DE3936985C2

DE3936985C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Kompensation von objekteigenen magnetischen Störfeldern, insbesondere bei Schiffen, mittels feldgeregelter magnetischer Eigenschutzanlage

Info

Publication number: DE3936985C2
Application number: DE19893936985
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl Ing Schmidt
Original assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Current assignee: Bundesrepublik Deutschland; Bundesministerium der Verteidigung
Priority date: 1989-11-07
Filing date: 1989-11-07
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2009-11-08
Also published as: DE3936985A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kompensation von objekteigenen magnetischen Störfeldern gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2, welche es ermöglichen, ein ferromagnetisches Objekt, in der Hauptsache ein Schiff, als quasi-amagnetisch für bestimmte wählbare Orte in der Objektumgebung darzustellen.

Es ist bekannt, daß die Eisenmassen eines Schiffes verschiedenen magnetischen Wirkungen ausgesetzt sind und solche auch in der Schiffsumgebung verursachen. Während der Bauphase eines Schiffes entsteht in ihm ein permanentes Feld durch die Einwirkung des ständig wirksamen Erdfeldes.

Dieses Feld kann zwar durch Entmagnetisierungsbehandlungen beseitigt werden, da das Erdfeld aber auch während des Schiffsbetriebes weiter auf dieses einwirkt, bildet sich das permanente Feld immer wieder neu aus.

Neben dem erwähnten permanenten Feld wird durch die Position des Schiffes im äußeren Erdfeld ein sogenanntes induziertes Feld verursacht.

Abhängig von der momentanen Schiffsposition wird das umgebende Feld beeinflußt.

Durch elektrischen Strom in Leitern zur Stromleitung an Verbraucher oder in elektrischen Erzeugern und Verbrauchern etc. bilden sich elektromagnetische Streufelder.

Als vierte nennenswerte magnetische Komponente ist das Wirbelstromfeld, hervorgerufen durch die Änderung des von metallischen Werkstoffen umfaßten Flusses während der unvermeidbaren Schiffsbewegungen im äußeren Feld, zu nennen.

Die verschiedenen magnetischen Einflüsse, die das Schiff aus vorgenannten Gründen in seiner Umgebung bewirkt, werden hauptsächlich in der Minentechnik dazu genutzt, deren Detonation im geeigneten Moment der Über- oder Vorbeifahrt eines Wasserfahrzeuges auszulösen.

Eine gleiche Gefahr gilt generell auch in ähnlicher Weise für Landfahrzeuge. Bisher sind verschiedene Verfahren bekannt, die magnetische Objektwirkung in deren Umgebung zu minimieren. Dazu werden mittels stromgespeister Wicklungen mgnetische Felder induziert, die den Störfeldern entgegengesetzt sind (magnetischer Eigenschutz MES).

Aus der DE 36 14 527 A1 ist eine Verfahren bekannt, mit dessen Hilfe eine höhere Genauigkeit und ein wirtschaftlicheres Nachjustieren einer MES-Anlage erreicht werden soll. Während der Erstvermessung einer MES-Anlage werden dazu die Wicklungseffekte ermittelt und als Faktoren in der MES-Regelanlage gespeichert, die dann die jeweils abhängig von der Objektsituation zur magnetischen Kompensation notwendigen Wicklungsströme mitbestimmen. Weiter werden diese Daten als Grundlage zur Nachjustierung der MES-Anlage mitverwendet.

In der DE 36 20 402 C2 ist eine Vorrichtung zum Steuern einer MES-Anlage beschrieben. Diese Vorrichtung zeichnet sich durch den Verzicht auf Meßmittel zur Störfeldbestimmung aus. Statt dessen sind in der MES-zugehörigen Regelanlage Daten ihrer Erstvermessung gespeichert. Diese Daten sind Grundlage, abhängig von Lage und Ort des Objektes den aktuell notwendigen Wicklungsstrom zu ermitteln.

Ein weiteres Verfahren für eine störfeldgeregelte MES-Anlage erläutert die DE 34 03 982 A1. Besonderheit dieses Verfahrens ist es, an dafür geeignet gehaltenen Orten über dem Objekt, mittels Differenzmagnetometer, Magnetfelddifferenzen zu erfassen, nach denen ein Regler, unter Beachtung weiterer angenommener Objektbedingungen, die zur Kompensation in die Wicklungen einzuspeisenden Ströme bestimmt.

