DE3132933C2

DE3132933C2 - Verfahren zur Bestimmung der Wicklungsströme in magnetischen Eigenschutz (MES)-Anlagen

Info

Publication number: DE3132933C2
Application number: DE19813132933
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl.-Ing. 2105 Seevetal Bornhöfft; Gernot Dipl.-Phys. 2000 Wedel Stremming; Gerhard Prof.Dr.-Ing. 3300 Braunschweig Trenkler
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Telefunken Systemtechnik AG
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1984-09-06
Also published as: DE3132933A1

Abstract

Die Anmeldung befaßt sich mit einer Anordnung zur Bestimmung der zur Kompensation erforderlichen Wicklungsströme in magnetischen Eigenschutz(MES)-Anlagen mittels Meßsonden für die Erfassung des magnetischen Feldes nach Größe und Richtung und einer elektrischen Signalverarbeitungsanlage, in welche die Meßsignale der Sonden sowie zusätzlich Signale über die räumliche Lage des Objektes eingehen. Die Signalverarbeitungsanlage (4) enthält ein mathematisches Modell der magnetischen Wirkung der einzelnen MES-Wicklungen des Objektes (3) an den Raumpunkten, an denen sich die Meßsonden befinden, welches die Größe und Richtung der einzustellenden Wicklungsströme mit Hilfe der das Objekt (3) charakterisierenden Parameter als Ausgangssignale liefert.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der Druckschrift »Deutsche Minenräumvorschrift« Nr. 16,1946, insbesondere Seite 11, Abs. 2, ist es bekannt, die magnetische Wirkung von Schiffen zu ermitteln, indem diese in magnetische Abschnitte unterleilt und in einen Bereich gebracht weiden, der eine Reihe von Meßsonden enthält, welche das magnetische Feld des Schiffes nach Größe und Richtung erfassen. Wird das Schiff mit einer MKS-Anlage ausgerüstet, so können in einem mehrsehrilligeit Probier-Verfahren die Ströme in den Schut/wicklungcn so eingestellt werden, daß die magnetische Wirkung des Schiffes nach außen minimal wird. Der zeitliche und damit kostenmäßige Aufwand ist hoch und die Güte der Kompensation ist weitgehend vom Bediener abhängig.

Weiterhin ist eine Vorrichtung zur Kompensation von Störmagnetfeldern aus der AT-PS 2 92 842 bekannt. Hiermit soll eine genaue Messung der Stärke des magnetischen Erdfeldes und seiner Änderungen mit einem Magnetometer erzielt werden. Zur Messung werden zwei Magnetometerköpfe (Sensoren) in unterschiedlichen Abständen vom Baryzentrum, d. h. dem Schwerpunkt, des Störmagnetfeldes angeordnet Die Ausgangsspannungen der Magnetometerköpfe werden in zwei Wegen einer Auswerteschaltung so umgeformt daß Spannungen gewonnen werden, die dem Gesamtmagnetfeld, der Differenzfeldstärke und letztlich dem zu messenden äußeren Magnetfeld proportional sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches eine genauere Kompensation des Schiffsmagnetfcldes ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angeführten Merkmale gelöst

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen zusammengestellt.

Nachstehend wird anhand eines Ausführungsbeispielcs die Erfindung näher erläutert.

Fi g. 1 zeigt die Anordnung zur Bestimmung der zur Kompensation des magnetischen Eigenfeldes eines Schiffes (Objektes 3) erforderlichen Wicklungsströme in

:io M ES-Anlagen, und zwar ist 1 der räumliche Bereich, in dem sich ein aus Einzel-Meßsonden 2 bestehende Meßsondcnfeld und eine elektrische Signalverarbeitungsanlagc 4 sowie das zu kompensierende Schiff 3 mit seinen MES-Kompensationswicklungen 5 (MES-Wicklung 5) befindet.

Die Meßsonden 2 sind hier unterhalb des zu kompensierenden Schiffes angebracht, sie können sich auch seitlich bzw. über dem Schiff befinden.

