DE3122686A1

DE3122686A1 - Anordnung zur kompensation magnetischer eigenfelder von beweglichen koerpern

Info

Publication number: DE3122686A1
Application number: DE19813122686
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 2105 Seevetal Bornhöfft; Gerhard Prof. Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Trenkler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1981-06-06
Filing date: 1981-06-06
Publication date: 1983-02-03
Also published as: SE8203373L; FR2510805B1; SE455448B; GB2103395A; FR2510805A1

Description

Licentia Patent-yeruialtungs-GmbH Z13PTL-HH/Sa/mar

Theodor-Stern-Kai 1 HH Θ1/10

D-6D0D Frankfurt 70

"Anordnung zur Kompensation magnetischer Eigenfelder von beweglichen Körpern"

Die Erfindung befasst sich mit einer Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches.

Es ist bekannt, daS sich die äußeren magnetischen Eigenfelder magnetisierbarer Körper durch stromtragende Wicklungen bis auf ein geringes Restfeld kompensieren lassen, uienn die GrSBe und Richtung des Stromes in einer Uermessungsanlage entsprechend eingestellt uiird. üJird ein' Körper jedoch beuiegt, so verändert sich bei nicht voll symmetrischen Körpern GröBe und Richtung des Eigenfeldes, da der Körper seine Lage zum magnetischen Feld der Erde verändert. Dieses von der Lage des Körpers abhängige Eigenfeld kann zum Teil durch weitere Wicklungen kompensiert uierden, wenn deren liiicklungsströme den MeB-signalen nachgeführt werden, die von mit dem Körper verbundenen magnetischen Sensoren erzeugt werden. Die Größe und die Richtung der linearen verknüpfung zwischen den Sensorsignalen und den tiiicklungsströmen wird auch in einer Uermessungsanlage eingestellt. Besteht der Körper aus leitfähigen Werkstoffen,

-Br- HH 81/10

ep werden in ihm bei einer rofcatarischan Bewegung Wirbel= ströme erzeugt, deren magnetische Feldes· sich den vorerwähnten Feldern hinzuaddieren» Zu? Kompaosation dieser zusitzlichen Felder uiurden bisher weitere bäicklungen angeordnet, deren Ströme in BrBBe und Richtung eine lineare Funktion des Diffsrentialquotienten der Ausgangaeignals der magnetischen Sensoren sind= Die Einstellung der GrBBe und Richtung auf feste Werte erfolgt wieder in ainer Wermissungs= anlege»

Diese bekannten Verfahren weisen zum Teil erheblishe Ringel aufp van denen einige nachfolgend ermähnt uierden»

a) Bekannte zeitliche Änderungen der magnetischen Eigen= BOhaften des Körpers kSnnsn nioht berücksichtigt uier-= den«

b) Durch äußere Einwirkungen verursachte Änderungen der magnetischen Eigenschaften dea Körpers sind nicht kompensierbare

c) Für jede rSumliche Richtung sind drei Wicklungen erfarderlicho

d) Eine Ortsveränderung des Körpers über grBBere Bereiche verschlechtert den Kompensationszustand»

e) Die lnJirbelstronfeider werden nioht ausreichend unter= drückt»

f) Ausfülle der magnetischen Sensoren und/odsr Wicklungen verschlechtern den Kompensatianszuatnndo

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist daher darin zu sehen, diese Woohteile zu vermeiden und eine orts-, zeit= und lageunabhingige Kompensation dar rasgnetisehen Eigenfelder zu gewährleisten_e

=■ 3 =

- HH 81/10

Diese Aufgabe wird erfindungegemäß durch die im Kennzeichen des Hauptanapruches angeführten Merkmale gelöst. Durch die Anordnung nach der Erfindung uiird das Kompensationsverfahren tijesentlich verbessert und der Aufwand an Geräten und an zu verlegenden Stromuiicklungen erheblich reduziert.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 einen zylinderförmigen, magnetisierbaren und leitfähigen Körper in einem homogenen Feld und Fig. 2 eine Schaltungsanordnung.