Eine MES ist aus der DE 29 29 964 C2 bekannt, wo die hauptsächlich die Kompensationsgenauigkeit bestimmenden Magnetfeldsonden an einem vom eigentlich relevanten Objekt abgesetzten Ort, bevorzugt wird eine unmagnetische Mastspitze, angebracht sind und dort das magnetische Feld der Objektumgebung messen sollen. Nacheinander werden typische Kompensationswicklungen an die Sonde angekoppelt und in sie ein Strom so eingespeist, daß der Meßeffekt an der Sonde zu Null wird, d. h. daß sich das Schiffsstörfeld und das Wicklungsfeld der Rückkopplungsspulen am Ort der Sonde kompensieren.

Den genannten Verfahren und Vorrichtungen sind als Hauptnachteil eigen, daß sie die wirklichen momentanen objektbedingten Störfelder nicht zur Grundlage der aktuellen Wicklungsstrombestimmung benutzen können.

Entweder werden die magnetischen Verhältnisse mittels Sonden, die weit vom interessierenden Objekt entfernt befestigt sind, ermittelt oder es werden statt dessen Werte zur Wicklungsstrombestimmung zugrunde gelegt, von denen nur angenommen werden kann, sie besäßen eine fortwährende Gültigkeit.

Diese Vorgehensweise war bisher, im Hinblick auf die noch weniger empfindlichen Minenzünder, ausreichend, sie wurde aber leider inzwischen durch deren Fortentwicklung überholt.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Wirksamkeit einer MES- Anlage so zu steigern, daß sich am Gefährdungsort eine tatsächliche Kompensation der vom Objekt ausgehenden aktuellen magnetischen Wirkung ergibt.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 und seinen Unteransprüchen angegebenen Merkmale gelöst.

Als wesentlichstes Merkmal wird anstelle eines als repräsentativ angesehenen Störfeldes, z. B. in der Mastspitze, direkt am Ort des Feldlinienaustritts aus dem Objekt mittels einer großen Anzahl Magnetfeldsonden, deren Dichte auf der Objektoberfläche unterschiedlich sein kann, das wirkliche Objektstörfeld gemessen.

So können im Gegensatz zu herkömmlichen Anlagen alle zwischenzeitlich stattgefundenen Änderungen der eingangs beschriebenen magnetischen Verhältnisse aktuell aufgefaßt und über eine Regelanlage sofort kompensiert werden.

Die Ausgangssignale der einzelnen Meßsonden werden dazu über nachgeschaltete Anpaßglieder einem Summenpunkt zugeleitet, von wo sie einer speziellen Rechenschaltung zugeleitet, mathematisch in die magnetischen Feldstärkekomponenten der Schiffslängs-, -quer- und -hochachse (Hx, Hy, Hz) umgewandelt werden.

Diese Werte repräsentieren die Flußdichte an beliebigen Orten außerhalb des Objektes und dienen dazu, an diesen bestimmten Orten mittels eines an Bord befindlichen Regelkreises mit magnetfelderzeugenden Stellgliedern (Spulen) das Gesamtstörfeld auf Null oder einen anderen beliebigen Wert zurückzuführen.

Nur so kann das Schiffsstörfeld, resultierend aus all seinen Einzelkomponenten, am Ort der Mine (der z. B. aus der Wassertiefe gefolgert werden kann) vollkommen berücksichtigt werden. Dies ermöglicht es, mittels eines in Fahrtrichtung besonders provozierten Feldes etwaig dort vorhandene elektromagnetisch auslösbare Minen zu zünden.

Momentane Änderungen des Störfeldes, wie sie z. B. durch Schießen und Schwenken einer Waffe erzeugt werden, sind so verzögerungsfrei im gewünschten Maß auszuregeln.

Die Vorrichtung ist dabei in der Lage, sowohl magnetische Gleichfelder, wie auch magnetische Felder höherer Frequenz zu kompensieren.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt die

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Schiffes, welches mit einer Anzahl von Feldmeßsonden an seiner Oberfläche versehen ist, die mittels eines sie umhüllenden amagnetischen Formkörpers gegen mechanische Beschädigung geschützt werden; die

Fig. 2 die erfindungsgemäße Vorrichtung im Blockschaltbild.

Die Fig. 1 zeigt ein Objekt 1, hier einen Schiffskörper, welcher auf seiner Oberfläche eine Anzahl von Feldmeßsonden 3 trägt, die auf ihm einen Feldmeßsondenteppich 2 bilden.

