DE2937426A1 - Anordnung zur bestimmung der ortskoordinaten eines sich bewegenden objektes - Google Patents

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GEYER, HAGEMANN & PARTNbR

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u.Z.: Pat 129/1 - 79E München, den 15.09.1979

vS/6/mi

NIPPON TELEGRAPH & TELEPHON PUBLIC CORPORATION

Tokio / Japan

ANORDNUNG ZUR BESTIMMUNG DER ORTSKOORDINATEN EINES SICH BEWEGENDEN OBJEKTES

Prioritäten: Land Datum Aktenzeichen

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Japan 24.Jan.1979 6004/'79

Japan 24.Jan.1979 6005/'79

Japan 26.Jan.1979 7039/'79

Japan 29.Jan.1979 8862/'79

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GEYER, HAGEMANN & PARTNER

PATENTANWÄLTE

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Nippon Telegraph & Telephone Public Corporation

Tokio/Japan

u.Z.: Pat 129/1-79E

München, den 15.09.1979 vS/6/mi

ANORDNUNG ZUR BESTIMMUNG DER ORTSKOORDINATEN

EINES SICH BEWEGENDEN OBJEKTES

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestimmung der Ortskoordinaten eines sich bewegenden Objektes.

Eine derartige Anordnung ist bekannt, beispielsweise zur
Bestimmung der Ortskoordinaten eines sich bewegenden,

relativ großen Objektes, wie eines Schiffes auf See oder
eines fliegenden Flugzeuges. Hierbei sind die Verwendung
eines Kreiselkompasses, eines Funkfeuers oder Leitstrahlensenders, gegebenenfalls unter Einsatz von Raumsatelliten
oder anderer Einrichtungen für astronomische Messungen,

bekannt. Die bekannten Anordnungen haben jedoch den Nachteil, daß sie relativ aufwendig und kompliziert aufgebaut und demzufolge teuer sind. Darüber hinaus ist der Einsatz der bekannten Anordnungen zeitlichen und örtlichen Beschränkungen unterworfen. Insbesondere wirft die Verwendung der bekannten Anordnungen bei relativ kleinen sich bewegenden Objekten, beispielsweise Landfahrzeugen, beachtliche Probleme auf. Ferner ist ein Verfahren bekannt, nach welchem eine besonders einfache Einrichtung zur Bestimmung der Ortskoordinaten sich bewegender Objekte verwendet wird. Gemäß

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diesem bekannten Verfahren wird ein auf das geomagnetische Feld ansprechender Kompaß verwendet. Es ist jedoch bekannt, daß der Einsatz eines derartigen Kompasses zur Bestimmung der Ortskoordinaten eines kleinen sich bewegenden Objektes, beispielsweise eines Landfahrzeuges, häufig zu beachtlichen Meßfehlern führt. Die Meßfehler sind hierbei durch magnetische Störfelder von magnetischen Fremdkörpern in der Nähe des Kompasses oder durch Schwingungen des sich bewegenden Objektes bedingt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Anordnung unter v/eitestgehender Beibehaltung ihrer bisherigen Vorteile derart weiterzuentwickeln, daß sie bei guter Meßgenauigkeit relativ einfach aufgebaut ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mehrere riagnetfeldvektor-Meßfühler, ein Neigungs-Meßfühler zur Ermittlung der Neigung der Magnetfeldvektor-lleßfühler, ein Abstands-Meßfühler zur Ermittlung der vom bewegten Objekt zurückgelegten Strecke, und eine mit den Ausgangssignalklenuaen der Magnetfeldvektor-Meßfühler,des Neigungs-Meßfühlers und des Abstands-Meßfühlers verbundene Recheneinrichtung, die eine Einrichtung zur Berechnung der Horizontalkomponente des geomagnetischen Feldvektors aus den Aus-5 gangsgrößen der Magnetfeldvektor-Meßfühler und des Neigungs-Meßfühlers sowie eine Einrichtung zur,von dieser Horizontalkomponenten ausgehenden Berechnung,des Vektors der Vorwärtsbewegung des sich bewegenden Objektes, eine Einrichtung zur Integration des Produktes aus dem Vektor der Vorwärtsbewe-

30gung und der Ausgangsgröße des Abstandsmeßfühlers und eine Einrichtung zur,von den Ausgangssignalen vorstehender Einrichtungen ausgehenden,Ausgabe der Ortskoordinaten vorgesehen sind. Hierbei ist zur Erhöhung der Meßgenauigkeit der Ortskoordinaten vorzugsv/eise eine Einrichtung zum Auswechsein der Koordinaten eines beliebig voreingegebenen Punktes gegen die zuletzt ermittelten Ortskoordinaten nach vorschriftsmäßiger Durchführung einer Rechts- oder Linksv/ende

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am voreingegebenen Punkt vorgesehen.

