DE69100832T2 - Verfahren zur automatischen kompensation des durch das magnetische feld der erde induzierten magnetismusses eines ferromagnetischen stoffes, insbesondere eines schiffes. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verfahren, die die automatische Kompensation der durch das Erdmagnetfeld in Strukturen aus ferromagnetischen Materialien induzierten Magnetisierungen erlauben.
• Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Berechnung der Leiterschleifenwirkungen aufgrund von vertikalen, transversalen und longitudinalen Magnetisierungen in ferromagnetischen Strukturen.
• Es ist bekannt, daß das Vorhandensein von ferromagnetischen Materialien in einem Schiff dieses Schiff durch Mittel zur Erfassung seiner "magnetischen Signatur", welche z.B. in Minen oder in anderen Schiffen integriert sein können, erfaßbar macht.
• Die "magnetische Signatur" eines Schiffes wird von seiner permanenten Magnetisierung und von seiner induzierten Magnetisierung gebildet.
• Die permanente Magnetisierung einer Struktur hat ihre Ursache in den ferromagnetischen Materialien, aus denen sie gebildet ist. Sie ist im wesentlichen konstant, verändert sich nur mit der Zeit und steht mit der Natur des verwendeten Materials in Beziehung.
• Die induzierte Magnetisierung ist hingegen wesentlich veränderlich. Im Falle eines Schiffes hängt sie von dessen Orientierung im Erdfeld, von dessen Kurs und von dessen Neigung aufgrund der Rollbewegung und der Nickbewegung ab.
• Die magnetische Signatur des Schiffes gestattet daher, es zu orten, zu verfolgen und eventuell Lenkraketen, die dazu bestimmt sind, es zu zerstören, zu leiten oder zu zünden.
• Es ist daher sehr wichtig, diese "magnetische Signatur" zu minimieren, nämlich zu beseitigen, um ihre Erfassung durch das magnetische Verfahren zu verhindern.
• Diese sogenannte "Entmagnetisierungs"-Operation wird auf bekannte Weise dadurch ausgefiihrt, daß in dem Volumen des Schiffes ein Magnetfeld erzeugt wird, welches dasjenige des Schiffes kompensiert, um dessen magnetische Signatur zu beseitigen. Hierzu ist das Schiff mit einem Satz von Leiterschieifen, die "Entmagnetisierungsschleifen" genannt werden, versehen, die von elektrischen Strömen durchflossen werden.
• Die Abmessungen und die Anordnung der Schleifen sowie der darin fließenden Ströme werden so bestimmt, daß die "magnetische Signatur" des Schiffes unabhängig von seiner Orientierung im Erdmagnetfeld, d.h. unabhängig von seinem Kurs und von seiner Neigung aufgrund der Rollbewegung und der Nickbewegung, am besten minimiert wird. Diese Entmagnetisierungsschleifen sind in drei Richtungen verteilt, die der Rollachse, der Gierachse und der Nickachse entsprechen, welche auf herkömmliche Weise "R, G, N" oder auch "L, V, T" (longitudinal, vertikal, transversal) genannt werden.
• Eine magnetische Meßstation wird dazu verwendet, die durch die Entmagnetisierungsschleifen zu schickenden Ströme zu bestimmen. Diese Station mißt die magnetische Signatur des Schiffes und umfaßt beispielsweise zwei geradlinige Netze von magnetischen Aufnehmern. Diese Netze sind am Meeresboden installiert, wobei eine von ihnen auf die Nord-Süd-Richtung und die andere auf die Ost-West-Richtung ausgerichtet ist. Eine auf dem Land installierte Station analysiert die ausgeführten Messungen, um die in die verschiedenen Schleifen zu schickenden Ströme sowie deren Polarität zu bestimmen.
• Da die permanente Magnetisierung unabhängig von der Position des Schiffes und von dessen Kurs konstant ist, ist der zur Kompensation der permanenten Magnetisierung in jede Schleife zu schickende Strom konstant.