Seine Dichte und seine Lage in bezug auf die Objektoberfläche wird in der Hauptsache bestimmt von der Kompensationsgüteforderung für das Objekt sowie von der Topografie der Objektoberfläche.

Im Fall der Feldmeßsondenmontage auf der Oberfläche werden diese von einem amagnetischen Formkörper 21 umhüllt und abgedeckt. Die Oberfläche des Formkörpers 21 stellt dann die aero- oder hydrodynamisch wirksame Objektoberfläche dar, die zu diesem Zweck besondere Formen aufweisen kann.

In der Fig. 2 wird die erfindungsgemäße Kompensationseinrichtung von objekteigenen magnetischen Störfeldern anhand eines Blockschaltbildes dargestellt.

Ausgehend von der Tatsache, daß zur definierten Kompensation eines Objektstörfeldes an einem bestimmten Ort der optimalste Anbringungsort für einen Sensor genau dieser Ort wäre, nämlich im verwendeten Beispiel eines Schiffes, welches von einer magnetfeldabhängig gezündeten Mine gefährdet wird, der Liegeort der Mine, ergibt sich eine Meßebene in einer gewissen Wassertiefe.

Da dies im praktischen Betrieb eines fahrenden Schiffes nicht realisierbar ist, wird in der erfindungsgemäßen Lösung diese Meßebene direkt als Hülle an das Objekt gelegt.

Die dann an der Außenhaut des Schiffes befindlichen Feldmeßsonden 3 sind so ausgerichtet, daß sie die Normalkomponente des Schiffsfeldes messen.

Diese Werte, es sind eine Anzahl Sonden montiert, werden an ein auf die jeweilig angeschlossene Feldmeßsonde bezogenes Anpaßglied 5, welches das Signal abhängig von Sondenort und Rechenort gewichtet, gegeben.

Diese so manipulierten Signale werden an eine Summationsschaltung 6 geleitet, von der aus sie an die Funktionseinheit für die Feldstärkeerrechnung im Raumpunkt 7 weitergegeben werden.

Die Funktionseinheit 7 enthält ein mathematisches Modell, welches dem Algorithmus

H_ni = Feldmeßwert am Sondenort
a_i = Gewichtung der Sondensignale
N * M = Gesamtzahl der Sensoren

genügt.

Die Funktionseinheit 7 stellt damit an ihrem Ausgang die aktuellen Feldstärkewerte für einen z. B. automatisch vorgegebenen Rechenort, der dem Tiefenmeßsignal eines Tiefenmeßgerätes entspricht, zur Ansteuerung von Leistungsgliedern 8, 9, 10 zur Verfügung, die abhängig von diesem Signal in Kompensationswicklungen 11, 12, 13 einen solchen Strom einspeisen, daß das aus Schiffsstörfeld und Erdfeld resultierende magnetische Feld am Rechenort dem gewünschten Wert entspricht.

Anstelle der vom Tiefenmesser abhängigen Rechenpunktvorgabe kann dies auch automatisch nach anderen Kriterien oder nach einer manuellen Vorgabe erfolgen. Damit die Gewichtung der Meßsonden 3 für andere Rechenpunkte mittels der Anpaßglieder 5 verzugsfrei erfolgen kann, sind in einem besonderen Festwertespeicher für verschiedene Raumkoordinaten Korrekturfaktoren für die Variation der Anpaßglieder 5 abgelegt.

Bezugszeichenliste

1 Schiffskörper (Objekt)
2 Feldmeßsondenteppich
3 Feldmeßsonde
4 Magnetometer
5 Anpaßglied
6 Summationsschaltung
7 Funktionseinheit für die Feldstärkeerrechnung im Raumpunkt (Hx(p), Hy(p), Hz(p))
8 Leistungsglied für die Hx-Kompensationsspulen
9 Leistungsglied für die Hy-Kompensationsspulen
10 Leistungsglied für die Hz-Kompensationsspulen
11 Kompensationswicklungen zur Längsachsen-Kompensation
12 Kompensationswicklungen zur Querachsenkompensation
13 Kompensationswicklungen zur Hochachsenkompensation
14 Ausgabemonitor mit Drucker
15 Eingabetastatur
16 Festwertspeicher für verschiedene Rechenpunkte
17 Automatische Rechenpunktvorgabe
18 Schiffslängsachse
19 Schiffsquerachse
20 Schiffshochachse
21 amagnetischer Formkörper