Die erfindungsgemäße Lösung bedient sich demnach des geomagnetischen Feldes als einer Richtgröße. Durch die Anordnung der drei Meßfühler und einer Einrichtung zur Verarbeitung der Ausgangssignale dieser Meßfühler ist eine genaue Ortskoordinatenbestimmung mit relativ geringem Aufwand durchführbar. Infolge des einfachen Aufbaues der erfindungsgemäßen Anordnung ist diese gegenüber bekannten Anordnungen ver 0 gleichbarer Genauigkeit kleiner und wirtschaftlicher herstellbar. Daher eignet sich die erfindungsgemäße Anordnung in besonderem Maße für ihren Einsatz in kleinen bewegten Objekten, beispielsweise Landfahrzeugen. Die Anordnung mehrerer Magnetfeldvektor-Meßfühler ermöglicht die Eliminie-5 rung magnetischer Störfelder von Störkörpern. Der Neigungs-Meßfühler ermöglicht die Eliminierung von Meßungenauigkeiten, welche unter Umständen durch eine Neigung der Magnetfeldvektor-Meßfühler hervorgerufen werden können.

0 Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel v/eist jeder Magnetfeldvektor-Meßfühler ein magnetisierbares Drehelement und eine feststehende Spule auf. Durch Drehung des magnetisierbaren Drohelementes ist die Horizontalkomponente des geomagnetischen Feldes besonders einfach in einer Ebene abtastbar. Durch die Verbindung von Drehelement und Spule lassen sich-der Horizontalkomponente entsprechende-elektrische Signale erzeugen, die sich im besonderen Maße für eine Weiterverarbeitung eignen.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel weist jeder Magnetfeldvektor-Meßfühler ein Transformatorenpaar auf, dessen Transformatoren rechtwinklig zueinander angeordnet sind und jeweils mit einer Meßspule und einer mit einer Wechselstromquelle verbundenen Erregerspule bestückt sind. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß eine Drehbewegung von Elementen nicht erforderlich ist, durch die rechtwinklige Anordnung der Transformatoren gleichwohl aber die

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beiden orthogonalen Komponenten der Horizontalkomponente des geomagnetischen Feldes erfaßbar sind.

Zur Erhöhung der Meßgenauigkeit, insbesondere zur Vermeidung von Meßungenauigkeiten, die durch einen außerhalb des Drehelementes verlaufenden Magnetflusses bedingt sein können, ist die Spule vorzugsweise derart um die Drehachse des magnetischen Drehelementes angeordnet, daß dessen magnetische Flußdichte bezüglich des mangetischen Feldvektors maximal 0 in einer zur Drehachse orthogonalen Ebene wird . Hierzu weist die Spule einen Querschnitt auf, der einerseits innerhalb des Maximalquerschnittes des Drehelementes liegt, andererseits eine Querabmessung hat, die einen Maximalwert durchläuft. Zur weiteren Erhöhung der Meßgenauigkeit ist vorzugs-5 weise das Drehelement jedes ilagnetfeldvektor-Meßfühlers fluchtend auf der Drehachse eines Motors angeordnet und die Motordrehung mittels einer Synchronisationsschaltung zwangssynchronisiert. Hierzu weist die Synchronisationsschaltung eine Signalverarbeitungseinrichtung zur Gewin- nung eines Impulssignales mit einer Impulsbreite, welche der Phasendifferenz zwischen einem eingehenden Bezugssignal und der Drehphase des Motors entspricht, einen Meßfühlerkreis zur Ermittlung eines Signales, dessen Amplitude von der Motorumdrehungszahl abhängt, einen Amplituden-Steuerkreis mit einer Einrichtung für einen Vergleich zwischen der Ausgangsgröße des Meßfühlerkreises und einer Bezugsspannung, dessen Ausgangssignal sich entsprechend dem Vergleichsergebnis ändert, und an ihrem Ausgang eine !lultiplizierschaltung zur Multiplikation der von der Signalverarbeitungseinrichtung gewonnenen Impulsbreite mit der Amplitude des Ausgangssignals des Amplitudensteuerkreises auf.Hierdurch wird der Motor mittels des Ausgangssignals der Synchronisationsschaltung auf das eingehende Bezugssignal zwangssynchronisiert. Die Amplitude des Ausgangssignals der 5 Synchronisationsschaltung hängt von der Umdrehungszahl des Motors ab. Die Impulsbreite dieses Ausgangssignales entspricht der Phasendifferenz zwischen dem eingehenden

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Bezugssignal und der Drehphase des Tlotors.

