorgegebencr Schwelle (S) eines Komparators (29) zugeführt wird und - daß am Ausgang des UND-Gliedes (34) ein Signal (U) für die Zeit (t*) des Auftretens des Maximums des Empfangssignals (U2) abnehmbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß in einem Rechner (35) aus dem Empfangssignal (u2), aus dem Ausgangssignal (U18) des Zählers (22) und aus dem über einen Pulsformer (23) geformten Signal (u9) vom Abtaster (19, Signal U11) die Elevation (tD ) des zu detektierenden Gegenstandes berechenbar ist.
4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß Störspannungen in der Empfangsspule (11) mittels Addition (Kompensationsspule 40) einer dazu um fl verschobenen Spannung, deren iNmplitude mittels Potentiometer (41) abstimmbar ist, eliminierbar sind.
5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch g e k e n n z e i c h -n e t , daß zur Gleichrichtung des Signals (U0) von der Empfangsspule (11) mittels des Signals (U12) vom Abtaster (20) über einen Pulsgenerator (28) abwechselnd eines von zwei, in zwei Strompfaden angeordneten, entgegengesetzt gepolten Stromrichterventilen (43,44) geschaltet wird.
6. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurcli g e k e n n z e i c h n e t , daß die Rotation der Spulenanordnung (1) mittels eines durch Preßluft oder Gas getriebenen Windrades erfolgt.
7. Einrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß - das Signal (U18) für den Azimut ( # ) des zu detektierenden Gegenstandes, - das Signal (U8) für die Zeit (t*) des maximalen Empfangssignal (U2), - das Signal (U10) für die Elevation (#) des zu detektierenden Gegenstandes, - das Empfangssignal (U2(z)), - das Auslesesignal (U17) für den Zähler (22) - und das Auslessignal (U9) für den Zähler (22) zur weiteren Verarbeitung abnehmbar sind.