• Hingegen ist die induzierte Magnetisierung variabel, so daß es notwendig ist, den bereits berechneten Strömen eine weitere variable Komponente zu überlagern, die entsprechend dem Kurs und der geographischen Breite des Schiffes bestimmt wird, welche ihrerseits beispielsweise durch gyroskopische oder optische Meßmittel erhalten werden. Die Gesamtmagnetisierung (permanent + induziert) schreibt sich folgendermaßen:
• PL + PV + PT + IV + ILcosθ + ITsinθ
• wobei: P die permanente Magnetisierung ist,
• I die induzierte Magnetisierung ist,
• L, V und T die drei Achsen sind, längs derer die Entmagnetisierungsschleifen angeordnet sind,
• θ den magnetischen Kurs des Schiffes darstellt.
• Die Meßstation muß diese sechs Komponenten bestimmen. Hierzu durchfährt das Schiff mit entgegengesetzten Kursen zweimal dieselbe Bahn über dem Magnetaufnehmer-Netz. Die permanente Magnetisierung, die mit dem Schiff in Beziehung steht, dreht sich mit demselben, während sich die induzierte Magnetisierung nicht dreht. Um die induzierte Magnetisierung zu kennen, ist es ausreichend, die Meßergebnisse in den beiden entgegengesetzten Richtungen voneinander zu subtrahieren. Wenn somit die induzierte Magnetisierung und die gesamte Magnetisierung bekannt sind, wird direkt die permanente Magnetisierung erhalten. Somit gestattet eine Fahrt in Nord-Süd-Richtung und dann in Süd-Nord-Richtung die Bestimmung von IL, woraufhin eine Fahrt in Ost-West-Richtung und dann in West-Ost-Richtung die Berechnung von IT gestattet.
• Dieses Verfahren gestattet indessen nicht die Bestimmung von IV.
• Die Bestimmung der vertikalen induzierten Magnetisierung wird dann durch empirische Verfahren ausgeführt. Eines dieser Verfahren, das in den meisten Fällen verwendet wird, basiert auf der Betrachtung, daß die vertikale induzierte Magnetisierung einen bestimmten festen Prozentsatz der an einem gegebenen Ort gemessenen vertikalen Gesamtmagnetisierung ausmacht.
• Indessen bleibt dieses Verfahren eine sehr starke Näherung, Außerdem sind wegen des Vorhandenseins von Maschinen, Motoren, Triebwerken usw. bestimmte Stellen des Schiffes magnetischer als andere, weshalb die Ergebnisse dieses Auswertungsverfahrens fehlerhaft sind.
• Ein weiteres Verfahren besteht darin, diese Einstellungen zweimal an zwei sehr unterschiedlichen geographischen Breiten auszuführen und Näherungen in bezug auf die Meßunterschiede zu verwirklichen.
• Dieses Verfahren besitzt den Nachteil, daß es eine lange und teuere Fahrt auf dem Meer für die zu entmagnetisierenden Schiffe erfordert und dabei annimmt, daß im übrigen alles unverändert bleibt.
• Deshalb wird außerdem ein drittes Verfahren verwendet, das darin besteht, räumlich begrenzt eine vom Erdmagnetfeld verschiedene Magnetfeldumgebung nachzubilden und den Unterschied der erhaltenen Messungen zu bewerkstelligen. Dieses Verfahren benötigt keine weite Fahrt, es hat jedoch den Betrieb von sehr teueren Geräten zur Folge, die dazu bestimmt sind, in der gesamten Umgebung eines Schiffes ein unterschiedliches Magnetfeld zu erzeugen.
• Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel, die obenerwahnten Nachteile zu beseitigen.
• Genauer ist es eine erste Aufgabe der Erfindung, auf Schiffe mit ferromagnetischen Strukturen ein Verfahren anzuwenden, das eine nicht empirische Kompensationsrechnung der induzierten vertikalen Magnetisierung ohne besondere Infrastruktur gestattet.
• Eine zweite Aufgabe der Erfindung ist es, diese Berechnung der Kompensation der induzierten Magnetisierungen in den horizontalen und transversalen Ebenen anwenden zu können.
• Eine dritte Aufgabe der Erfindung ist es, die Berechnung einer solchen Kompensation ohne eine weite Fahrt des Schiffes und bei geringen Kosten zu ermöglichen.