Nach Fig. 1 befindet sich in einem homogenen Feld H ein

El

zylindrischer hohler Körper 1 aus einem magnetisierbaren Werkstoff mit einer permanenten Magnetisierung M_p in Richtung der Zylinderachse. Um den Körper 1 ist eine Kompensatianstiiicklung 2 herumgelegt, die von einem Strom i(t) durchflossen wird. Ferner ist in Fig. 1 ein magnetischer Sensor 3 dargestellt.

Die magnetische Wirkung des Zylinders 1 kann durch einen magnetischen Dipol mit dem Moment m in ζ - Richtung ange nähert beschrieben üjerden

Ί?_ρ - M_p . w,

ωόrin I/ das Zylindervolumen bedeutet. Befindet sich der Zylinder in einem magnetischen Feld H und ist die Permea bilitätszahl/i ψ 1, so ist eine angenäherte Beschreibung

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der magnetischen Wirkung durch einen weiteren Dipol mit dem Moment Tn*. möglich

"Tm* = -Σ- —~ - TP* « ν,

O₅ ^X 1 ₊ C/*_r - D - l/ ^a worin N den Entmagnetisierungsfaktor bedeutet=

Bei einer Rotationsbewegung des Körpers in Richtung des Winkels S, wie oberhalb des Zylinders mis Zeigerdiagramm dargestellt ist, wird nach dem Induktionsgesetz ein Strom I induziert, der in der Zylinderwandung zirkulär zu seiner Achse fließt« Auch die magnetische Wirkung des Stromes kann durch einen Dipol mit dem magnetischen f-ioment m angenähert werden

mit A als Zylinderquerschnitt,» Für den Strom i gilt in erster Näherung mit L als Induktivität des Zylinders 1 und R als Widerstand in zirkularer Richtung

-Ri

_sin B(t) . exp - - ti - dt

dt R

^%R

Im Gegensatz zu den Dipolmoraenten m und m. ist das Dipol-

% P *■

moment m eine von der üJinfcelMnderungsgsschuiindigkeit abhängige Zeitfunktion=,

3D Hit diesen Ansätzen ist de? f-iechanismua der Entstehung der magnetischen Eigenfelder H des Körpers als mathematisches Modell beschraibbar,,

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-8 -

CDS	B
γ³
sin	β

lilird die Kompensationswicklung von einem steuerbaren Καπ-stantatramgeneratar mit dem Strom i gespeist, so ergibt sich bei Näherung der magnetischen Wirkung durch einen Dipol mit dem Momentüv

H₃ η = ³ ^a

ujobei m = i · A₃ mit A_g als lilicklungsflMche ist. Die Kompensationswicklung unterdrückt das Eigenfeld des Kör pers vollständig, iuenn

^He r - ^Hs r

^He θ - ^Hs B

ist.

Das oben Ausgeführte IMBt sich nach Fig. 2 in einem Blockdiagramm darstellen, das drei Abschnitte aufweist, nämlich Meßglied k, elektrische Einrichtung 5 und Stellglied 6. Das Meßglied k enthält Magnetsensaren 3, die das äußere Feld H₁, erfassen und ein Eingangssignal χ an die Einrichtung 5 liefern. Diese Einrichtung uieist eine Eingangseinheit 7, eine Ausgangseinheit β sowie ein dazwischen geschaltetes Schaltwerk 9 auf. Aus der elektrischen Einrichtung 5 treten Signale y in eine Stromstsuereinheit

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über, die den Strom i für die Wicklungen 11 der Kompensationsanlage erzeugen. Die stromtragendera Wicklungen 11 erzeugen ein magnetisches FeId₉ das das Eigenfeld des Körpers auf ein Minimum reduziert»

Unter Berücksichtigung eines linearen Uerknöpfung zwischen dem Süßeren Feld H und dem Eingangssignal χ der elektrisehen Einrichtung 5 sowie zwischen dem Strom i der Steuereinheit 10 und der Ausgangsgröße y der elektrischen Einrich· tung 5 ist im Schaltwerk 9 ein mathematisches Modell der Form

ι ·

als zu lösender Algorithmus einzubauen.. Die Parameter dieser Modellfunktian sind als vom Werkstoff oder von der Eeometrie abhängige Konstanten festlegbar und können bekannten Ueränderungen dieser Brßisn folgen« Zur Kompensation der Eigenfelder des Körpers ira gesamten Raum ist das Modell auf den Achsen zu erweitern und in den Parametern entsprechend anzupassen» Diese Anpassung kann kontinuierlich oder in bestimmten Zeitabstinden erfolgen«.