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind das Drehelement jedes Magnetfeldvektor-Meßfühlers in Reihe zur und auf der Drehachse des Motors angeordnet, ein Drehpositions-Meßfühler zur Ermittlung der Winkelstellung des Drehelementes vorgesehen und der Drehpositions-Meßfühler mit einer auf der Drehachse angeordneten Drehscheibe mit darin ausgebildetem Spalt, einem Lichtsender auf einer Drehscheibenseite, einem dem Lichtsender gegenüberliegenden Lichtempfänger auf der anderen Drehscheibenseite, einem mit dem Ausgang des Lichtempfängers verbundenen Spitzenv/ert-Meßfühler, einem Schaltkreis zur Erzeugung einer von der Ausgangsgröße des Spitz enwert-ileßfühlers abhängenden Bezugsspannung und einem Pegelbegrenzer bestückt, wobei der Pegelbegrenzer den Pegel des Ausgangssignals des Lichtempfängers in Abhängigkeit von der Bezugsspannung begrenzt. Durch diese Maßnahme wird einerseits die Winkelstellung des Drehelementes relativ genau angegeben, andererseits infolge des besonders ausge stalteten Pegelbegrenzers ein impulsf örmiges Ausgangssignal abgegeben, dessen Anfang und Ende stets gleichbleibend sind. Hierdurch ist am Ausgang des Pegelbegrenzers ein der Drehposition des Drehelementes entsprechendes Signal zur Bestimmung der Ortskoordinaten abgreifbar. 25

Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel sind drei Magnetfeldvektor-Meßfühler vorgesehen. Vorzugsweise sind diese Meßfühler in Reihe mit der Drehachse fluchtend angeordnet. Bereits durch drei Magnetfeldvektor-Meßfühler lassen sich fremdkörperbedingte magnetische Störfelder ausreichend genau beseitigen bzw. berücksichtigen.

Störfeidbedingte Meßungenauigkeiten sind in besonders einfacher Weise dadurch eliminierbar, daß die Recheneinrich-" tung eine mit den Ausgängen der Magnetfeldvektor-Meßfühler verbundene Rechenschaltung aufweist, die mit einer Einrichtung zur Bildung der Differenzen zv/ischen dem Ausgangs-

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signal eines Magnetfeldvektor-Meßfühlers und den Ausgangssignalen der übrigen Magnetfeldvektor-Meßfühlern und mit einer v/eiteren Einrichtung zur Bildung des Verhältnisses zwischen einem vorgegebenen Differenzsignal und den übrigen 5Differenzsiqnalen bestückt ist. Eine derart aufgebaute Recheneinrichtung ermöglicht mittels einfachster Rechenoperationen und somit mittels eines besonders einfachen Aufbaues Störfeldgrößen zu eliminieren.

0 Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Recheneinrichtung mit einem Digital/Analog-Umsetzer zur Bildung des Produktes aus dem analogen Ausgangssignal des Magnetfeldvektor-Meßfühlers und eines digitalen Signals, bestehend aus einer digitalisierten Bezugssinuswelle, einem Analog/Digital-Umsetzer mit einer Integrationsstufe, die zur Analog/Digital-Umsetzung das Ausgangssignal des Digital-Analog-Umsetzers über ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Bezugssinuswelle integriert, und einer Vektorkomponenten-Rechenschaltung, mittels welcher die Phasenkomponente

20des Vektors des Eingangssignales digital vom Analog/Digital-Umsetzer abgreifbar ist, bestückt.

Gemäß einer besonders einfachen,genau arbeitenden Ausführungsform des Neigungs-Meßfühlers sind ein Magnet, eine Spule und eine Fühlereinrichtung vorgesehen und derart angeordnet, daß eine Neigung des Neigungs-Meßfühlers zu einer Relativverschiebung zwischen dem Magneten und der Spule und die Relativverschiebung zu einer Beaufschlagung der Spule mit einem elektrischen Strom, v/elcher der Relativbewegung entgegenwirkt, führt. Diese Ausführungsform hat den weiteren Vorteil, daß sie elektrische Ausgangsgrößen liefert, die sich in besonderem Maße zur Verarbeitung in Rechenanlagen eignen.

Anhand nachstehender Ausführungsbeispiele wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert.