Claims

1. Verfahren zur Kompensation von objekteigenen magnetischen Störfeldern, insbesondere bei Schiffen, deren Wirkung in Abhängigkeit des von am Objekt mitgeführten Sensoren gemessenen Objektfeldes regelbar ist, wobei mittels Leistungsgliedern, Kompensationswicklungen ein Strom eingespeist wird, dadurch gekennzeichnet, daß das momentan wirksame objekteigene magnetische Störfeld partiell an der Objektoberfläche mittels einer Anzahl jeweils in Normalrichtung zu dieser Objektoberfläche angeordneter Magnetfeldsensoren festgestellt wird und diese ermittelten Werte über, auf die jeweilige Meßsonde bezogene, mittels elektronischer Bauelemente realisierten Anpaßschaltungen, einem Summenpunkt einer durch einen elektronischen Rechner dargestellten Funktionseinheit zugeleitet werden, die gesteuert von einem Datenverarbeitungsprogramm die Umrechnung der von den Einzelsonden gemessenen magnetischen Feldstärke in mindestens einen Wert der die magnetische Flußdichte in beliebiger Richtung an einen beliebig bestimmbaren Ort außerhalb des Objektes repräsentiert, vornimmt und dieser so berechnete Wert dann als Variable in einem Regelalgorithmus magnetfelderzeugende Stellglieder so steuert, daß die Flußdichte an bestimmbaren Orten auf Null oder einen anderen beliebigen Wert zurückgeführt wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl in objektformgleichen Meßebenen in Normalrichtung zur Objektoberfläche ausgerichteter Feldmeßsonden (3) aufweist, die elektrisch verbunden sind mit jeweils auf die einzelnen Meßsonden (3) bezogene Anpaßglieder (5), welche mittels elektronischer Bauelemente realisiert sind und die elektrisch verbunden sind mit einer Summationsschaltung (6) zur Summation der angepaßten Sondeneinzelsignale zu einem Summensignal, wobei der Signalausgang der Summationsschaltung (6) elektrisch verbunden ist mit dem Signaleingang einer durch einen elektronischen Rechner dargestellten Funktionseinheit für die Feldstärkeerrechnung (7), die gesteuert durch ein Datenverarbeitungsprogramm, die Umrechnung der von den einzelnen Feldmeßsonden (3) gemessenen magnetischen Feldstärken in mindestens einen Wert, der die magnetische Feldstärke an einem beliebigen Ort in der Objektumgebung repräsentiert, vornimmt und diesen Wert elektrisch an ein Leistungsglied (8, 9, 10) leitet, welches hiervon abhängig in Kompensationswicklungen (11, 12, 13) einen solchen Strom einspeist, daß das vom Objekt in seiner Umgebung erzeugte magnetische Feld an wählbaren Orten auf Null oder einen anderen frei wählbaren Wert zurückgeführt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch einen elektronischen Rechner dargestellte Funktionseinheit (7) von einem Datenprogramm gesteuert die Berechnung der magnetischen Feldstärkekomponenten an bestimmten Punkten (H_x(P), H_y(P), H_z(P)) gemäß dem nachfolgenden Algorithmus

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die durch einen elektronischen Rechner dargestellte Funktionseinheit einen Speicher für bestimmte, nach selbstgewählten Orten in der Objektumgebung vorgebbare, durch die Anordnung der Sonden in Beziehung zum Rechenpunkt gegebene geometrische Regeln in allen drei Raumrichtungen besitzt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalausgang eines auf Schiffen vorhandenen Tiefenmeßgerätes mit einem korrespondierenden Eingang an der durch einen elektronischen Rechner gebildeten Funktionseinheit für die Feldstärkeerrechnung im Raumpunkt verbunden ist und der übertragene Tiefenmeßwert dazu dient, eine gewählte magnetische Kompensation automatisch der jeweiligen Wassertiefe oder einer Äquidistante hierzu folgen zu lassen.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldmeßsonden auf der Objektwand innen und/oder außen in Normalrichtung befestigt sind.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldmeßsonden bei Montage auf der äußeren Objektoberfläche von einem amagnetischen Formkörper eingeschlossen sind, dessen Formkörperoberfläche die hydro- oder aerodynamischen Eigenschaften des Objektes in diesem Bereich bestimmen.

8. Verwendung der Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach einer besonderen Bedienanweisung auch zur magnetischen Selbstvermessung benutzt wird.