DE1182739B

DE1182739B - Method for controlling the temporal change in the magnetic state of units consisting of ferromagnetic bodies, in particular ships

Info

Publication number: DE1182739B
Application number: DEI15387A
Authority: DE
Inventors: Dr Phil Friedrich Foerster
Original assignee: PHIL FRIEDRICH FOERSTER DR
Current assignee: PHIL FRIEDRICH FOERSTER DR
Priority date: 1958-09-12
Filing date: 1958-09-12
Publication date: 1964-12-03

Description

Verfahren zur Kontrolle der zeitlichen Änderung des magnetischen Zustandes von aus ferromagnetischen Körpern bestehenden Einheiten, insbesondere von Schiffen Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren zur Kontrolle des im Laufe der Zeit gegebenenfalls geänderten magnetischen Zustandes von ortsfesten und ortsveränderlichen amagnetischen Einheiten, die ferromagnetische Körper (Störkörper; z. B. Motoren und Generatoren) beinhalten. Ohne die Erfindung eingrenzen zu wollen, sei als Modellfall die überwachung des magnetischen Zustandes von Schiffen dargestellt.Procedure for controlling the change in the magnetic state over time of units consisting of ferromagnetic bodies, in particular of ships The invention is concerned with a method of controlling the over time possibly changed magnetic state of fixed and movable amagnetic units, the ferromagnetic bodies (disruptive bodies; e.g. motors and generators). Without wishing to limit the invention, consider this as a model case the monitoring of the magnetic state of ships is shown.

Die Notwendigkeit, amagnetische Schiffe von Zeit zu Zeit hinsichtlich ihres magnetischen Zustandes zu kontrollieren, ist bekannt. Die Schiffe laufen zu diesem Zweck ortsfeste Vermessungsanlagen an.The need to consider amagnetic ships from time to time It is known to control their magnetic state. The ships are closing fixed surveying systems for this purpose.

Dieses Verfahren ist aber oft umständlich, ja gefährlich. Die Änderung des magnetischen Gesamtzustandes eines solchen Schiffes beruht auf den Änderungen des magnetischen Zustandes der Hauptträger der magnetischen Störungen. Diese Änderungen, quantitativ nicht faßbar, werden von verschiedenen Faktoren bestimmt, z. B. Werkstoff, Form und magnetische Vorgeschichte des Störkörpers, die Höhe der auf ihn wirkenden Erschütterung und Betrag und Richtung des magnetischen Erdfeldes.However, this procedure is often cumbersome, even dangerous. The change the overall magnetic state of such a ship is based on the changes the magnetic state of the main carriers of magnetic disturbances. These changes, quantitatively not quantifiable, are determined by various factors, e.g. B. material, Shape and magnetic history of the disruptive body, the amount of force acting on it Vibration and magnitude and direction of the earth's magnetic field.

Ist nun ein solches Schiff z. B. starken Erschütterungen ausgesetzt, etwa durch in der Nähe explodierende Minen, so muß sein magnetischer Zustand möglichst rasch kontrolliert und gegebenenfalls kompensiert werden, d. h. das Schiff müßte nach dem bisherigen Stand der Technik eine ortsfeste Schiffsvermessungsanlage anlaufen. Es liegt auf der Hand, daß das Schiff vor dem und beim Anlaufen der Vermessungsanlage in magnetisch nicht kompensiertem Zustand durch Magnetminen besonders gefährdet ist. Um diese Gefährdung zu vermeiden, schlägt die vorliegende Erfindung vor, den gegebenenfalls veränderten magnetischen Zustand der Einheit, hier des Schiffes, über die Messung der Änderung des jeweiligen magnetischen Zustandes der Hauptstörungskörper zu kontrollieren, und zwar mit Hilfe von Vorrichtungen, die in die zu überwachende Einheit mit eingebaut sind. Im einzelnen sind die Vorrichtungen folgende: 1. In der Nähe jedes ferromagnetischen Störkörpers sind jeweils mindestens einmal, und zwar in festgelegtem Abstand und festgelegter Richtung, zwei elektrisch gegeneinandergeschaltete Meßsonden (vornehmlich Förster-Sonden) zur Messung des magnetischen Feldes angeordnet. Da eine dieser beiden in Differenz geschalteten Sonden vom Störkörper weiter entfernt ist, wird durch die Sonden eine Komponente des magnetischen Störfeldes des ferromagnetischen Störkörpers erfaßt, wohingegen das magnetische Erdfeld, an beiden Seiten gleich, nicht zur Anzeige gebracht wird.Is such a ship z. B. exposed to strong vibrations, by exploding mines in the vicinity, for example, its magnetic state must be as good as possible be checked quickly and compensated if necessary, d. H. the ship would have to start up a stationary ship surveying system according to the current state of the art. It is obvious that the ship will be in front of and when starting the surveying system in a magnetically non-compensated state particularly endangered by magnetic mines is. In order to avoid this risk, the present invention proposes the possibly changed magnetic state of the unit, here the ship, by measuring the change in the respective magnetic state of the main disruptive bodies to be controlled, with the help of devices included in the monitored Unit are built in. In detail, the devices are as follows: 1. In in the vicinity of each ferromagnetic disruptive body are in each case at least once, and although at a fixed distance and in a fixed direction, two electrically connected against each other Measuring probes (mainly Förster probes) arranged for measuring the magnetic field. Because one of these two differentially switched probes is further away from the disruptive body is, a component of the magnetic interference field of the ferromagnetic Sturgeon detected, whereas the magnetic earth field, the same on both sides, is not brought to the display.

