TWI816944B - 消磁和磁跡量測設備 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種用於消磁及用於量測一靜止船體(4)之磁跡且用於模擬一磁場之設備(2)，該設備包含可在一側以一水平方式緊鄰該船體(4)而定位之一消磁線圈總成、一磁場感測器總成及一模擬線圈總成，且該消磁線圈總成的消磁線圈(8)及該模擬線圈總成的模擬線圈(12a，12b，12c)之橫截面區域以水平定向之表面法線在該船體(4)之縱向方向上安置。該等消磁線圈(8)產生一交變磁場；該等模擬線圈(12a，12b，12c)在所有三個維度上均產生一靜止的模擬磁場。

Description

消磁和磁跡量測設備

本發明係關於一種用於消磁及用於量測靜止船體之磁跡並用於模擬磁場之設備，該設備包含消磁線圈總成、磁場感測器總成及模擬線圈總成。

已知用於船舶之消磁設備，尤其是用於軍事用途，該等消磁設備縮減船體之磁化以便例如使具有磁性雷管之磁雷較難找到該等船舶。除了消磁功能外，亦配備了此類設備以進行磁跡量測-可模擬與自然環境場不同的地球磁場，以達到船舶所需的消磁狀態。此外，該等設備通常具有磁跡量測的功能，藉助於該功能可記錄及分析船舶的磁跡。對於船舶，該磁跡藉助於在例如上文所提及之磁雷中使用的磁場感測器來提供對船體的可偵測性的量度，或該磁跡用於調整船舶的消磁設備。

自目前先進技術，已知消磁設備，其中船舶移動穿過一個或若干個消磁線圈，消磁線圈主要在豎直方向上產生強磁場。消磁線圈在錨固在地面中之支撐結構中在水平位置中固定在大約8m至12m的深度處，該等消磁線圈之表面法線因此相對於地球中心以豎直方式定向。藉由緩慢地穿過該設備，由線圈產生的具有恆定振幅之交變磁場被變換成具有增大及減小的振幅之交變磁場，從而引起消磁。

為了模擬磁場，一組模擬線圈以相同的方式嵌入錨固在地面的結 構中，該等模擬線圈亦產生靜止磁場，該磁場主要豎直地定向並具有所需的場強度。在消磁程序期間，模擬線圈系統及消磁線圈系統通常同時運行。

磁跡量測通常藉助於磁場感測器線來實現，船舶移動穿過感測器線會產生二維磁場圖，該磁場圖反映了船舶的磁化。

船舶可移動穿過的此類設備相對便宜，但該等設備之特徵在於操作上的缺點。除了由於設備相對於地球磁場之定向而導致的關於位置之限制之外，磁跡量測程序亦需要大量時間-因為船舶必須在不同方向上反覆移動穿過設備-及可僅產生相對於船體之縱向方向之橫向場及豎直場以用於模擬之事實尤其不利。此例如在以下事實中表達：由於地球磁場向量之自然遷移，該設備不再像設置時那樣與地球磁場對準，此係消磁及磁跡量測結果之品質惡化之原因。另一嚴重的缺點為，消磁場取決於潮汐範圍，因為船舶與消磁線圈之間的距離會根據水位而變化。若潮汐範圍大於2m，則可能會對使用該設備造成相當大的限制。

例如自WO 2013/038377已知籠形設備，其中船舶以靜止的方式位於由線圈組成的籠具內部。在大多數狀況下，該等設備以長方體的形式實現，並且可容納整個船舶。該等設備相對於地球磁場的定向係任意的，因為可在籠具內部產生所有三個維度的均勻磁場，以模擬磁場。消磁場在船體之縱向方向上產生，且因此特別有效。

關於該類型的設備，由設備之大小導致的高成本係不利的；詳言之，具有高的上層建築之船舶需要極大設備。此外，由於大的消磁體積而需要高消磁功率，並且由於船體經配置在線圈內部之縱向方向上，所以僅產生用於消磁的縱向場。

因此，本發明的目的係指出一種消磁設備，與現有設備相比，該消磁設備以較低的生產及操作成本提供了高水平的消磁效率。

結合請求項1之前言的特徵，該目的係藉由以下事實實現：相對於進入該設備之船舶，該設備可在船體之縱向方向上在一側緊鄰船體水平地定位，該消磁線圈總成具有至少兩個消磁線圈，該等消磁線圈之橫截面區域在船體之縱向方向上緊鄰彼此安置，且該等消磁線圈之表面法線以水平方式定向，在船體之縱向方向上行進之交變磁場因此在消磁線圈外部產生。代替其中產生交變磁場之至少兩個消磁線圈，亦有可能使用單個消磁線圈，該等消磁線圈之長度延伸穿過船舶之整個長度，並且因此不再產生交變磁場。