• Eine vierte Aufgabe der Erfindung ist es, die zu kompensierende Magnetisierung unabhängig davon, ob die Position und die Form der im Schiff enthaltenen Entmagnetisierungsschleifen bekannt sind oder nicht, zu berechnen.
• Diese Aufgaben sowie weitere, die in der Folge deutlich werden, werden kraft eines Verfahrens zur automatischen Kompensation der durch eine Richtungskomponente des Erdmagnetfeldes in einer ferromagnetischen Struktur, insbesondere einem Schift, induzierten Magnetisierungen erreicht, das darin besteht, in wenigstens einer Entmagnetisierungsschleife, die sich in einer zur genannten Richtungskomponente im wesentlichen senkrechten Ebene befindet, Kompensationsströme fließen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen enthält:
• - durch Messung wird die Leiterschleifenwirkung (EDCN)i einer jeden der genannten Entmagnetisierungsschleifen mit Kern auf einer bekannten Höhe Ho und für einen gegebenen Referenzstrom (Ici) erhalten;
• - durch Rechnung wird die Luftschleifen-Leiterschleifenwirkung (EDCN)i für jede der genannten Schleifen (i) auf der Höhe Ho für denselben Referenzstrom Ici erhalten;
• - die in jede der Entmagnetisierungsschieifen (i) einzuleitenden Ströme (Io)i werden berechnet, derart, daß die Summe ihrer Luftschleifen-Leiterschleifenwirkungen auf Höhe der zu kompensierenden Struktur gleich der genannten Richtungskomponente des zu kompensierenden Magnetfeldes ist;
• - zur Einleitung der Referenzströme Ioi erfolgt die Berechnung des Magnetfeldes (IM), das durch die entlang der betrachteten Achse induzierte Magnetisierung hervorgerufen wird, nach der Formel:
• wobei k die Anzahl der in der betrachteten Ebene angeordneten Schleifen ist;
• - durch Rechnung erfolgt die Optimierung der Ströme Ii, die in den die ferromagnetischen Strukturen umgebenden (k) Schleifen fließen sollen, um das in der betrachteten Ebene induzierte Magnetfeld IM zu kompensieren; und
• - die so optimierten Ströme Ii werden in die genannten Schleifen (k) eingeleitet.
• Vorzugsweise wird die Berechnung der Leiterschleifenwirkung einer Luftschleife (EDCA)i auf der Höhe Ho in dem Fall, in dem die Abmessungen und die Koordinaten der Schleife bekannt sind, nach dem Biot-Savart-Gesetz mit dem Strom Ic ausgeführt.
• Vorteilhaft wird in dem Fall, in dem die Abmessungen und die Koordinaten einer Schieife nicht bekannt sind, die Berechnung der Luftschleifen-Leiterschleifenwirkung (EDCA)i der genannten Entmagnetisierungsschleife (i) auf der Höhe Ho unter der Annahme ausgeführt, daß die Schleife mit unbekannten Abmessungen und unbekannten Koordinaten zu einer Schleife mit gegebener einfacher Geometrie, z.B. vom polygonalen oder elliptischen Typ äquivalent ist, und daß die Abmessungen, die Koordinaten und der Strom der äquivalenten Schleife optimiert werden, derart, daß der Korrelationskoeffizient zwischen der gemessenen Leiterschleifenwirkung der Schleife mit unbekannten Abmessungen und unbekannten Koordinaten so groß wie möglich ist.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung stellt die Berechnung der Ströme (Ioi) eine Optimierung, insbesondere im Sinne der kleinsten Quadrate, eines Feldes dar, das zu einem Feld äquivalent ist, das durch eine fiktive Schleife erzeugt wird, die ein die genannten Strukturen enthaltendes Schiff umgibt und deren Strom so bemessen ist, daß das Feld im Mittelpunkt dieser Leiterschleife gleich der zu kompensierenden Richtungskomponente des Erdmagnetfeldes ist.
• Vorzugsweise wird die Optimierung der Ströme (Ii), die in den die ferromagnetischen Strukturen umgebenden (k) Schleifen fließen sollen, durch Minimierung von
• und durch Schicken der Ströme (Ii) in die die genannten Strukturen umgebenden Kompensationsschleifen (i) ausgefuhrt.