Der Zusammenhang zwischen dem magnetischen Zustand der ganzen Einheit und den magnetischen Zuständen der einzelnen Hauptstörungskörper, vor Eintritt einer eventuellen Änderung dieser Zustände ermittelt, erlaubt den Schluß von der Änderung der magnetischen Zustände der einzelnen Hauptstörungskörper auf die daraus folgende Änderung des magnetischen Zustandes des Schiffes.The connection between the magnetic state of the whole unit and the magnetic states of the individual main disruptive bodies before a Any change in these states is detected, allows the change to be concluded the magnetic states of the individual main disruptive bodies to the following Change in the magnetic state of the ship.

Ebenso erlaubt die in einem bestimmten Abstand des ferromagnetischen Störkörpers gemessene Felddifferenz, die ihr jeweils proportionale Feldstörung in beliebigem Abstand vom Störkörper anzugeben. Der Proportionalitätsfaktor zwischen der Felddifferenz am Meßort und den zugehörigen magnetischen Momenten der Hauptstörkörper in beliebigem Abstand wird zweckmäßigerweise vor dem Einbau der letzteren in das Schiff durch entsprechende Messungen ermittelt.Likewise, the ferromagnetic allowed at a certain distance Field difference measured by the interfering body, which in each case is proportional to the field disturbance in any distance from the disruptive body to be specified. The proportionality factor between the field difference at the measuring location and the associated magnetic moments of the main interfering bodies at any distance is expediently before the installation of the latter in the Ship determined by appropriate measurements.

Nach dem Einbau der Hauptstörungskörper und den ihnen zugeordneten Sondenpaaren in das Schiff läßt sich durch einfaches Anschalten der einzelnen Sondenpaare an das Meßinstrument zu jedem beliebigen Zeitpunkt die etwaige Änderung der Felddifferenz, damit die Änderung des magnetischen Momentes der Hauptstörkörper und damit die eventuelle Änderung des magnetischen Zustandes des Schiffes nach Größe und Richtung feststellen.After the installation of the main disruptive bodies and those associated with them Pairs of probes in the ship can be switched on by simply switching on the individual pairs of probes any change in the field difference to the measuring instrument at any given point in time, thus the change in the magnetic moment of the main interfering bodies and thus the possible Determine the change in the magnetic state of the ship in terms of size and direction.