Die Meßsonden 2 messen richtungsabhängig die Vertikal- bzw. Vertikal- und beide Horizontalkomponenten des Magnetfcldes, das im allgemeinen aus einer Überlagerung des Magnetfeldes des Schiffes, des Magnetfeldes der MES-Kompcnsaiionswicklungen und des Erdmagnetfeldes besteht, sofern dieses nicht mit einer Hilfseinrichtung kompensiert ist.

F i g. 2 zeigt das Schiff 3, eine in dem Schiff befindliche MES-Kompensationswicklung 5, eine das Magnetfeld des Schiffes messende Meßsondenzeile 6 mit den Meßsonden .Vl ... SN sowie eine schematische Darstellung des Verlaufs des Magnetfeldes 7 des Schiffes 3 und des Magnetfeldes 8 der MES-Kompensationswicklung 5. Auf der X-Achsc ist zusätzlich ein Raumpunkt (signifikanter Punkt 9) angegeben, der im folgenden näher erläutert wird.

Die in der MES-Kompensationswicklung einzustellenden Wicklungsströme werden vorher in einem Rechner so bestimmt, daß eine optimale Kompensation des Magnetfcldes des Schiffes erreicht wird, d. h. daß die Amplitude des Magnetfeldes 7 des Schiffes 3 unter einer

bo vorbestimmten Schwelle bleibt.

Dieses wird mit Hilfe eines in der Signalvcrarbei-Hingsanlagc 4 befindlichen mathematischen Modells der magnetischen Wirkung der MES-Kompensationswicklungen 5 erreicht, das gcrätelcchnisch aus einer Z.usam-

b^r> menschaliiing von elektronischen Summier-, Integrierverstärkern sowie logischen Vcrknüpfungselcmcnlcn bestehen kann, l'.s kann auch durch einen oder mehrere Mikroprozessoren gebildet werden, deren Bcfchlsfolgc

verwendet werden kann. Eine weitere Möglichkeil besteht darin, die magnetischen Wirkungen der MES-Kompensationswicklungen durch magnetische Dipole angenähert zu beschreiben. Diese Dipole können auch durch Wicklungsströme und das erdmagnetische Feld gesteuert werden, um die magnetischen Wirkungen der Materialien des Schiffes angenähert zu beschreiben. Auch können geometrische Körper aus geeigneten Werkstoffen für die magnetischen Wirkungen des Schiffsmaterials herangezogen werden. Schließlich kann das mathematische Modell so ausgebildet sein, daß es sich den Veränderungen der magnetischen Verhältnisse selbst anpaßt.

Dieses mathematische Modell kann im einfachsten Fall als Übertragungsfunktion zwischen einer einzustellenden Eingangsvariablen und der Wirkung des durch die MES-Kompensationswicklung fließenden Wicklungsstromes beschrieben werden.

In Fig.3 ist diese Übertragungsfunktion symbolisch durch das Kästchen FaIs Funktion

y = F ■ χ

mit χ als der Eingangsvariablen und y als der Ausgangsvariablen dargestellt.

Die Eingangsvariable χ ist in diesem Fall ein in die elektrische Signalverarbeitungsanlage 4 von außen eingegebener numerischer Wert bzw. ein Wert, der in der elektrischen Signalverarbeitungsanlage 4 durch Itcration oder andere mathematische Lösungsverfahren bei entsprechend vorgegebenen Grenzen des zulässige«; Restmagnetfeides selbst berechnet wird, und den einzustellenden Wicklungsstrom darstellt.

Die Ausgangsvariable/gibt das zugehörige Magnetfeld der M ES-Kompensation wicklung an.

Die Übertragungsfunktion F beschreibt also den Zusammenhang zwischen Wicklungsstrom der MES-Kompensationswicklung 5 und dem von ihr erzeugten Magnetfeld 8.

Sie kann im einfachsten Fall eine lineare Funktion sein, die die Materialeigenschaften bzw. die Art der Anordnung der Kompensationswicklung im zu kompensierenden Schiff und die davon abhängige Änderung der Übertragungseigenschaften von denen einer Luftspule in Form von Korrekturfaktoren enthält.