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In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anordnung zur Bestimmung der Ortskoordinaten eines sich bev/egenden Gegenstandes;

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispieles eines Ilagnetf eldvektor-Meßf ühlers ;

Fig. 3 ein Diagramm zur Erläuterung möglicher Meßfehler und Veranschaulichung . der Beziehung zwischen der Richtung des Magnetfeldvektor-Meßfühlers und der Amplitude und Phase von dessen Ausgangssignal;

Fig. 4a und 4b eine Darstellung der Verteilung der magnetischen Äquipotentiallinien der Vertikal- und der Horizontalkomponeate des Vektors des magnetischen Feldes in der Nähe des Dreheleinentes des Magnetf eldvektor-rießf ühlers ; Fig. 4c ein v/eiteres Ausführungsbeispiel eines Magnetfeldvektor-Meßfühlers, teilweise im Aufriß;

Fig. i> ein Schaltschema einer am Ausgang des Magnetfeldvektor-Meßfühlers vorgesehenen Differenz-Rechenschaltung; Fig. 6 eine schematische Darstellung eines Drehpositions-Meßfühlers mit einer Drehscheibe;

Fig. 7 eine Darstellung von Ausgangssignalen des Drehpositions-Meßfühlers als Funktion des Drehwinkels des Drehelementes;

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Fig. 8 ein Schaltschema des Neigungs-Meßfühlers;

Fig. 9 ein Schaltschema der in Fig. 1 dargestellten Synchronisationsschaltung ;

Fig. 10 ein Blockdiagramm der Hauptschalteinheiten der Vektorkomponenten-Rechenschaltunq und der Zeitgeberschaltung;

Fig. 11 Signalformen zur Erläuterung der Betriebsv/eise der in Fig. 10 dargestellten Schalteinheiten;

Fig. 12 Darstellung zur Erläuterung der Beseitigung von magnetischen Störgrößen, mit Hilfe der erfindungsgemäßen Anordnung;

Fig. 13 eine Darstellung zur Erläuterung möglicher Meßfehler infolge einer Neigung des Magnetfeldvektor-Meßfühlers;

Figuren 14A bis 14C ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Rechenoperationen der Rechenanlage; und

Fig. 15 ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Magnetfeldvektor-Meßfühler .

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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Vorrichtung 10 zur Bestimmung der Positionskoordinaten einen Magnetfeldvektor-Meßfühler 11 bzw. Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a, 11b und 11c mit jeweils einem magnetischen Drehelement, das auf der Drehachse 13a eines Motors 13 angeordnet ist, auf. Die magnetischen Drehelemente der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a, 11b und 11c sind etwa in Form eines S ausgestaltet. Sie werden um die Achse einer feststehenden (Magnet-)Spule gedreht. Bei Drehung der S-förmig ausgestalteten magnetischen Drehelemente ändert sich der durch sie hindurchgehende magnetische Fluß in Abhängigkeit von der Richtung eines externen Magnetfeldes sowie des Drehwinkels des magnetischen Drehelementes. Die Magnetflußänderung wird als Spannung von der feststehenden, das S-förmige magnetische Drehelement umgebenden Spule abgegriffen. Der Aufbau des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11 bzw. der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a, 11b oder 11c wird anhand der Fig. 2 näher erläutert werden. Die Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a, 11b bis 11c sind mit geeignetem gegenseitigen Abstand in einer Linie auf der Achse 13a des Motors 13 so angeordnet, daß sie die in einer Ebene liegenden geomagnetischen Feldkomoonenten für unterschiedliche Richtungen erfassen.

Auf der Drehachse 13a des Motors 13 ist ferner ein Drehnositions-Meßfühler 14 angeordnet, welcher die Drehung des magnetischen Drehelementes feststellt. Der Drehpositions-Meßfühler 14 weist eine sich drehende Scheibe mit einem darin ausgeformten Spalt auf. Der Spalt dreht sich gemeinsam mit dem magnetischen Drehelement. Auf der einen Seite der Scheibe ist ein lichtemittierendes Element bzw. ein Lichtsender und auf der anderen Seite der Scheibe ein Lichtempfanger angeordnet. Der Drehpositions-Meßfühler 14 wird unter Bezugnahme auf Fig. 6 näher erläutert v/erden.

Die Vorrichtung 10 ist ferner mit einem Neigungs-Meßfühler 17 bestückt, welcher die Neigung der Magnetfeldvektor-

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Meßfühler 11a bis 11c mißt. Der Neigungs-Meßfühler 17 ist zur Abgabe von Analogsignalen bestückt, welche der Neigung in sämtlichen Richtungen, nämlich nach vorn und nach hinten sowie nach links und nach rechts entsorechen. Dieser Neigungs-Meßfühler wird unter Bezugnahme auf Fig. 8 näher erläutert werden.