• Das Verfahren wird vorteilhaft auf die Kompensation von Magnetisierungen angewandt, die in vertikaler, transversaler und/oder longitudinaler Richtung induziert werden.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden deutlich beim Lesen der beispielhaft und nicht beschränkend gegebenen Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung und der beigefügten Zeichnungen, in denen:
• - Fig. 1 die drei Richtungen der Anordnung der Entmagnetisierungsschleifen in einem Schiff zeigt;
• - Fig. 2A die Leiterschleifenwirkung einer Schleife mit Kern zeigt;
• - Fig. 2B die Leiterschleifenwirkung derselben Schleife ohne Kern zeigt;
• - Fig. 3A ein Beispiel der Anordnung von "V"-Schleifen in einem Schiff zeigt;
• - Fig. 3B einen Schnitt längs AA in Fig. 3A zeigt;
• - Fig. 4 eine Kompensation einer induzierten Magnetisierung von metallischen Strukturen mit Hilfe von mehreren Schleifen zeigt;
• - Fig. 5 ein Ablaufdiagramm ist, das das erfindungsgemäße Rechenverfahren für eine Kompensation des Magnetfeldes mit Hilfe von k Schleifen zeigt.
• Die Fig. 1 zeigt die drei Richtungen, in denen die Entmagnetisierungsschleifen in einem Schiff angeordnet sind.
• Das Schiff 1 enthält ferromagnetische Strukturen, die von Entmagnetisierungsschleifen 2,3,4 umgeben sind. Diese Schleifen sind in drei verschiedenen Ebenen angeordnet. Eine Schleife 2 dient dazu, die longitudinale Magnetisierung zu kompensieren und wird gewöhnlich "L"- Schleife genannt, eine weitere Schleife 3 dient dazu, die vertikale Magnetisierung zu kompensieren und wird mit "V" bezeichnet, schließlich wird die dritte Schleife 4, die die Funktion der Kompensation der transversalen Magnetisierung hat, mit "T" bezeichnet.
• Eine Schleife ist durch ihre Koordinaten (x,y,z) in bezug auf einen gegebenen Punkt, durch ihre Abmessungen, durch ihren Widerstand, durch ihre Form, durch den Strom, von dem sie höchstens durchflossen werden kann, und durch die Anzahl der vorhandenen Windungen gekennzeichnet.
• Selbstverständlich hat die Anordnung von Fig. 1 nur erläuternden Charakter, wobei die Entmagnetisierung von sämtlichen in einem Schiff enthaltenen ferromagnetischen Strukturen die Anordnung von zahlreichen Schleifen in verschiedenen Ebenen um die zu kompensierenden Strukturen erfordert.
• Die vorliegende Erfindung hat insbesondere zur Aufgabe, die vertikale induzierte Magnetisierung mit Hilfe von wenigstens einer "V"-Schleife 3, die in einer zur Wasserlinie des Schiffes 1 parallelen Ebene angeordnet ist, zu kompensieren.
• Nun wird das Prinzip des Verfahrens erläutert.
• Die Fig. 2A zeigt die Leiterschleifenwirkung einer Schleife mit ferromagnetischem Kern, die mit EDCN bezeichnet ist. Eine ferromagnetische Struktur 20 ist von einer einzigen Schleife 22 umgeben, deren Mittelpunkt 21 außerdem der Schwerpunkt der Struktur ist.
• Eine Leiterschleifenwirkung ist ein Maß für den Unterschied der Magnetfelder, die einerseits bei stromdurchflossener Spule und andererseits bei nicht stromdurchflossener Spule gemessen werden.
• Die Leiterschleifenwirkung der Schleife 22 wird für einen Gleichstrom Ic 23 mit bekannter Stärke gemessen, wobei eine Kurve 25 erhalten wird, die den Vektor 24 des Magnetfeldes darstellt, der mit der durch die Schieife 22 im Kern induzierten Magnetisierung in Beziehung steht.