Das mathematische Modell im Schaltwerk S kann in Form eines elektronischen Rechners realisiert seine Um die Korapensationsanlage zuverlSssiger zu machen, können mehrere gleichartige elektrische Einrichtungen 5 parallel vorgesehen sein.

Claims

Licentia Patent-Wertsialtungs-ßrabH Z13PTL=HH/Sa/mar

Theodor-Stern-Kai 1 HH 81/10

0=6000 Frankfurt 70

Patentansprüche

1o Anordnung zur Hompansition von magnetischen Eigenfeldern sines beweglichen Körpers aus magnetisiesbarera und/oder elek~ trisoh leitfähigem Werkstoff mit Hilfe vom innerhalb oder außerhalb des Körpers liegendsn stromtragenden Wicklungen, deren magnetische Momente in ihrer Erößs und ihrem seitlichen Uerlauf durch magnetische Senioren steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet,, daß die Ausgiangsaignale dar raagnetiechen Sen» sorsn als Eingangssignale an einer elektrischen Einrichtung anstehen₅ die ein raathematisohsa Modell enthält, tdelches die Entstehungsmeehanlsmen der körpereigenen roagnetiachen Felder und der durch die stromtragenden Wicklungen hsrvargerufensn Kompensationsfelder berücksichtigt und Auagangaaignale liafertp die die Ströme in den Wicklungen im Sinne einer HInI-roierung des körpereigenen äußeren magnetischen Feldes steuern,

2o Anordnung nach Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daB die Parameter des mathematischen P-Iodells kontinuierlich den Veränderungen der magnetischen Eigenschaften des HSrpers nachgeföhrt werden»

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3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daB die Parameter des mathematischen Modells in vorbestimmten Zeitabständen an die Veränderungen der magnetischen Eigenschaften des Körpers angepasst uierden. 05

k. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mathematische Modell in der elektrischen Einrichtung ein elektronischer Rechner ist.

1G 5. Anordnung nach den Ansprüchen 1 bis U, dadurch gekennzeichnet, daß das mathematische Modell so aufgebaut ist, daß zur Kompensation des körpereigenen magnetischen Feldes drei zueinander orthogonal stehende Wicklungen dienen.

6. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erhöhung der Zuverlässigkeit mehrere gleichartige elektrische Einrichtungen parallel geschaltet sind.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mathematische Modell die Wirkung des Ausfalls einer oder mehrerer Kompensationsuiicklungen durch eine Änderung der Ströme in den anderen Kampensationsuiicklungen über eine Anpassung der Modellparameter ausgleicht.

Θ. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mathematische Modell die Wirkung des Ausfalls eines oder mehrerer magnetischer Sensoren über eine Anpassung der Modellparameter ausgleicht.

9. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß signifikante Parameter des mathematischen Modells in einer Vermessungsanlage ganz oder teilweise ermittelt und über eine Datenleitung bzui. Datenverbindung dem Schaltmerk übermittelt uierden.

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10o Anordnung nach Anspruch 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß die dem beyjeglichen Körper eigenen magnetischen Felder in einer V/ermeseungsanlage ermittelt und die zugehörigen FeIdtsjerte mit einer Datenleitung bzw=. Datenvtsrbindung dem Schaltwerk übermittelt werden„

11 ο Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Einstellung signifikanter Parameter des mathematischen Modells bzw» Systemparameter mit Hilfe einer alphanumeric sehen Tastatur erfolgt=

12o Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, zur Darstellung der signifikanten Farbraster des mathematischen. Modells und des Hompensationszustandes des magneti= siarbaren Körpers ein Bildschirm verwendet wird«