Zur zusätzlichen Vereinfachung des mathematischen Modells kann sich die Übertragungsfunktion auf eine richtige Wiedergabe des Verhaltens geeigneter signifikanter Raumpunkte 9 beschränken. Ein signifikanter Raumpunkt kann z. B. der Ort sein, an dem ein Maximum des Feldverlaufs des Schiffes vorliegt oder ein Raumpunkt, an dem der maximale Einfluß der MES-Kompensationswicklung vorliegt oder einfach die geometrische Mitte der MES-Kompensationswicklung.

In diesem Fall wäre es mit Hilfe des mathematischen Modells nur notwendig, die magnetischen Restfelder an diesem signifikanten Raumpunkt unter eine vorgegebene Schwelle bzw. auf Null zu kompensieren.

Wird das zu kompensierende Schiff mit mehr als einer MES-Kompensationswicklung ausgestattet, wie Fig.4 zeigt, so wird das mathematische Modell erweitert, wobei nach Fig. 5 für jede einzelne MES-Kompensalionswicklung eine individuelle Übertragungsfunktion Fi FN angesetzt wird und die Verknüpfung der Einflüsse einer Wicklung auf das Magnetfeld am On der anderen Kompensationswicklung durch zusätzliche Übcriragungsfunktionen F12 bis FMN erfolgt.

Auch hier kann wiederum die Übertragungsfunktion auf die richtige Wiedergabe des Übertragungsverhaltens bei den signifikanten Raumpunkten beschränkt sein.
Zusätzliche Übertragungsfunktionen werden auch benutzt um die Auswirkung einer z. B. in Vertikalrichtung wirkenden MES-Kompensationswicklungen auf die Horizontalkomponenlen des Feldes darzustellen.

Eine weitere Vereinfachung des mathematischen Modells ergibt sich dadurch, daß bei einer Anordnung von

ίο mehreren Kompensationswicklungen der Einfluß von zu einem bestimmten Abschnitt weit entfernten MES-Kompensationswicklungen unberücksichtigt bleibt

In F i g. 4 ist ein zu kompensierendes Schiff 3 dargestellt, das zwei MES-Kompensationswicklungen 5a und

is 5benthält, die in Vertikalrichtung wirken.

Das Magnetfeld des Schiffes 3 hat zwei oder mehrere Maxima. Es ist daher sinnvoll, die Maxima des Magnetfeldes des Schiffes mit getrennten MES-Kompensationswicklungen 5a und 5b zu kompensieren.

In F i g. 5 ist der zugehörige prinzipielle Aufbau des mathematischen Modells anhand der Übertragungsfunktionen gezeigt. In diesem Fall ist das Schiff 3 in einzelne magnetische Bereiche I0a und 10£(Fig. 4) zu zerlegen und diese Bereiche für sich getrennt zu betrachten. Innerhalb dieser Bereiche wird das Verhalten der Übertragungsfunktionen allein auf die signifikanten Raumpunkte 9a und 9b beschränkt. Als signifikante Raumpunkte werden hier beispielsweise die Maxima des Magnetfeldes 7 des Schiffes 3 verwendet.

jo Die Auswirkungen der MES-Kompensationswicklungen 5a und 5b auf die Horizontalkomponenten des Magnetfeldes sind hier nicht dargestellt.

Dem Bereich 10a des Schiffes 3 wird der signifikante Raumpunkt 9a zugeordnet.

r> Die Übertragungsfunktion Fl gibt die Abhängigkeit des Magnetfeldes 8a der MES-Kompensationswicklung 5u von dem Wicklungsstrom an, der als numerischer Wert einzustellen ist, am Orte des signifikanten Raumpunktes 9a. Die Übertragungsfunktion F12 stellt die Abhängigkeit des Magnetfeldes am Orte des signifikanten Raumpunktes 9b vom Wicklungsstrom der MES-Kompensationswicklung 5a dar, d. h. die Auswirkung des Wicklungsstromes der MES-Kompensationswicklung 5a auf den Feldverlauf Sb unter MES-Kompensa-

Vi tionswicklungSb.