Um nun nicht für jede Sonde den kleinen Differenzwert notieren zu müssen, der auch bei optimaler Kompensation durch den magnetischen Schiffsschutz am Meßort noch vorhanden ist, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, im Wirkungsbereich jedes Differenzsondenpaares einen sehr kleinen Permanentmagneten drehbar anzuordnen. Durch Drehung dieser permanenten Magnete lassen sich dann die kleinen Permanentfelder, die am Meßort noch vorhanden sind, in ihrer Wirkung auf die Differenzsonden restlos kompensieren, d. h. der Zeiger des Meßgerätes, an das diese Sonden angeschlossen sind, wird auf »Null« gestellt.In order not to note down the small difference value for each probe must, even with optimal compensation through the magnetic ship protection is still present at the measurement location, is proposed according to the invention, in the effective range each differential probe pair has a very small permanent magnet rotatable to arrange. By rotating these permanent magnets, the small ones can then be removed Permanent fields, which are still present at the measuring location, in their effect on the differential probes Compensate completely, d. H. the pointer of the measuring device to which these probes are connected are set to "zero".

Bei der Überwachung des magnetischen Zustandes wird also abgelesen, wie weit der Zeiger sich in positiver oder negativer Richtung von der »Null-Lage« entfernt hat. Aus den abgelesenen Ausschlägen lassen sich dann quantitative Rückschlüsse auf die eventuell eingetretene Gesamtstörung des Fahrzeuges ziehen.When monitoring the magnetic state, it is read how far the pointer moves in positive or negative direction from the "zero position" removed. Quantitative conclusions can then be drawn from the readings refer to the possible overall malfunction of the vehicle.

Natürlich läßt sich diese Überwachung auch automatisch vornehmen, wobei dann eine unzulässig große Abweichung von der »Null-Lage« in positiver oder negativer Richtung durch die optische oder akustische Signaleinheit zur Anzeige gebracht wird. Die automatische Überwachung ist die einzige Möglichkeit einer fortlaufenden Kontrolle etwa der Sicherheit vor magnetischen Minen. Sie erlaubt gegebenenfalls eine sofortige Kontrolle der magnetischen Kompensation.Of course, this monitoring can also be carried out automatically, with an impermissibly large deviation from the "zero position" in positive or negative direction through the optical or acoustic signal unit for display is brought. Automatic monitoring is the only way of continuous monitoring Control of security against magnetic mines, for example. She allows if necessary an immediate control of the magnetic compensation.

F i g. 1 gibt ein Ausführungsbeispiel für die geschilderte Anordnung in schematischer Darstellung: In definiertem Abstand und definierter Richtung von einem ferromagnetischen Störkörper 1 (z. B. einem Schiffsmotor) befinden sich die beiden elektrisch gegeneinandergeschalteten Feldmeßsonden 2 und 3 (vornehmlich Förster-Sonden). Die von diesen abgegebene Spannung wird vom Meßgerät 4 angezeigt. Der kleine Permanenmagnet 6 ist drehbar und erlaubt, in kompensiertem Zustand der Gesamteinheit, kleine Permanentfelder am Meßort bezüglich ihrer Wirkung auf die Meßsonden zu kompensieren und so den Zeiger des Meßgerätes 4 auf »Null« zu stellen.F i g. 1 gives an exemplary embodiment for the arrangement described in a schematic representation: At a defined distance and defined direction from a ferromagnetic disruptive body 1 (z. B. a ship engine) are the two electrically interconnected field probes 2 and 3 (mainly Förster probes). The voltage emitted by these is displayed by the measuring device 4. The small permanent magnet 6 can be rotated and allows small permanent fields in the compensated state of the entire unit to compensate at the measuring location with regard to their effect on the measuring probes and so the pointer of the measuring device 4 to "zero".

2. Die Gesamtstörung jedes dieser Hauptstörungskörper setzt sich aber zusammen aus einem permanenten und einem induzierten Anteil. Der induzierte Anteil wird durch das magnetische Erdfeld hervorgerufen, wohingegen der permanente Anteil, quantitativ nicht faßbar, abhängig von vielen Faktoren ist (z. B. Störkörperwerkstoff und Form, seine magnetische Vorgeschichte, Höhe einer eventuellen Erschütterung sowie Richtung und Stärke des magnetischen Erdfeldes), welche früher oder später Änderungen erfahren.2. The overall disturbance of each of these main disturbance bodies, however, continues together from a permanent and an induced part. The induced part is caused by the magnetic earth field, whereas the permanent part, cannot be quantified, depends on many factors (e.g. bluff body material and shape, its magnetic history, level of a possible shock as well as direction and strength of the earth's magnetic field), which sooner or later Experience changes.

