DE3708582A1

DE3708582A1 - Magnetische sensor-anordnung

Info

Publication number: DE3708582A1
Application number: DE19873708582
Authority: DE
Inventors: Agnall Clutterbuck Richard C D
Original assignee: Thorn EMI Electronics Ltd
Current assignee: EMI Group Electronics Ltd
Priority date: 1986-03-19
Filing date: 1987-03-17
Publication date: 1988-12-29
Also published as: GB2204407A; FR2619930B1; FR2619930A1; GB8606794D0; GB2204407B; US4811665A

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Sensor-Anord nung zur Überwachung der Bewegung eines Fahrzeugs entlang eines Weges, und sie bezieht sich insbesondere, wenn auch nicht aus schließlich, auf eine magnetische Sensor-Anordnung für die Ver wendung in einer Sprengmine.

Normalerweise stellt ein magnetischer Sensor in einer Sprengmine eine Änderung der vertikalen Komponente der magneti schen Feldstärke aufgrund der Bewegung eines Fahrzeugs, z. B. eines Panzers, fest. Dabei ist es typisch, daß eine festgestellte Feldänderung auf einen maximalen Wert zunimmt, wenn das Fahrzeug sich der Mine nähert und wieder abnimmt, wenn sich das Fahrzeug weiterbewegt. Wenn das Fahrzeug nahe an der Mine vorbeifährt, kann der Sensor mehrere Maxima feststellen, und es sind Techniken entwickelt worden, die ermitteln, ob ein Detonations-Signal aus gesendet werden soll. Es hat sich jedoch gezeigt, daß sich hier bei in der Praxis wirkungslose Detonationen ereignen, wenn sich das Fahrzeug ausreichend nahe bei der Mine befindet, um eine Detonation auszulösen, die Entfernung aber zu groß ist, um ernst hafte Schäden zu erleiden. Dieses Problem ergibt sich insbeson dere, wenn die Mine mit einer hoch-richtungsempfindlichen Ladung versehen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine magneti sche Sensor-Anordnung zu schaffen, die dieses Problem weitgehend beseitigt.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Anordnung Mittel enthält, die empfindlich für die magnetische Feldstärke in drei zueinander orthogonalen Richtungen sind, um entsprechende elektrische Signale zu erzeugen, die einen magnetischen Feld-Vektor darstellen, der auf die laufende Posi tion des Fahrzeugs bezogen ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um die entsprechenden elektrischen Signale zu kombinieren, die zwei aufeinanderfolgenden Positionen des Fahrzeugs entsprechen, um einen Parameter zu ermitteln, der auf die Bewegungsbahn des Fahrzeugs bezogen ist.

Vorzugsweise ist der Parameter auf das Vektor-Produkt von Magnetfeld-Vektoren bezogen, die von den entsprechenden elek trischen Signalen dargestellt werden, wobei das Vektor-Produkt die Form H _p=a _p î +b _p+c _p hat, wobei î , , Einheits-Vekto ren in den drei zueinander orthogonalen Richtungen und a _p, b _p und c _p die Größen der Komponenten des Vektor-Produkts in diesen Rich tungen sind. Der Parameter kann dann von der Form

sein, wobei R der Winkel ist, den der Vektor H _p und der vertikale Einheits-Vektor einnehmen und die Nähe der laufenden Bewegungs bahn des Fahrzeugs zur Sensor-Anordnung anzeigt.

Zusätzlich können Mittel vorgesehen werden, um ein skalares Produkt der magnetischen Vektoren zu erzeugen, die von den entsprechenden elektrischen Signalen dargestellt werden. Das skalare Produkt kann dazu benutzt werden, um eine Schwelle von minimaler Magnet-Vektor-Rotation anzuzeigen, wodurch dem System ein Maß an Immunität gegen Störungen in den das Magnetfeld mes senden Schaltungen gegeben wird.