• Um das Magnetfeld aufgrund der durch die Schleife 22 in der Struktur 20 induzierten Magnetisierung zu erhalten, muß die Leiterschleifenwirkung der Schleife 22 allein ohne Kern 20, die mit EDCA bezeichnet ist, bekannt sein. Eine solche Schleife wird Luftschleife genannt.
• Die Fig. 2B zeigt die Leiterschleifenwirkung einer Luftschleife. Es sind zwei Fälle zu betrachten: Wenn die Koordinaten und Abmessungen der Schleife bekannt sind, wird genau diese Schleife übernommen, wobei ihre Leiterschleifenwirkung ohne Kern berechnet wird. Wenn die Merkmale der Schleife unbekannt sind, werden die Merkmale einer Schleife mit einfacher Geometrie optimiert.
• In dem Fall, in dem die Koordinaten und die Abmessungen der Schleife bekannt sind, wird die Leiterschleifenwirkung der Schleife ohne Kern berechnet, wobei diese Leiterschleifenwirkung nicht gemessen werden kann. Sie wird daher bei Kenntnis der Geometrie der Schieife 22 und ihrer Position im Schiff für den Strom Ic 23 und für den Abstand, in dem die Messung der Leiterschleifenwirkung der Schleife mit Kern ausgeführt worden ist, berechnet.
• Diese Berechnung wird beispielsweise anhand des Biot-Savart-Gesetzes ausgeführt, mit dem die Leiterschleifenwirkung 26 der gesuchten Luftschleife erhalten werden kann, nämlich:
• (EDCN)Ic - (EDCA)Ic
• Das zu kompensierende Magnetfeld ist gleich dem Unterschied zwischen der gemessenen Leiterschieifenwirkung mit der zu kompensierenden Struktur und der Leiterschleifenwirkung der Luftschleife.
• Um dieses Feld zu erhalten, derart, daß es gleich demjenigen ist, das durch die vertikale Komponente des Erdmagnetfeldes erzeugt wird, ist es ausreichend, einen Strom Io einzuleiten, so daß die Leiterschleifenwirkung der Luftschleife auf Höhe der zu kompensierenden Struktur gleich der vertikalen Komponente des Erdmagnetfeldes ist. Somit wird das vertikale induzierte Magnetfeld, das mit IVM bezeichnet ist, durch:
• [(EDCN)Ic - (EDCA)Ic]×Io/Ic
• induziert.
• Das Magnetfeld, das durch den Strom Io induziert wird, der in der die zu kompensierende Struktur 20 umgebenden Schleife 22 fließt, kompensiert daher das Erdmagnetfeld und macht die ferromagnetische Struktur für auf diesem Prinzip basierende Erfassungssysteme unsichtbar, indem es in der Umgebung der Struktur ein resultierendes Magnetfeld erzeugt, das angenähert Null ist.
• Diese Annäherung ist umso genauer, je größer die Schleife in bezug auf die zu kompensierende Struktur ist.
• In dem Fall, in dem die Koordinaten und die Abmessungen in der Schleife nicht bekannt sind, beispeilsweise im Falle von alten Schiffen, von denen keine genauen Pläne vorliegen, die die Anordnung der vorhandenen Schleifen angeben, ist es notwendig, die Größe und die Koordinaten dieser Schleife zu approximieren. Die Leiterschleifenwirkung der Luftschleife wird dann unter der Annahme geschätzt, daß ihre gemessene Leiterschleifenwirkung mit Kern mit der Leiterschleifenwirkung derselben Leiterschleife ohne Kern äquivalent ist, durch die jedoch ein Strom mit unterschiedlicher Stärke fließt. Es wird außerdem angenommen, daß die Schleife auf eine Schieife mit einfacher Geometrie, beispielsweise einer polygonalen oder elliptischen Geometrie reduziert werden kann.
• Die Parameter der Luftschleife, nämlich die Stromstärke IcA, die Koordinaten des Mittelpunkts und die Abmessungen werden optimiert, derart, daß das Feld der auf einer Höhe Ho für einen bekannten Strom Ic gemessenen Leiterschleifenwirkung (EDCN)Ic reproduziert wird. Diese Optimierung besteht insbesondere darin, die Koordinaten des Mittelpunkts der Schleife (x,y,z) und deren Abmessungen zu variieren, derart, daß der Korrelationskoeffizient zwischen der gemessenen (EDCN)Ic und der berechneten EDCA gleich 1 ist. Sie kann z.B. mit dem Verfahren der kleinsten Quadrate ausgeführt werden.