Der induzierte Anteil der magnetischen Störung der einzelnen ferromagnetischen Störkörper, nur von Größe und Richtung des magnetischen Erdfeldes abhängig, wird bei vielen Schiffen durch eine magnetische Eigenschutzanlage kompensiert. Von apparativen Störungen (z. B. Kurzschlüssen in den Kompensationswicklungen) abgesehen, ist diese Kompensation des induzierten Anteiles unendlich lange exakt.The induced fraction of the magnetic disturbance of each ferromagnetic Disruptive bodies, only dependent on the size and direction of the earth's magnetic field, will compensated by a magnetic self-protection system on many ships. From apparatus Disregarding malfunctions (e.g. short circuits in the compensation windings), this is Compensation of the induced component exactly for an infinite period of time.

Hat das Schiff eine derartige Kompensationsvorrichtung für den induzierten Anteil der magnetischen Störungen, so wird erfindungsgemäß ergänzend vorgeschlagen, nur die Änderung der permanenten magnetischen Momente der einzelnen Hauptstörungsträger durch die in ihrer Nähe im Schiff eingebauten Differenzfeldmeßsonden zu überwachen.Does the ship have such a compensation device for the induced Proportion of magnetic disturbances, according to the invention it is additionally proposed that only the change in the permanent magnetic moments of the individual main perturbation carriers to be monitored by the differential field probes built into the ship in their vicinity.

Der Hauptunsicherheitsfaktor beim magnetischen Störfeld des amagnetischen Fahrzeuges liegt ja in dem unberechenbaren Verhalten des permanenten magnetischen Momentes begründet, dessen Variation - wie oben angegeben - von vielen Einflüssen abhängt. Deshalb ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Kontrollverfahrens auch in den Fällen sinnvoll, in denen der induzierte Anteil des Störfeldes ohne Interesse bzw. kompensiert ist.The main uncertainty factor in the magnetic interference field of the amagnetic Vehicle lies in the unpredictable behavior of the permanent magnetic Moment, its variation - as indicated above - by many influences depends. Therefore the application of the control method according to the invention is also useful in cases in which the induced portion of the interference field is of no interest or is compensated.