Die Ausgangssignale der Magnetfeldvektor-Heßfühler 11a, 11b und 11c werden über eine Differenzverstärker-Rechenschaltung 18 einem Umschalter 19 zugeführt. Die Differenzverstärker-Rechenschaltung wird unter Bezugnahme auf Fig. 5 näher erläutert werden. Das jeweils ausgewählte Ausgangssignal wird einer Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20 zugeführt, die unter Verwendung eines Ausgangssignals P₁ einer Zeitgeberschaltung 22 die Arrvolituden- und Phaseninformation des Ausgangssignals der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a bis 11c in X- und Y-Vektorkomponenten zerlegt. Das Ausgangssiqnal des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11 umfaßt Oberwellen zweiter Ordnung infolge eines ungleichförmigen Magnetfeldes in der Nachbarschaft der Magnetfeldvektor-Meßfühler, Oberwellen höherer Ordnung infolge der Welligkeit des Motordrehmomentes und des magnetischen Streufeldes und ein Rauschen infolge der mechanischen Schwingungen. Die vorstehenden Größen müssen von der zu übertragenden Grundkomponente abgetrennt werden. Für eine derartige Trennung wird gewöhnlich ein Analogfilter verwendet. Zur Zerlegung des Ausgangssignals in Sinus- und Kosinus-Komponenten wurde bislang ein Verfahren eingesetzt, bei welchem der Phasenwinkel gemessen wurde. Dieses Verfahren führt jedoch häufig zu Fehlern infolge einer Phasenänderung im Filter sowie zu einer Erhöhung der Rechenzeit. Die in vorliegender Vorrichtung vorgesehene erfindungsgemäße Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20 ermöglicht eine gleichzeitige Abtrennung der Störgrößen und Aufspaltung des Signals in Sinus- und Kosinus-Komponenten. Die Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20 weist im wesentlichen einen Speicher 202, einen multiplizierenden Digital/Analog-Umsetzer 203, im folgenden DA-Umsetzer 203

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genannt, und einen Doppelflanken-Analog/Digitalumsetzer 204, im folgenden AD-Umsetzer 204 genannt, auf. Der Speicher 202 ist so aufgebaut, daß die Grund-Sinuswelle, die entsprechend dern Ausgangstaktsignal P₁ der Zeitgeberschaltung 22 in digitaler gespeichert ist, als digitales Ausgangssignal ausgelesen wird. Der DA-Umsetzer 203 empfängt gleichzeitig das analoge Ausgangssignal des Umschalters und das digitale Ausgangssignal des Speichers 22. Der AD-Umsetzer 204 wandelt das Ausgangssignal des DA-Umsetzers 203, das entsprechend dem Ausgangssignal der Zeigeberschaltung 22 getaktet ist, um. Das Ausgangssignal der Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20, das heißt das Ausgangssignal des AD-Umsetzers 204 weist im wesentlichen digitalisierte Sinus- und Kosinus-Signale auf. Diese Signaie werden zur Bestimmung der Positionskoordinaten verwendet und hierzu einer Rechenanlage 25 zugeführt. Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20 wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 erläutert werden.

Die Rechenanlage 25 weist in üblicher Weise eine Recheneinheit, eine Steuereinheit und eine Speichereinheit auf. Der Aufbau jeder Einheit ist an sich bekannt und braucht daher nicht erläutert zu werden. Außer dem Ausgangssignal d_er Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20 werden der Rechenanlage 25 noch das Ausgangssignal P₃ der Zeitgeberschaltung 22 sowie das Ausgangssignal eines Abstands-Meßfühlers 26 zugeführt. Die Rechenanlage 25 berechnet die Positionskoordinaten anhand eines noch zu beschreibenden Programmes und überträgt die Ausgangsdaten auf eine Anzeigeeinrichtung 27.

Der Abstandsmeßfühler 26 kann beispielsweise eine Einrichtung zur Messung der Umdrehungszahl der Antriebswelle eines 5 Landfahrzeuges sowie eine weitere Einrichtung zur Messung der Drehrichtung der Antriebswelle (vorwärts oder rückwärts) aufweisen. Das der Rechenanlage 25 zugeführte Aus-

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gangssignal des Abstandsmeßfühlers 26 beinhaltet die Information über die Strecke, welche das Fahrzeug zurückgelegt hat.

Die Anzeigeeinrichtung 27 ist vorzugsweise mit Elementen, beispielsweise lichtemittierenden Dioden (LED) bestückt, welche die von der Rechenanlage 25 berechneten Vierte für die X- und Y-Koordinaten anzeigen können.

Die Neigung des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11 wird mit Hilfe des Neigungsmeßfühlers 17 bezüglich sämtlicher Neigungsrichtungen, nämlich einer Vorwärts- und Rückwärtsneigung sowie einer Neigung nach rechts und nach links, gesondert erfaßt. Die so erfaßten Neigungskomponenten werden einem weiteren Umschalter 28 zugeführt, der seinerseits sein - in Abhängigkeit von einem Takt-Ausgangssignal P. der Zeitgeberschaltung 22 - ausgewähltes Ausgangssignal an einen weiteren Umschalter 29 überträgt. Der Umschalter 29 schaltet aufgrund eines von der Zeitgeberschaltung 22 abgegebenen Takt-Ausgangssignals entweder auf den Ausgang des Umschalters 23 oder den Ausgang des DA-Umsetzers 203 der Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20 um. Das hierdurch ausgewählte Ausgangssignal des Umschalters 29 wird dann dem AD-umsetzer 204 zugeführt.