• Man erhält:
• (EDCA)IcA (EDCN)Ic
• Wegen
• (EDCA)Ic = (EDCA)IcA x Ic/IcA
• ergibt sich:
• (EDCA)Ic (EDCN)Ic x Ic/IcA
• Durch diese Optimierung wird außerdem die Geometrie der Schleife erhalten, so daß wie im vorhergehenden Fall derStrom Io erhalten wird. Wenn (EDCN)Ic, (EDCA)Ic, Io und Ic bekannt sind, wird IVM wie oben erhalten.
• Wie oben angegeben, enthält ein Schiff mehrere Entmagnetisierungsschleifen, insbesondere die "V"-Schleifen, wobei die Fig. 3A ein Beispiel von Anordnungen von "V"-Schleifen in einem Schiff zeigt.
• Die Entmagnetisierungsschleifen 31, 32, 33, 34, 35 befinden sich in dem Schiff 30 auf verschiedenen Höhen. Die Schleife 36 ist eine fiktive Schleife, die die Gesamtheit der Schleifen 31 bis 35 darstellt. In der folgenden Beschreibung ist i der Index, der sich auf eine Schleife bezieht.
• Die Leiterschleifenwirkungen (EDCN)i werden an der Station während der Einstellungen des Schiffes für Ströme Ice und für die Leiterschieifen in der horizontalen Ebene gemessen.
• Wenn k "V"-Leiterschleifen vorhanden sind, ergibt sich nach den vorangehenden Lehren das Feld IVM folgendermaßen:
• Weil (EDCN)i und Ici bekannt sind, bleibt die Berechnung von EDCAi und von Ioi für die k Leiterschleifen.
• Wenn die Anordnung und die Geometrie der "V"-Schleifen bekannt sind, werden die (EDCA)i wie oben angegeben berechnet. Die Ströme Ioi werden berechnet, indem beispielsweise im Sinne der kleinsten Quadrate diese Ströme optimiert werden, um mit den Luftschleifen ein Feld zu erzeugen, das mit dem Feld äquivalent ist, welches von der das Schiff umgebenden fiktiven Schleife 36 erzeugt wird, die von einem Strom durchflossen wird, derart, daß sie in der Mitte ein Feld erzeugt, das gleich der vertikalen Komponente des Erdfeldes ist. Die vertikale Position dieser Schleife 36 ist vorzugsweise im magnetischen Schwerpunkt der ferromagnetischen Teile oder aber, falls diese Position unbekannt ist, bei dem Mittelwert der Höhen der "V"-Schleifen oder aber auf der Wasserlinie eines Überwasserschiffes angeordnet.
• Wenn die Anbringung und die Geometrie der "V"-Schleifen nicht bekannt sind, werden die (EDCA)i ebenso wie die Ioi bei Rückführung auf den vorhergehenden Fall wie oben beschrieben erhalten.
• Wenn das vertikale induzierte Magnetfeld IVM erhalten worden ist, werden die Ströme Ii, die in die Schleifen geschickt werden sollen, beispielsweise durch Minimierung von
• erhalten.
• Das Verfahren kann auf Kompensationen von transversalen ("T") und longitudinalen ("L") induzierten Feldern ausgedehnt werden, indem die Erfindung auf Entmagnetisierungsleiterschleifen in der vertikalen Ebene längs der Schiffsachse und auf Entmagnetisierungsleiterschleifen in den zur Schiffsachse senkrechten vertikalen Ebenen angewandt wird.
• Die Einstellung sämtlicher Entmagnetisierungsleiterschleifen erfordert daher nicht mehr als eine einzige Fahrt des Schiffes auf einem beliebigen bekannten Kurs.
• Die Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer mit Hilfe von mehreren Schleifen ("V", "T" und/oder "L") ausgeführten Kompensation einer induzierten Magnetisierung von in einem Schiff enthaltenen metallischen Strukturen.