Die Trennung der Anzeige zufolge des permanenten Momentes vom Einfluß des induzierten Momentes soll an Hand der F i g. 2 erläutert werden: Wiederum befinden sich in definiertem Abstand und definierter Richtung vom ferromagnetischen Störkörper 1 die beiden Feldmeßsonden 2 und 3, dergestalt, daß die Sonde 2 näher beim Störkörper liegt als Sonde 3. Zwischen den beiden Differenzsonden befindet sich nun ein Körper 5, der z. B. streifenförmig, aus hochpermeablem ferromagnetischem Werkstoff ist und sich zwischen Sonde 2 und 3 axial verschieben läßt. (Die Anordnung des Streifens 5 zwischen Sonde 2 und 3 ist nur ein mögliches Ausführungsbeispiel. Axial, vom Störkörper aus gesehen, hinter oder neben Sonde 3 wäre die Wirkung dieselbe.) Liegt der Streifen 5 exakt in der Mitte zwischen Sonde 2 und 3, so hat er keinen Einfluß auf die Anzeige, da seine Feldwirkung auf beide Sonden gleich ist und sich so wegen der Differenzanordnung der Sonden heraushebt. Wird der Streifen 5 nunmehr auf die Sonde 2 oder die Sonde 3 zugeschoben, so erhält die Sonde 2 oder die Sonde 3 ein stärkeres Feld als die Sonde 3 bzw. die Sonde 2, so daß zusätzlich eine Anzeige auf dem Feldmeßgerät erfolgt, die proportional zur Größe der Erdfeldkomponente in Richtung der Sondenachse ist. Der Einfuß des induzierten Momentes des Störkörpers auf die Differenzsonde läßt sich deshalb vollständig unterdrücken, wenn der Streifen 5 in eine geeignete Entfernung zur Sonde 3 geschoben wird. Dann wird an der Sonde 3 eine Feldstärke erzeugt, die proportional zur Komponente des Erdfeldes in Richtung der Sondenachse ist, und die durch geeignete Annäherung so groß gemacht wird, daß sie gerade so groß ist wie die an Sonde 2 erzeugte Feldstärke durch das induzierte Moment des Störkörpers. Durch Nähern des Streifens 5 in Richtung auf die Sonde 3 wird also die entgegengesetzte Felddifferenz proportional zur Komponente des Erdfeldes in Richtung der Sondenachse erzeugt wie durch den Störkörper 1. Es ist deshalb leicht möglich, durch geeignete Verschiebung des Streifens 5 in Richtung der Sonde 5 die Felddifferenz, welche von dem induzierten Moment des Störkörpers herrührt, in ihrer Wirkung auf die Differenzsonde zu unterdrücken. Dieses wird dadurch erreicht, daß z. B. zuerst die Summe aus dem induzierten und dem permanenten Anteil des magnetischen Momentes des Störkörpers gemessen wird, wobei der Streifen 5 genau in der Mitte zwischen den beiden Sonden angebracht ist, oder aus deren Wirkungsbereich entfernt wurde. Anschließend wird das permanentmagnetische Moment des Störkörpers allein gemessen. Zu diesem Zweck werden Störkörper und Meßanordnung mittels einer geeigneten Kompensation des Erdfeldes der Einwirkung des magnetischen Erdfeldes entzogen. Nach Entfernung dieser Kompensation, d. h. unter Wirkung des Erdfeldes, wird der Streifen 5 so lange in Richtung auf die Sonde 3 verschoben, bis das Feldmeßgerät 4 den gleichen Wert wie bei der Messung mit Kompensation anzeigt. Ein zweiter Weg zur Trennung von permanentem und induziertem Anteil besteht darin, daß die Summenwirkungen des induzierten und permanenten Momentes für zwei um 180° entgegengesetzte Richtungen ermittelt werden, wobei sich die Momente in der einen Richtung addieren, in anderer subtrahieren. Durch Verschieben des Streifens in der bereits beschriebenen Weise wird auf dem Feldmeßgerät 4 ein Wert eingestellt, der dem arithmetischen Mittel der Summe der beiden Meßwerte entspricht. Das Feldmeßgerät zeigt nun lediglich eine Felddifferenz an, die allein von dem permanenten Moment des Störkörpers abhängig ist, unabhängig von Richtung und Größe der jeweiligen Erdfeldstärke. Spezielle Kompensationsspulen gestatten, die Wirkung der permanenten Momente der Hauptstörungskörper etwa unter einem Schiff optimal zu kompensieren. Die Differenzsonden am definierten Meßort zeigen folglich den Wert des permanenten magnetischen Momentes an, der bezüglich seiner Störwirkung optimal kompensiert ist. Zeigt sich bei späterer Kontrolle also derselbe Meßwert, so ist die Kompensation immer noch optimal. Da die Beziehungen zwischen Meßspannung, permanentem Moment und magnetischer Störwirkung, wie oben allgemein angegeben, quantitativ erfaßbar sind, so kann auch hier von den gemessenen Änderungen der permanenten Momente der einzelnen Hauptstörkörper quantitativ auf die Änderung der Störfeldstärke des gesamten Schiffes gegenüber der optimalen Kompensation geschlossen werden.The separation of the display due to the permanent moment from the influence of the induced moment should be based on the F i g. 2: Again, find at a defined distance and in a defined direction from the ferromagnetic disruptive body 1 the two field measuring probes 2 and 3, such that the probe 2 is closer to the disruptive body is located as probe 3. There is now a body between the two differential probes 5, the z. B. strip-shaped, made of highly permeable ferromagnetic material and can be moved axially between probe 2 and 3. (The arrangement of the strip 5 between probe 2 and 3 is only one possible embodiment. Axially, from the bluff body from behind or next to probe 3 the effect would be the same.) If the stripe is located 5 exactly in the middle between probe 2 and 3, it has no influence on the display, because its field effect on both probes is the same and so because of the difference in arrangement the probes lifts out. If the strip 5 is now on the probe 2 or the probe 3 pushed closed, the probe 2 or the probe 3 receives a stronger field than that Probe 3 or probe 2, so that there is an additional display on the field measuring device, which is proportional to the size of the earth field component in the direction of the probe axis. The influence of the induced moment of the disruptive body on the differential probe can therefore suppress themselves completely when the strip 5 is at a suitable distance is pushed towards probe 3. Then a field strength is generated at the probe 3, which is proportional to the component of the earth's field in the direction of the probe axis, and the is made so large by appropriate approximation that it is just as large as the field strength generated at probe 2 by the induced moment of the disruptive body. By approaching the strip 5 in the direction of the probe 3, the opposite becomes Field difference proportional to the component of the earth's field in the direction of the probe axis generated as by the disruptive body 1. It is therefore easily possible by suitable Displacement of the strip 5 in the direction of the probe 5, the field difference, which of the induced moment of the disruptive body originates in its effect on the differential probe to suppress. This is achieved in that, for. B. first the sum of the induced and the permanent part of the magnetic moment of the disruptive body is measured with the strip 5 exactly in the middle between the two probes is attached or has been removed from its effective area. Then will the permanent magnetic moment of the disruptive body measured alone. To this end are disruptive bodies and measuring arrangement by means of a suitable compensation of the earth's field withdrawn from the influence of the earth's magnetic field. After removing this compensation, d. H. under the action of the earth's field, the strip 5 is so long in the direction of the probe 3 moved until the field measuring device 4 has the same value as during the measurement with compensation. A second way to separate permanent and induced proportion of is that the cumulative effects of the induced and permanent moment can be determined for two 180 ° opposite directions, whereby the moments add up in one direction and subtract in another. By moving the strip in the manner already described, the Field measuring device 4 set a value which corresponds to the arithmetic mean of the sum of the corresponds to both measured values. The field measuring device now only shows a field difference on, which is dependent solely on the permanent moment of the disruptive body, independently of direction and size of the respective earth field strength. Special compensation coils allow the effect of the permanent moments of the main disruptive bodies about under to optimally compensate a ship. The difference probes at the defined measuring location thus indicate the value of the permanent magnetic moment that re its disruptive effect is optimally compensated. So it shows up at a later check the same measured value, the compensation is still optimal. Because the relationships between measuring voltage, permanent moment and magnetic interference, as above generally stated, quantitatively detectable, so can also be measured here from the Changes in the permanent moments of the individual main interfering bodies quantitatively the change in the interference field strength of the entire ship compared to the optimal compensation getting closed.