根據本發明，該等消磁線圈例如以使得其表面法線以水平方式定向之方式安置於碼頭或岸壁處。因此，船體不會自下方消磁，而是藉助於在船舶之縱向側進入之磁場線來消磁。該等消磁線圈沿著船舶之縱向側安置，因此可產生在船體之縱向方向上行進之交變磁場。若提供兩個或多於兩個消磁線圈，則沿著消磁線圈總成經過船舶並非需要的且由交變磁場替代，該交變磁場經過靜止的船體。

除了經系泊(靜止)船舶的優點之外，優點亦在於由於緊湊的消磁線圈總成，消磁時間短結合相當低的成本。以一簡單方式，消磁線圈總成可固定至碼頭或岸壁，或整合至碼頭或岸壁中。

在另一具體實例中，漸進式交變磁場具有相對於船體之縱向方向的水平橫向分量及/或縱向分量。在後一狀況下，至少需要三個消磁線圈以用於該進展。

除了對於消磁程序尤其有效的交變磁場之縱向分量之外，根據本發明之設備亦可用於產生交變磁場之水平橫向分量。交變磁場之水平橫向分量及交變磁場之縱向分量會產生高消磁效率。

在一有利的具體實例中，該模擬線圈總成具有模擬線圈，該等模擬線圈之橫截面區域在船體之縱向方向上緊鄰彼此安置，且其表面法線以一水平方式定向，包含相對於船體之縱向方向之豎直分量、橫向分量及縱向分量之靜止模擬磁場因此可在模擬線圈外部產生。

該模擬線圈總成包含與消磁線圈以相同方式定向之模擬線圈。因此，可以極靈活的方式模擬在所有三個維度上之具有磁場分量之所要的靜止磁場結構，且可例如補償地球磁場，而不論該設備之幾何定向如何。在一較佳具體實例中，該模擬線圈總成具有至少五個模擬線圈，至少兩個對抗的模擬線圈用於產生模擬磁場之豎直分量，至少一個模擬線圈用於產生橫向分量，且至少兩個對抗的模擬線圈用於產生縱向分量。

計數器操作的在船體之縱向方向上緊鄰彼此安置之兩個模擬線圈產生模擬磁場之縱向分量；在豎直方向上安置於彼此上方之兩個模擬線圈產生模擬磁場之豎直分量。為了產生模擬磁場之橫向分量，僅需要一個模擬線圈。

為了量測磁跡，磁場感測器總成具有磁場感測器，該等磁場感測器安置在例如消磁線圈及/或模擬線圈之各別橫截面區域之平面中。

磁場感測器較佳地安置於消磁線圈及/或模擬線圈之各別橫截面區域之平面中以便分析定位有對應的線圈之位置處的船舶之現有磁場。

在一較佳具體實例中，根據本發明之設備固定至非磁性碼頭或岸壁或整合至該非磁性碼頭或岸壁中。

為了更有效的消磁且為了較精地模擬磁場，根據本發明之兩個設備可在船體之縱向方向上以水平方式定位在相對側上。

在該具體實例中，每個碼頭或岸壁之根據本發明之一個設備可安置於碼頭或岸壁處，以靜止方式定位於兩個碼頭之間或定位於碼頭與岸壁之間的船體具有根據本發明之設備。

為了對處於浸入位置中之船舶進行消磁，該設備可安裝至高度可調節的碼頭，或可以高度可調節的方式安裝至固定碼頭，或以使得線圈完全浸沒在水中的方式安裝至岸壁。

該消磁系統亦可整合至浮船塢或乾船塢中，該浮船塢或乾船塢以非磁性方式實現且包含整個電氣/電子設備，諸如電流產生器、電流源產生器及信號處理系統。對於較大的船舶寬度，有利的是，消磁線圈之第三總成整合在船塢之底部處以便增加消磁場強度。