Die magnetische Sensor-Anordnung kann Mittel enthalten, um in Abhängigkeit von dem Wert der Parameter ein Auslöse-Signal zu erzeugen. Das Auslöse-Signal kann beispielsweise erzeugt wer den, wenn der Wert des Parameters nicht größer als ein vorgege bener Schwellwert ist, wobei dieser Schwellwert in Einklang mit Bahnbewegungen ist, von denen angenommen werden kann, daß sie ausreichend nahe bei dem Magnetometer liegen, um akzeptabel zu sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung enthält eine Sprengmine eine magnetische Sensor-Anordnung der vorangehend de finierten Art.

Die Detonation der Mine kann verhindert werden, solange nicht das Auslöse-Signal erzeugt worden ist, und da das Auslöse- Signal nur unter der Voraussetzung erzeugt wird, daß das Fahrzeug die Mine in einem ausreichend geringen Abstand passiert (d. h. vorausgesetzt, daß sein Bahnverlauf als akzeptabel angesehen werden kann) wird das Auftreten von nutzlosen Detonationen stark vermindert.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung nä her erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer magnetischen Sensor- Anordnung, die einen Teil des Detektor- Systems einer Sprengmine bildet,

Fig. 2 eine schematische Darstellung des Betriebs der Anordnung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer magnetischen Sen sor-Anordnung, die einen Teil eines Fahr zeug-Überwachungs-Systems bildet.

Aus Gründen der Veranschaulichung sei angenommen, daß eine magnetische Sensor-Anordnung, die in Fig. 1 dargestellt ist, die Bewegung eines Fahrzeugs (z. B. eines Panzers) entlang eines Weges überwacht. Das Fahrzeug, das aus einem magnetisierbaren Metall besteht, wird durch das Erd-Magnetfeld leicht magnetisch gemacht und erzeugt dadurch ein kleines, aber feststellbares Mag netfeld.

Die magnetische Sensor-Anordnung enthält ein Drei-Ach sen-Magnetometer 1, das eine magnetische Feldstärke in drei zu einander orthogonalen Richtungen messen kann, die den î, und Einheits-Vektoren entspricht. Das Magnetometer erzeugt entspre chende Ausgangsspannungen V _i, V _j, V _k, die die Feldstärke in den drei Richtungen darstellen, und bei diesem Ausführungsbeispiel ist eine zusätzliche Schaltung (nicht dargestellt) vorgesehen, um geeignete Verlagerungs-Spannungen zuzuführen, die weitgehend Bei träge von Hintergrundfeldern auslöschen, die von geringem Inte resse sind. Somit stellen die von dem Magnetometer erzeugten Aus gangsspannungen gleichzeitig einen Magnetfeld-Vektor dar, der auf die laufende Position des Fahrzeugs bezogen ist.

Von dem Magnetometer erzeugte Ausgangsspannungen werden periodisch einer Verarbeitungs-Schaltung 2 unter Steuerung einer Taktschaltung 3 zugeführt, wobei Spannungen der Schaltung 2 so wohl direkt als auch über eine Auftast- und Halte-Schaltung 4 zugeführt werden. Die Schaltung 2 empfängt daher gleichzeitig Ausgangsspannungen, die entsprechende Magnetfeld-Vektoren der Form

H ₁ = a₁ î + b₁ + c₁ und

H ₂ = a₂ î + b₂ + c₂

darstellen, die auf aufeinanderfolgende Positionen des Fahrzeuges auf seinem Weg bezogen sind. Die Koeffizienten a₁, a₂; b₁, b₂; c₁, c₂ stellen jeweils die Komponenten der magnetischen Feldstär ke in den drei orthogonalen Richtungen î , und dar.

Eine andere Verarbeitungs-Schaltung 8 verarbeitet die von dem Magnetometer erzeugten Spannungen, um das skalare Produkt S der Vektoren H ₁ und H ₂ zu ermitteln, wobei S die Form hat

S=a₁a₂+b₁b₂+c₁c₂.

Vorausgesetzt, daß das skalare Produkt S eine Grenze S _t, die von der Schaltung 8 gesetzt wird, überschrei tet, wird eine Sperre beseitigt.