Auch bei diesem Meßverfahren ist es zweckmäßig, mit Hilfe des drehbaren Permanentmagneten 6 die Feldstärke bzw. den Meßwert, für den die optimale Kompensation durchgeführt wurde, auf »Null« zu reduzieren und die eventuellen Änderungen dann von »Null« aus zu messen.In this measuring method, too, it is useful to use the rotatable Permanent magnets 6 the field strength or the measured value for which the optimal compensation has been carried out to reduce it to "zero" and then make any changes to measure from "zero".

In sehr vorteilhafter Weise kann an Hand der Messungen nach diesem Verfahren der Kompensationsstrom zur Kompensation auch des permanenten Momentes optimal angepaßt werden, ohne daß eine Vermessungsstation angelaufen werden müßte.In a very advantageous manner, on the basis of the measurements after this Method of the compensation current to compensate also the permanent moment can be optimally adapted without having to go to a surveying station.

Claims

Claims: 1. Method for measuring the after a period of time possibly changed magnetic state of ferromagnetic bodies (disruptive bodies) containing portable, non-magnetic units, in particular ships, d a -characterized in that in the vicinity of each disruptive body (each in a fixed Distance and in a defined direction) two electrically oppositely connected measuring probes (2, 3) are arranged for measuring the magnetic field, that thereafter in the normal state of the disruptive body by means of a rotatable one arranged in the area of action of the measuring probes Permanent magnets (6) the deflection of a field measuring device that can be connected to the measuring probes is set to "zero" and that after changes to the magnetic state of the disruptive body by the size of the change in this state a corresponding deflection of the field measuring device is measured.

2. Arrangement for Implementation of the method according to claim 1, characterized in that in the area of action the probe (3) further away from the disruptive body and between the two probes (2, 3) displaceable, a highly permeable strip (5) is arranged. Considered Publications: German Auslegeschrift No. 1038 432; Metallurgy magazine, 46 (1955), pp. 358 to 370.