2:設備

4:船體

5:增強設備

6:碼頭

8:消磁線圈

10:磁場感測器

12a、12b、12c:模擬線圈

20a:豎直分量

20b:橫向分量

20c:縱向分量

30a:交變磁場之縱向分量

30b:交變磁場之水平橫向分量

其他有利的特徵可自以下描述及圖式得出，該等圖式使用實例描述本發明的較佳具體實例。

在下文中，[圖1]為根據本發明之設備的平面視圖之示意性說明，[圖2]為根據本發明之第一增強設備之平面視圖的示意性說明，[圖3]為根據圖1之根據本發明之設備的三維視圖之示意性說明，[圖4]為具有磁場感測器之消磁線圈總成之側視圖的示意性說明，[圖5]為模擬線圈總成之側視圖的示意性說明，[圖6a]至[圖6c]展示模擬磁場之磁場分量的產生，[圖7]展示漸進式交變磁場之縱向分量的產生，且[圖8]展示漸進式交變磁場之水平橫向分量的產生。

在圖1中，展示根據本發明之設備2可相對於靜止船體4定位之方式的示意圖。藉由在非磁性碼頭6處停泊及系泊船體4，根據本發明之設備2可以 此方式定位，使得該設備以水平方式在一側與船體4相鄰定位。因此，船體4在消磁程序期間及在磁跡量測及模擬磁場期間保持靜止，而非移動經過設備2。根據本發明之設備2由具有磁場感測器10之消磁線圈總成及模擬線圈總成構成，該設備固定至碼頭6或整合至該碼頭6中。具有磁場感測器10之消磁線圈總成(包含消磁線圈8)及模擬線圈總成(包含模擬線圈12a、12b、12c)可以任何方式固定至碼頭或整合至該碼頭中，但該消磁線圈總成及該模擬線圈總成一直以此方式安置使得其橫截面積及其表面法線以水平方式(在繪圖層中)定向。

圖2展示根據本發明之第一增強設備5之示意圖，該第一增強設備由根據本發明之兩個設備2構成，該兩個設備可在一側以水平方式緊鄰船體4定位在相對側上。

在該第一增強設備5中，船體4定位於包含各別設備2之兩個碼頭6之間。

圖3展示來自圖1之根據本發明之設備2的三維視圖之示意圖。具有安置於消磁線圈8之各別線圈平面中之四個磁場感測器10的四個消磁線圈8緊鄰彼此定位在船體4之縱向方向上的平面中。總共五個模擬線圈12a、12b、12c安置於碼頭6之相對側上的一平面中。

圖4展示具有四個消磁線圈8之消磁線圈總成之平面的示意圖，該等消磁線圈在當前狀況下各自具有三個磁場感測器10。為了產生漸進式交變磁場，需要至少兩個消磁線圈8。每一消磁線圈8包含用於量測該磁跡之至少兩個磁場感測器10。

圖5展示由至少五個模擬線圈12a、12b、12c構成之模擬線圈總成的示意圖。

在圖6a、圖6b及圖6c中，展示該等線圈對靜止的模擬磁場之產生的影響。

圖6a展示模擬線圈12a，其以豎直方式緊鄰彼此安置以便產生模擬磁場之豎直分量20a。

圖6b展示由模擬線圈12b產生之靜止的模擬磁場之橫向分量20b。

在圖6c中，展示由模擬線圈12c構成之該對線圈，該對線圈產生靜止的模擬磁場之縱向分量20c。

在圖7中，展示產生漸進式消磁交變磁場(交變磁場之縱向分量30a)，該消磁交變磁場在縱向方向上定向且藉由彼此鄰近之兩個對抗的消磁線圈8在線圈平面外部產生。

交變磁場之縱向分量30a之場振幅的最大值在上部線中位於線圈之左側區域，在中心線中位於線圈之中心區域中，且在下部線中位於線圈之右側區域中。藉助於對應的電流控制及各別消磁線圈8之所得激勵，交變磁場之縱向分量30a之最大值在消磁線圈總成之縱向方向上遷移且因此在縱向方向上經過船體4。

圖8展示漸進式消磁交變磁場(交變磁場之水平橫向分量30b)藉助於彼此鄰近安置的若干操作相同的消磁線圈在線圈平面外部產生。

在上部線中，交變磁場之水平橫向分量30b之場振幅的最大值位於線圈之左側區域中。如在下面的線中所展示，交變磁場之水平橫向分量30b之最大值在消磁線圈總成處在縱向方向上向右遷移，並且因此藉助於對應的電流控制及各別消磁線圈8之所得激勵在縱向方向上經過船體4。

2:設備

4:船體

6:碼頭

8:消磁線圈

10:磁場感測器

12a、12b、12c:模擬線圈

Claims (13)