Die Zeitgeberschaltung 22 ist zur Abgabe von mehreren Taktimpulsen bzw. -ausgangssignalen P. bis P₅ ausgelegt. Sie gibt ferner einen Taktimpuls P_fi zu einer Motorgleichlaufbzw. Synchronisations-Schaltung 30 in Abhängigkeit von einem Phasenbezugsimpuls P ab, welcher das Ausgangssignal des Drehpositions-Meßfühlers 14 bildet; letzterer erfaßt die Drehposition des S-förmigen magnetischen Drehelementes.

Die Motorsynchronisations-Schaltung 30 hält die Winkelge-5 schwindigkeit der Drehachse 13a des Motors 13 konstant.

Sie ist als Phasen-Regelschleife (PLL) bzw. Schaltung zur Zwangssynchronisierung ausgelegt und in Fig. 9 dargestellt.

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Die Rechenanlage 25 ist zur Durchführung folgender Operationen ausgelegt. Sie speichert die Koordinaten einer beliebigen Anzahl Zielpunkte, an denen eine Rechts- oder Linkswendung auszuführen ist. Auch die Wendebefehle v/erden gespeichert. Die Rechenanlage 25 wählt dann einen Zielpunkt aus. Wenn ein Wenden am Zielpunkt befehlsgemäß durchgeführt worden ist, tauscht die Rechenanlage 25 automatisch den anfangs gewählten Zielpunkt gegen den als nächstes anzufahrenden Zielpunkt aus. Wenn die Wende an einem beliebig vorgegebenen Punkt befehlsgemäß durchgeführt worden ist, werden die Koordinaten am Anfangspunkt gegen die Koordinaten des neu-bestimmten Punktes ausgetauscht. Die Rechenanlage 25 zeigt ferner an der Anzeigeeinrichtung 27 relevante Informationen an, beispielsweise die dreidimensionalen Koordinatentripel (X, Y, Z), die Vorrückrichtung, die Richtung zum Zielpunkt, den direkten Abstand zum Zielpunkt, die Nurtirer oder das Symbol dieses Zielpunktes, den Befehl zur Rechts- und Links-Wende, einen Alarm usw.

Hierfür eignet sich beispielsweise der von der Firma Motorola, Vereinigte Staaten von Amerika, angebotene Mikrocomputer 60OO mit 8 Bits und einer Taktfrequenz von 1 MHz.

Nachfolgend werden einzelne Schaltelemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 näher erläutert.

Anhand der Fig. 2 wird der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11 näher erläutert.

Die Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a, 11b und 11c sind in gleicher Weise aufgebaut, so daß es genügt, nur einen einzigen zu erläutern. Gemäß der in Fig. 2 wiedergegebenen schematischen Darstellung weist der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a ein magnetisches Drehelement 15 auf, das mit 5 der Drehachse 13a des Motors 13 verbunden ist. Das magnetische Drehelement 15 ist S-artig ausgeformt und aus einem Stapel von dünnen Platten aus magnetisierbarem

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Material, beispielsweise Permalloy, aufgebaut. Im einzelnen weist das magnetische Drehelement 15 einen Hauptschaft 151, der in Reihe bzw. in einer Linie mit der Drehachse 13a liegt, und Arme 152 und 153 auf. Die Arme 152 und 153 stehen rechtwinklig von den beiden Enden des Hauptschaftes 151 ab, und zwar in zu einander entgegengesetzten Richtungen. Der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a umfaßt ferner eine feststehende Ringspule 1G. Der Wickeldraht der Ringspule 16 ist hierbei auf eine Bobine 162 gewickelt, die an ihren beiden Enden mit Flanschen 161 bestückt ist. Der magnetische Fluß φ des magnetischen Drehelementes 15 ist hierbei proportional dem magnetischen Feldvektor H in der Umgebung des magnetischen Drehelementes 15. Der Viert des magnetischen Flusses φ- hängt von der mechanischen Richtung des magnetischen Drehelementes 15, bezogen auf die Richtung des magnetischen Feldvektors H, ab. Demgemäß genügt der magnetische Fluß φ des magnetischen Drehelementes 15 folgender Gleichung:

Φ = K.Hxy cos θ + K₂Hz,
20

wobei gilt:

K₁, K₂: Konstanten, die vom Material und der Gestalt des magnetischen Drehelementes 15 abhängen;

Hz: Die Komponente des Vektors des magnetischen Feldes H in Richtung der Drehachse 13a; Hxy: Komponente des Vektors des magnetischen Feldes Ö in einer zur Drehachse 13a senkrechten Ebene;

Θ: Winkel zwischen der Richtung des magnetischen Drehelementes 15 und der Hxy-Komponente. 30

Werden die Drehachse 13a und das magnetische Drehelement 15 mit konstanter Winkelgeschwindigkeit U) gedreht, dann gilt für den Winkel θ = CO t + y. Demgemäß wird im magnetischen Drehelement 15 eine Magnetfluß-Änderung hervorgerufen, die 5 folgender Gleichung genügt: d*/dt = K₃HXy sin (o)t + y)_r mit y :Winkel zwischen der Richtung des magnetischen Drehelementes 15 und der Hxy-Komponente zur Zeit t = 0 und

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K-, = konstant.