Die Übertragungsfunktion F2 gibt die Abhängigkeit des Magnetfeldes 86 der MES-Kompensationswicklung 5b von dem in MES-Kompensationswicklung 5b einzustellenden Wicklungsstrom an, bezogen auf den Ort des

so signifikanten Raumpunktes 96, die Übertragungsfunktion F21 die Abhängigkeit des Magnetfeldes am Ort des signifikanten Raumpunktes 9a vom Wicklungsstrom der MES-Kompensationswicklung 5 b.
Das gesamte Magnetfeld am Ort des jeweiligen signifikanten Raumpunktes ergibt sich dann durch geeignete Superposition der entsprechenden Einflüsse.

Um das Magnetfeld des Schiffes zu kompensieren, werden innerhalb der elektrischen Signalverarbeitungsanlagc 4 die Eingangsvariablen des mathematischen

bo Modells derart eingestellt, daß die resultierenden Ausgangsvariablen, d. h. die Magnetfelder am Orte der signifikanten Raumpunkte dem Magnetfeld des Schiffes entsprechen, aber entgegengesetztes Vorzeichen haben. Die Einstellung der Eingangsvariablen kann durch

h5 Itcration oder mittels anderer mathematischer Lösungsverfahren von Gleichungssystemen, wie z. B. dem Gaußschen Algorithmus erfolgen.

Die Eingangsvariablen ν werden von der elektrischen

Signalverarbeitungsanlage 4 dargestellt und dem Schiff 3 übermittelt, wo eine manuelle oder automatische Einstellung der Wicklungsströme erfolgt.

Zur Übermittlung der Daten kann eine elektrische oder optische Verbindung (Lichtleiter) vorhanden sein.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

20

55

60

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Wicklungströme in magnetischen Eigenschutz (MES)-Anlagen zur Konpensation des magnetischen Eigenfeldes eines Schiffes, bei dem Meßsonden für die Erfassung des magnetischen Feldes des Schiffes nach Größe und Richtung verwendet werden und die Meßsignale der Meßsonden als Eingangssignale einer elektrischen Signalverarbeitungsanlage zugeführt werden und die Signalverarbeitungsanlage Ausgangssignale für die Größe und Richtung der für einen Kompensationszustand einzustellenden Wicklungsströme für das Schiff liefert, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld innerhalb der Schiffskanten in Bereiche mit bestimmten Raumpunkiea (9,9a. 9b), an denen sich die Meßsonden (2) befinden, unterteilt wird, daß für die in den einzelnen Bereichen befindliche Kompensationswicklung (5, 5a, 5b) eine Übertragungsfunktion aufgestellt wird, die die Wirkung der Kompensationswicklung (S, 5a, 5b) an den Raumpunkten (9,9a, 9b) angibt und daß die Wirkung der Kompensationswicklung (5,5a, 5b)benachbarter Bereiche durch jeweils eine weitere Übertragungsfunktion an dem jeweiligen gleichen Raumpunkt (9, 9a, 9b) überlagert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den an den einzelnen Raumpunkten (9,9a, 9b) gemessenen Feldwerten (y). mit denen die Signalverarbeitungsanlage (4) beaufschlagt wird, unter Verwendung der jeweiligen Übertragungsfunktionen durch Iteration, den Gauß'sehen Algorithmus oder andere mathematische Lösungsverfahren der in den jeweiligen Kompensationswicklungen einzustellende Wicklungsstrom ^berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertrsgungsfunktioncn aus der Wirkung magnetischer Dipole abgeleitet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Übertragungsfunktionen die magnetischen Wirkungen der Materialien des Schiffes durch magnetische Dipole angenähert werden, die von den Wicklungsströmen und dem Erdmagnetfeld gesteuert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Übertragungsfunktionen aus der Wirkung der Materialien des Schiffes abgeleitet werden, wobei das Schiff durch einfache geometrische Körper aus entsprechenden Materialien angenähert wird.