1. 一種用於消磁及用於量測一靜止的船體(4)之磁跡且用於模擬一磁場之設備(2)，該設備包含一消磁線圈總成、一磁場感測器總成及一模擬線圈總成，其中：該設備(2)可在該船體(4)之縱向方向上在一側緊鄰該船體(4)而水平地定位，該消磁線圈總成具有單個消磁線圈(8)，該消磁線圈之橫截面區域至少延伸穿過該船體(4)之整個長度，且該消磁線圈之表面法線正交於該船體(4)之縱向方向而定向，一靜止的交變磁場因此可在該消磁線圈(8)或具有至少兩個消磁線圈(8)之消磁線圈總成外部產生，所述消磁線圈之橫截面區域緊鄰彼此在該船體(4)之縱向方向上安置且所述消磁線圈之表面法線正交於該船體(4)之縱向方向定向，在該船體(4)之縱向方向上行進之一交變磁場因此可在所述消磁線圈(8)外部產生。
2. 如請求項1之設備，其中：漸進式交變磁場具有相對於該船體(4)之縱向方向之一水平橫向分量(30b)及一縱向分量(30a)。
3. 如請求項1或2之設備，其中：所述模擬線圈總成的模擬線圈(12a，12b，12c)之橫截面區域在該船體(4)之縱向方向上緊鄰彼此安置，且其表面法線以一水平方式定向，包含相對於該船體(4)之縱向方向的一豎直分量(20a)、一橫向分量(20b)及一縱向分量(20c)之一靜止的模擬磁場因此可在所述模擬線圈(12a，12b，12c)外部產生。
4. 如請求項3之設備，其中：該模擬線圈總成具有至少五個模擬線圈(12a，12b，12c)，至少兩個相對模擬線圈(12a)用於產生該模擬磁場之該豎直分量(20a)，至少一個模擬線圈(12b)用於產生該橫向分量(20b)，且至少兩個對抗的模擬線圈(12c)用於產生該縱向分量(20c)。
5. 如請求項1或2之設備，其中：該磁場感測器總成具有磁場感測器(10)，其安置於該消磁線圈總成的消磁線圈(8)及/或該模擬線圈總成的模擬線圈之各別橫截面區域之一平面中。
6. 一種根據請求項1至5中任一項之設備(2)的用途，其中：該設備固定至一非磁性碼頭(6)或一岸壁。
7. 如請求項6之設備(2)之用途，其中：該設備以一高度可調節的方式安裝至固定碼頭。
8. 一種用於消磁及用於量測一靜止的船體(4)之磁跡並用於模擬一磁場之第一增強設備(5)，包括：兩個根據請求項1至5中任一項之設備(2)，其可在該船體(4)之縱向方向上以一水平方式定位在該船體(4)的相對側上。
9. 一種根據請求項8之第一增強設備之用途，其中：該第一增強設備固定在一非磁性浮船塢或乾船塢中。
10. 一種用於消磁及用於量測一靜止的船體(4)之磁跡並用於模擬一磁場之第二增強設備，包括：三個根據請求項1至5中任一項之設備(2)，其可在該船體(4)之縱向方向上以一水平方式定位在該船體(4)之相對側上且定位在該船體(4)下方。
11. 一種根據請求項10之第二增強設備之用途，其中：該第二增強設備固定在一非磁性浮船塢或乾船塢中。
12. 一種用於消磁及用於量測一靜止的船體(4)之磁跡並用於模擬一磁場之第三增強設備，包括：一個根據請求項1至5中任一項之設備或兩個根據請求項1至5中任一項之設備(2)，所述設備可以一水平方式在該船體(4)之縱向方向上定位在相對側上；以及一額外消磁線圈總成，其可定位於該船體(4)下方並具有單個消磁線圈(8)，該消磁線圈之橫截面區域至少延伸穿過該船體(4)之整個長度且該消磁線圈之表面法線正交於該船體(4)之縱向方向定向，一靜止的交變磁場因此可在該消磁線圈(8)外部產生，或該額外消磁線圈總成具有至少兩個消磁線圈(8)，所述消磁線圈之橫截面區域在該船體(4)之縱向方向上緊鄰彼此安置，且所述消磁線圈之表面法線以一水平方式正交於該船體(4)之縱向方向定向，在該船體(4)之縱向方向上行進之一交變磁場因此可在所述消磁線圈(8)外部產生。
13. 一種根據請求項12之第三增強設備的用途，其中：該第三增強設備固定在一非磁性浮船塢或乾船塢中。