• Das Schiff enthält in diesem Beispiel zwischen seinem Bug 40 und seinem Heck 41 fünf Schleifen. Die Leiterschleifenwirkungen 42, 43, 44, 45 und 46 haben die Funktion, die magnetische Signatur 47 des Schiffes zu kompensieren.
• Da sich die in den ferromagnetischen Strukturen induzierten Magnetfelder mit dem Kurs des Schiffes und mit seiner geographischen Lage entwickeln, ist es notwendig, diese Magnetfelder unabhängig davon, ob sie longitudinal, transversal oder vertikal sind, ununterbrochen zu kompensieren.
• Deshalb ist das fragliche Schiff mit einem dreiachsigen Magnetometer 6, 7, 8 ausgerüstet, das an einem starren und mit dem Schiff 1 verbundenen Mast 5 befestigt und vom Schiff ausreichend weit entfernt ist, damit dieses auf die ausgeführten Messungen keinen Einfluß hat.
• Das dreiachsige Magnetometer 6, 7, 8 gibt Informationen bezüglich der längs der drei Achsen: transversal, longitudinal und vertikal, gemessenen Magnetfelder. Diese Informationen werden an eine Verarbeitungseinheit übertragen, mit der die Ströme Ii erhalten werden können, die in die verschiedenen Schleifen des Schiffes 1 geschickt werden müssen, wie eben beschrieben worden ist.
• Somit wird die Kompensation der verschiedenen Komponenten des Erdmagnetfeldes ununterbrochen in Abhängigkeit vom Kurs, von der Orientierung und von der Neigung des Schiffes ausgeführt.
• Es versteht sich von selbst, daß die Kompensation umso besser ist, je größer die Anzahl der Schleifen ist, und daß diese Kompensation die Kenntnis der verschiedenen Leiterschleifenwirkungen einer jeden der Schleifen erfordert.
• Die Fig. 5 ist ein Ablaufdiagramm, das das Berechnungsverfahren gemäß der Erfindung für eine Kompensation des Magnetfeldes mit Hilfe von k Schleifen zeigt.
• Der erste auszuführende Vorgang 50 ist die Messung von (EDCN)i, d.h. der Leiterschleifenwirkung einer Schleife i (mit Kern) für sämtliche Schleifen, die in einer Ebene des Schiffes enthalten sind, welches ferromagnetische Strukturen enthält, deren Magnetisierungen kompensiert werden sollen.
• Diese Messung von (EDCN)i wird für einen gegebenen Strom Ici ausgeführt.
• Die folgende Stufe 51 ist eine Prüfstufe, die darin besteht, zu fragen, ob die Koordinaten des Mittelpunkts, die Abmessung und die Anbringung der Schleife i bekannt sind.
• Wenn die Antwort ja lautet, besteht die Stufe 52 darin, (EDCA)i, d.h. die Leiterschleifenwirkung der Schleife i ohne Kern beispielsweise nach dem Biot-Savart-Gesetz sowie den Strom Ioi zu berechnen.
• Wenn die Antwort nein lautet, besteht die Stufe 53 darin, die Geometrie der Schleife i zu approximieren, derart, daß der Korrelationskoeffizient zwischen der gemessenen (EDCN)i und der berechneten (EDCA)i 1 ist. Es werden (EDCA)i und dann Ioi erhalten.
• Wenn (EDCA)i berechnet ist, besteht die Stufe 54 darin, das in der betrachteten Ebene induzierte Magnetfeld IM gemäß
• für sämtliche der k Schleifen zu berechnen, die sich in derselben Ebene ("L", "V" oder "T") befinden.
• Die folgende Stufe 55 besteht darin, die Ströme Ii, die durch die k Schleifen geschickt werden sollen, durch Minimierung von
• zu berechnen, um das in der betrachteten Ebene induzierte Magnetfeld IM zu kompensieren.
• Es können zahlreiche weitere Anwendungen der Erfindung in Betracht gezogen werden, die für den Fachmann leicht ersichtlich sind.