Die Verarbeitungs-Schaltung 2 kombiniert dann die empfangenen Spannungen, um drei Kombinations-Signale zu erzeugen, die die Koeffizienten a _p, b _p und c _p eines Vektor-Produkts H _p der Form

H _p= H ₁× H ₂=a _p î +b _p î +c _p

darstellen, worin

a _p=b₂c₁-b₁c₂,

b _p=c₂a₁-c₁a₂, und

c _p=a₂b₁-a₁b₂

und löst die Auftast- und Halte-Schaltung aus, so daß diese die laufenden Werte der magnetischen Feldstärke speichert.

Die Kombinations-Signale werden dann einer weiteren Verarbeitungs-Schaltung 5 zugeführt, die einen Parameter P₁ der Form

ermittelt. Wie schematisch in Fig. 2 dargestellt ist, verläuft das Vektor-Produkt H _p orthogonal zu einer gemeinsamen Ebene (die teilweise als schraffierter Bereich CP dargestellt ist), die die Magnetfeld-Vektoren H ₁ und H ₂ und die Bewegungsbahn T enthält, entlang der sich das magnetische Zentrum M des Fahrzeugs bewegt, und R ist der Winkel, den das Vektor-Produkt H _p und der Einheits- Vektor einnehmen. Der Parameter P₁ gibt eine Anzeige über die Nähe der Bewegungsbahn T zum Magnetometer, und vorausgesetzt, daß dieser Parameter nicht größer als ein vorgegebener Schwellwert 1 ist, wird davon ausgegangen, daß das Fahrzeug sich ausreichend nahe bei dem Magnetometer befindet, um eine weitere Aktion zu ge währleisten, und die Schaltung 5 erzeugt ein Auslöse-Signal TRIG.

Bei einer Anwendung der Erfindung bildet die magneti sche Sensor-Anordnung einen Teil eines Detektor-Systems einer Sprengmine. In diesem Fall wird der Ausgang der Schaltung 5 mit der einen Eingangsklemme I₁ eines UND-Tors 6 verbunden, und eine andere Eingangsklemme I₂ des Tors wird mit einer Annäherungs- Verarbeitungs-Schaltung 7 verbunden, die Detektor-Signale von einem oder mehreren konventionellen Sensoren verarbeitet. In die sem Zusammenhang brauchbare Sensoren bestehen aus einem Störungs- Sensor, einem akustischen Sensor und einem magnetischen Sensor, und im Falle des magnetischen Sensors kann ein Ausgang des Magne tometers, vorzugsweise der Ausgang V _k verwendet werden. Fakulta tiv kann die Fahrzeugsrichtung bestimmt werden, indem in einer Richtungsfindungs- oder Peil-Schaltung 9 ein weiterer Parameter P₂ beispielsweise der Form

P₂=tan Ø=b _p/a _p

ermittelt wird, worin Ø der Winkel ist, den das Vektor-Produkt H _p und der Einheits-Vektor î einnehmen. Dieser Parameter kann nach geeigneter Schwellwertbildung als ein weiterer Eingang für das Tor 6 oder statt dessen - wie dargestellt - als weiterer Eingang für die Annäherungs-Verarbeitungs-Schaltung 7 verwendet werden, und er kann erforderlichenfalls auf den geomagnetischen Norden durch Bezugnahme auf die ursprünglichen magnetischen Vektoren be zogen werden, die von Messungen vor Anwendung der genannten Ver lagerungs-Spannungen abgeleitet wurden.

Vorausgesetzt daß alle Eingangs-Signale gleichzeitig hoch sind, erzeugt das Tor 6 ein Feuersignal F, das die Detona tion der Mine auslöst. Es sei bemerkt, daß ein Feuersignal nicht erzeugt werden kann, bis die Verarbeitungs-Schaltung 5 ein Auslö se-Signal erzeugt hat, und da dies nur geschehen kann, wenn die Fahrzeug-Bewegungsbahn als ausreichend nahe der Mine angenommen wird, kann das Auftreten von nutzlosen Detonationen beträchtlich vermindert werden.