Demgemäß ist von der feststehenden Ringspule 16 eine sinusförmige Spannung abgreifbar, deren Amplitude proportional zur Hxy-Komponente und deren Phase gegenüber der Richtung des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11a um den Winkel ~f verschoben ist. Aus der Ausgangsspannung der feststehenden Spule 16 sind demnach die X- und Y-Komponenten des magnetischen Feldes erhältlich.

Hat der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a den vorstehend geschilderten Aufbau, dann ist die von der Spule 16 abgegebene Spannung proportional dem Wechsel der Dichte des die Ringspule 16 durchdringenden Magnetflusses. Spaltet man nun diesen Magnetfluß in zwei Teile auf, nämlich einen Magnetfluß ^a durch das magnetische Drehelement 15 und einen Magnetfluß 0b, der die feststehende Ringspule 16 durchdringt, ergibt sich folgendes Bild. Der Magnetfluß φ a verläuft stets durch sämtliche Windungen, und zwar unabhängig von der Position der feststehenden Ringspule 16. Der Magnetfluß Φ b dagegen nimmt unterschiedliche Werte an, die von den jeweiligen Relativstellungen zwischen der feststehenden Ringspule 16 und dem magnetischen Drehelement 15 abhängen. Ist nun die Drehachse des magnetischen Drehelementes 15 nicht zur Mitte der Ringspule 16 ausgerichtet und ändert sich deren Richtung innerhalb der Drehebene des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11a, dann ändert sich aus den vorstehend angegebenen Gründen das Ausgangssignal des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11a in Abhängigkeit von der Drehachsenrichtung .

Fig. 3 dient der Erläuterung des Meßfehlers. In dieser Figur ist die Beziehung zwischen der Richtung des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11a, der Amplitude des Ausgangssignals des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11a und dem Phasenwinkel für den vorgenannten Fall dargestellt. Im einzelnen kennzeichnen das Bezugszeichen 40 die X- und Y-Achsen in der Drehebene des magnetischen Drehelementes 15, das Bezugszeichen 41 die

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Amplitude des Ausgangssignals des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11a in Abhängigkeit von dessen Richtung und das Bezugszeichen 4 2 die Vektoren des Meßfühlerausgangssignals für die Heßfühlerrichtungen 0° und 90°.

Aus Fig. 3 ergibt sich, daß der in Fig. 2 dargestellte Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a den Nachteil hat, daß die Drehachse 13a des magnetischen Drehelementes 15 genau mit der Mitte der Ringspule 16 fluchten muß.
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Diese Problematik wird anhand der Fig. 4, in welcher magnetische Äquivpotentiallinien dargestellt sind, erläutert.

Die in den Figuren 4(a) und 4(b) wiedergegebenen Diagramme wurden vom Bildschirm einer Kathodenstrahlröhre übernommen. Sie stellen magnetische Äquipotentiallinien dar, die durch ein Computer-Simulationsverfahren erzeugt worden sind, wobei die Einwirkung gleichförmiger Magnetfelder auf das magnetische Drehelement 15 sowohl in Richtung von dessen Drehachse als auch in einer dazu senkrechten Richtung simuliert wurde. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren 2 und 4 kennzeichnen jeweils gleiche Teile. Die Bezugszeichen 45 und 45' sind für magnetische Äquipotentiallinien, die Bezugszeichen 46 und 46' für magnetische Kraftlinien, die rechtwinklig die magnetischen Äquipotentiallinien 45 bzw. 45' schneiden, vorgesehen. Eine Änderung der die Ringspule 16 durchdringenden magnetischen Kraftlinien führt zu einer Spannungserzeugung. Hierbei trägt zur Spannungserzeugung jede in Richtung der Spulenachse fallende Komponente der magnetisehen Kraftlinien, beispielsweise der Linien 46 und 46', bei. Die Größe dieser Spannung ist hierbei umgekehrt proportional zur Neigung des Potentials bzw. der Potentiallinien gegen die Spulenachse. Die Bezugszeichen 47 und 47' bezeichnen, Linien, die parallel zur Achse der Ringspule 16 liegen.

