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Rahmengoniometer mit drei oder mehr Rahmen Die vorliegende Erfindung
betrifft ein Rahmengoniometer, bei dem die nicht sinusförmige Abhängigkeit der Kopplung
zwischen Feld- und Suchspule vom Drehwinkel weitgehend kompensiert ist, so daß praktisch
keine Fehler mehr in der Richtungsbestimmung auftreten.
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Man kann, wie bekannt, zur Bestimmung der Richtung eines Senders
statt eines drehbaren Rahmens ein Kreuzrahmengoniometer verwenden, das aus zwei
rechtwinklig gekreuzten, festen Rahmen R1, R2 (Abb. 1) besteht, die an die ebenfalls
rechtwinklig gekreuzten Feldspulen J1, J eines Goniometers angeschlossen sind. In
deren Magnetfeld wird eine Suchspule 3 gedreht, die an einen Empfänger angeschlossen
ist. Die in der Suchspule induzierte EMK soll beim Drehen nach derselben Funktion
variieren wie bei einem Drehrahmen. Damit diese Forderung erfüllt ist, müssen die
von jeder Feldspule in der Suchspule maximal induzierten EMKK unter sich gleich
sein; ferner muß sich die Kopplung zwischen einer Feldspule und der Suchspule nach
einem Sinus- bzw. Cosinusgesetz mit dem Drehwinkel ändern, denn die in den Kreuzrahmen
vom Sender induzierten Ströme sind proportional cos a bzw. sin a, wenn a den Winkel
zwischen der Senderrichtung S und einer der Rahmenebenen, z. B. R3, bezeichnet (Abb.
I); ist ferner p der Winkel, den die Suchspule mit der an eben diesen Rahmen angeschlossenenFeldspule
einschließt, so wird bei sinusförmiger Kopplungsvariation und gleichen Amplituden
die in der Suchspule induzierte EMK proportional cos a cos fl + sin a sin ß = cos
(a 6), d. h. man erhält dieselbe Funktion wie beim Drehrahmen.
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In Wirklichkeit ändert sich die Kopplung gewöhnlicher, ineinander
drehbarer, kurzer, zylindrischer Spulen nicht sinusförmig; vielmehr ist in der Nähe
des Maximums die Änderung wesentlich rascher als bei einer Sinuskurve. Die Folge
davon ist, daß ein mit gewöhnlichen Spulen ausgerüstetes Goniometer Peilfehler zeigt,
die an einigen Stellen der Skala mehrere Winkelgrade betragen können. Nur sehr lange
Spulen, die ein nahezu homogenes Magnetfeld erzeugen, haben die Eigenschaft sinusförmiger
Kopplung; sie haben dafür den Nachteil, daß die Kopplung sehr lose und damit die
Empfindlichkeit des Empfängers sehr gering ist.
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Wird nun eine an sich bekannte Peilanordnung verwendet, die aus drei
oder mehr gleichen
Rahmen, die um gleiche Winkel versetzt sind,
besteht und bei der die einzelnen Rahmen an eine gleiche Anzahl von versetzten Feldspulen
eines Goniometers angeschlossen sind, so lassen sich zur Beseitigung von Peilfehlern
eine Harmonische des nicht genau sinusförmigen Kopplungsverlaufes sowie deren Vielfache
eliminieren. Dies läßt sich folgendermaßen einsehen: die gegenseitige Induktivität
zwischen einer festen und einer drehbaren Spule als Funktion des Drehwinkels läßt
sich, da sie eine (mit 2 2) periodische Funktion ist, als Fouriersche Reihe darstellen;
unter der Voraussetzung völliger Symmetrie fehlen die geraden Harmonischen, und
die Reihe erhält die Gestalt
wenn S wieder den Winkel bezeichnet, den die Spulebenen miteinander einschließen.
Hat man n Feldspulen, die je um den Winkel versetzt sind und in denen die Ströme
1,, 1,, 13 In fließen, so erhält man für den magnetischen Fluß durch die Suchspule
den n-gliedrigen Ausdruck
Da die Ströme I, bis In in den n um gleiche Winkel versetzten Rahmen gleiche Amplituden
haben und gegenseitig um ebenfalls phasenverschoben sind, wird, wenn x wieder den
Winkel zwischen der Senderrichtung und der Ebene des Rahmens I bezeichnet,
Für v fl fällt, wie man sieht, die n-te HarmonischeA, heraus, ferner alle Vielfachen
von n. Ist z. B. ist = 3 wie bei einem Dreirahmengoniometer (Abb. 2), so wird die
dritte Harmonische der Kopplungsfunktion, die im allgemeinen am stärksten vertreten
sein wird, unwirksam, ebenso die neunte usw. Die drei Rahmen Rt, R2, R3 sind dabei
um I20° versetzt, ebenso die Feldspulen. Die Tatsache, daß sowohl die Rahmen als
auch die Feldspulen miteinander gekoppelt sind, ist nicht störend, sofern die Kopplungen
für jeden Rahmenkreis gleich groß sind, was sich durch symmetrischen Aufbau erreichen
läßt. Gegenseitige Kopplung äußert sich darin, daß die Ströme, die in jedem Kreis
fließen, nicht durch die EMK und den Scheinwiderstand allein bestimmt sind; es tritt
noch ein Faktor dazu, der von der Kopplung abhängt und bei symmetrischer Anordnung
für alle Kreis ströme gleich groß ist.
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Es ist weiterhin vorgeschlagen worden, z-ur Beseitigung von Peilfehlern
die Suchspule in zwei Spulen zu unterteilen, die dann einen geeigneten Winkel miteinander
bilden müssen.
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Dieser Winkel wurde so eingestellt, daß eine bestimmte Harmonische
unterdrückt wurde.
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So beträgt dieser Winkel beispielsweise zur Beseitigung der fünften
Harmonischen 360.
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Um eine möglichst vollständige Beseitigung von Peilfehlern zu erreichen,
wird nun gemäß der vorliegenden Erfindung ein Rahmengoniometer mit drei oder mehr
Rahmen vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß zur Beseitigung einer
Harmonischen des nicht genau sinusförmigen Kopplungsverlaufes die Rahmen räumlich
um gleiche Winkel versetzt fest angeordnet und an ein Goniometer mit ebensoviel
Feldspulen, die um denselben Winkel versetzt sind, angeschlossen sind, daß die Suchspule
geteilt ist und die Einzelspulen einen solchen Winkel miteinander bilden, daß die
restlichen Harmonischen weitgehend unterdrückt werden.
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Mit Hilfe des ersten erfindungsgemäßen Merkmales wird man zweckmäßig
eine besonders störende, beispielsweise die dritte Harmonische des Kopplungsverlaufes
eliminieren.
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Durch Einstellung des Winkels der Suchspulenhälften ist es dann möglich,
die restlichen Harmonischen weitgehend zu unterdrücken.