Claims (6)

1. Verfahren zur automatischen Kompensation der durch eine Richtungskomponente des Erdmagnetfeldes in einer ferromagnetischen Struktur, insbesondere eines Schiffes, induzierten Magnetisierungen, das darin besteht, in wenigstens einer Entmagnetisierungsschieife, die sich in einer zur genannten Richtungskomponente im wesentlichen senkrechten Ebene befindet, Kompensationsströme fließen zu lassen, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden Stufen enthält:

- Gewinnung durch Messung (50) der Leiterschleifenwirkung (EDCN)i einer jeden der genannten Entmagnetisierungsschleifen mit Kern auf einer bekannten Höhe Ho und für einen gegebenen Referenzstrom (Ici);

- Gewinnung durch Rechnung (52, 53) der Luftschleifen-Leiterschleifenwirkung (EDCA)i für jede der genannten Schleifen (i) auf der Höhe Ho für denselben Referenzstrom (Ici);

- Berechnung der in jede der Entmagnetisierungsschleifen (i) einzuleitenden Ströme (Ioi)., derart, daß die Summe ihrer Luftschleifen-Leiterschleifenwirkungen auf Höhe der zu kompensierenden Struktur gleich der genannten Richtungskomponente des zu kompensierenden Magnetfeldes ist;

- Berechnung (54) des Magnetfeldes (IM), das durch die entlang der betrachteten Achse induzierte Magnetisierung hervorgerufen wird, nach der Formel:

wobei k die Anzahl der in der betrachteten Ebene angeordneten Schleifen ist, um die Referenzströme 10 einzuleiten;

- Optimierung (55) durch Rechnung der Ströme Ii, die in den die ferromagnetischen Strukturen umgebenden (k) Schleifen fließen sollen, um das in der betrachteten Ebene induzierte Magnetfeld (IM) zu kompensieren; und

- Einleitung der so optimierten Ströme Ii in die genannten Schleifen (k).

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung (52) der Leiterschleifenwirkung einer Luftschleife (EDCA) auf der Höhe Ho in dem Fall, in dem die Abmessungen und die Koordinaten der Schleife bekannt sind, durch das Biot- Savart-Gesetz mit dem Strom Ic ausgeführt wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Fall, in dem die Abmessungen und die Koordinaten einer Schleife nicht bekannt sind, die Berechnung (53) der Luftschleifen-Leiterschleifenwirkung (EDCA)i der genannten Entmagnetisierungsschleife (i) auf der Höhe Ho unter der Annahme ausgeführt wird, daß die Schleife mit unbekannten Abmessungen und unbekannten Koordinaten zu einer Schleife mit gegebener einfacher Geometrie, z.B. vom polygonalen oder elliptischen Typ äquivalent ist, indem der Korrelationskoeffizient zwischen der gemessenen Leiterschleifenwirkung [(EDCN)Ic] der Schleife mit unbekannten Abmessungen und unbekannten Koordinaten und der Luftschleifen-Leiterschleifenwirkung (EDCA)i der äquivalenten Schleife berechnet wird und indem die Abmessungen, die Koordinaten und der Strom der äquivalenten Schleife optimiert werden, damit der Korrelationskoeffizient so groß wie möglich ist.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Ströme (Ioi) eine Optimierung, insbesondere im Sinne der kleinsten Quadrate, eines Feldes darstellt, das zu einem Feld äquivalent ist, das durch eine fiktive Schleife erzeugt wird, die ein die genannten Strukturen enthaltendes Schiff umgibt und deren Strom so bemessen ist, daß das Feld im Mittelpunkt dieser Leiterschleife gleich der zu kompensierenden Richtungskomponente des Erdmagnetfeldes ist.

5. Verfahren gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Optimierung (55) der Ströme (Ii), die in den die ferromagnetischen Strukturen umgebenden (k) Schleifen fließen sollen, durch Minimierung von

und durch Schicken der Ströme (Ii) in die die genannten Strukturen umgebenden Kompensationsschleifen (i) ausgeführt wird.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß es auf die Kompensation von Magnetisierungen angewandt wird, die in vertikaler, transversaler und/oder longitudinaler Richtung induziert werden.