Bei einer anderen Anwendung der vorliegenden Erfindung, die in Fig. 3 dargestellt ist, dient die magnetische Sensor- Anordnung zur Überwachung des Verkehrsflusses auf einer Straße. Viele der Komponenten sind die gleichen wie bei der Anordnung in Fig. 1 und haben daher gleiche Bezugsziffern.

Im Betrieb wird die magnetische Sensor-Anordnung oder zumindest das Magnetometer 1 am Straßenrand aufgestellt. Die Ver arbeitungs-Schaltung 5 erzeugt ein Auslöse-Signal TRIG, wenn die Bewegungsbahn eines festgestellten Fahrzeugs sich ausreichend nahe am Magnetometer befindet, um die Bewegung eines Fahrzeugs auf der Straße anzuzeigen, und ein dabei erzeugtes Auslöse-Signal wird den entsprechenden ersten Eingangs-Stellen I₁, I₁′ von zwei UND-Toren 10 10′ zugeführt. Die Peil-Schaltung 9 spricht auf Komponenten a _p und b _p des Vektor-Produktes H _p an und erzeugt entsprechende Ausgangs-Signale D, D′, die ein Maß für die Bewe gung eines Fahrzeugs in entgegengesetzten Richtungen sind, und diese Ausgangs-Signale werden entsprechenden zweiten Eingangs- Stellen I₂, I₂′ der UND-Tore zugeführt.

Jedes Tor erzeugt ein Ausgangs-Signal OP, OP′, sobald die entsprechenden Eingangs-Signale (I₁, I₂, I₁′, I₂′) gleichzei tig hoch sind, wobei jedes Ausgangs-Signal die Bewegung eines festgestellten Fahrzeugs in einer entsprechenden Richtung entlang der Straße darstellt. Die Ausgangs-Signale können entsprechenden Zählern (nicht dargestellt) zugeführt werden, so daß der Verkehr in jeder Richtung überwacht und gegebenenfalls gesteuert werden kann.

Claims

1. Magnetische Sensor-Anordnung zur Überwachung der Bewe gung eines Fahrzeugs entlang eines Weges, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung Mittel enthält, die empfindlich für die magne tische Feldstärke in drei zueinander orthogonalen Richtungen sind, um entsprechende elektrische Signale zu erzeugen, die einen magnetischen Feldvektor darstellen, der auf die laufende Position des Fahrzeugs bezogen ist, und daß Mittel vorgesehen sind, um entsprechende elektrische Signale zu kombinieren, die zwei auf einanderfolgenden Positionen des Fahrzeugs entsprechen, um einen Parameter zu ermitteln, der auf die Bewegungsbahn des Fahrzeugs bezogen ist.

2. Magnetische Sensor-Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter auf das Vektor-Produkt von Mag netfeld-Vektoren bezogen ist, die von den elektrischen Signalen dargestellt werden.

3. Magnetische Sensor-Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Parameter die Form hat, worin R der Winkel ist, der von dem Vektor-Produkt und einem vertikalen Einheits-Vektor eingenommen wird.

4. Magnetische Sensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um das skalare Produkt der Magnetfeld-Vektoren zu ermitteln, die von den entsprechenden elektrischen Signalen dargestellt werden.

5. Magnetische Sensor-Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Ermittlung des skalaren Pro dukts bewirken, daß die Kokmbinationsmittel in Abhängigkeit von dem ermittelten skalaren Produkt gesperrt werden.

6. Magnetische Sensor-Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Verarbeitungsmittel vorgesehen sind, um in Abhängigkeit von dem Wert des Parameters ein Ausgangs- Signal zu erzeugen.

7. Magnetische Sensor-Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungsmittel so ausgebildet sind, daß sie das Ausgangs-Signal in Abhängigkeit sowohl von dem Wert des Parameters als auch von dem Ausgang weiterer Fahrzeug-Sensor mittel erzeugen.

8. Magnetische Sensor-Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Fahrzeug-Sensormittel auf die Richtung des Fahrzeugs ansprechen.

9. Sprengmine mit einer magnetischen Sensor-Anordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangs- Signal als Feuersignal für eine explosive Ladung der Mine dient.