Die Schnittpunkte zwischen den Parallelen 47, 47' und den magnetischen Äquipotentiallinien 45, 45' haben die Bezugszeichen 43, 48", 49 und 49'. Die Intensität des Magnetfeldes

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kann quantitativ durch Messung des Abstandes zv/ischen den Punkten 40 und 49 sowie den Punkten 43' und 49' bestimmt werden.

Bestimmt man nun die Stärke des magnetischen Feldes aufgrund obiger Überlegungen, dann ergibt sich für Fig.4(a) ein An- . stieg der Intensität in Richtung eines größer v/erdenden Abstandes von den Armen 152 und 153 des magnetischen Drehelementes 15 sowie von der Drehachse 13a. Für den in Fig.4b dargestellten Fall ergibt sich ein Anstieg der Feldstärke ebenfalls in Richtung eines größer werdenden Abstandes von der Drehachse 13a, diesmal jedoch in Richtung der Arme 152, 153.

Wird nun die Ringspule innerhalb eines begrenzten, mittleren Bereiches der Drehachse 13a, also an einer Stelle, an welcher die Stärke des Magnetfeldes gemäß den Figuren 4(a) und 4 (b) gewöhnlich geringer ist, angeordnet, dann ist es aufgrund vorstehender Überlegungen möglich, die Stärke des die Spule durchdringenden Magnetflusses an denjenigen Stellen zu verringern, die außerhalb der Bahn des durch das magnetische Drehelement 15 führenden Magnetflusses liegen.

In Fig.4(c) ist ein weiteres, besonders bevorzugtes Ausführungsbeispiel für einen Magnetfeldvektor-Meßfühler 11 bzw. 15 dargestellt. Beim Aufbau dieses riagnetfeldvektor-Meßfühlers sind die vorstehenden Überlegungen berücksichtigt worden. Der Magnetfeldvektor-Meßfühler zeichnet sich insbesondere durch die feststehende Spule 16A aus. 30

Beim Wickeln und Anordnen der Spule 16A um den Hauptschaft 151 des magnetischen Drehelementes 15 müssen folgende Bedingungen erfüllt sein. Erstens, die Querschnittsfläche der um die Drehachse angeordneten Spule muß innerhalb desjenigen Bereiches maximal sein, der in Fig. 4c durch die Arme 152 und 153 des magnetischen Dreheleirentes 15 sowie durch die beiden Parallelen A und B festgelegt ist. Dieser Bereich wird Maximalquerschnitt C des DrehelenBits 15 genant. Zweitens,

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die Spule 16A muß so um den Hauptschaft 151 des magnetischen Drehelementes 15 angeordnet sein, daß die magnetische Flußdichte des magnetischen Drehelementes 15 maximal bezüglich
eines magnetischen Feldvektors in einer senkrecht zur Drehachse 13a liegenden Ebene wird. Vorstehende Bedingungen v/erden durch die Spule 16A erfüllt, welche den in Fig. 4c dargestellten Querschnitt hat. Die Schnittflächen haben hierbei die Form von zwei"stehenden Dächern", die bezüglich des
Hauptschaftes 151 des magnetischen Drehelementes 15 einander gegenüber angeordnet sind. Die Neigung der Dächer ist durch die beiden gestrichelt wiedergegebenen Linien A und B bestimmt, so daß jeweils die "Firste" 164 der einander gegenüberstehenden Dächer auf gleicher Höhe liegen.

Bei einem gemäß Fig. 4(c) hergestellten Magnetfeldvektor-Meßfühlers befinden sich demnach keine Spulenteile in
Bereichen, in denen die magnetische Flußdichte sich örtlich stark ändert. Die Größe des die Spule 16A durchdringenden
magnetischen Flusses an Stellen außerhalb des magnetischen

Drehelementes 15 wird hierbei praktisch stets sehr klein
gehalten.

Anhang der Fig. 5 wird die Differenzverstärker-Rechenschaltung 18 näher erläutert. Der Aufbau der in Fig. 5 wiedergegebenen Differenzverstärker-Rechenschaltung 18 ist für die
vorliegende Erfindung von beachtlicher Bedeutung.

Die Differenzverstärker-Rechenschaltung 18 dient zur Korrektur der Phasen- und Amplitudenabweichungen der Ausgangs-

signale der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a, 11b und 11c.
Diese Abweichung ist hauptsächlich durch ungleiche mechanische Parameter der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a bis 11c
bedingt. Die Differenzverstärker-Rechenschaltung 13 liefert ferner die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der

5 Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a, 11b und 11c. Diese Differenz wird zur Beseitigung eines von einem magnetischen Körper bzw. Fremdkörper herrührenden Magnetfeldes verwendet.

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Hierauf wird bei Abhandlung der Fig. 12 noch eingegangen werden.

In Fig. 5 sind die Bezugszeichen 131, 182 und 133 für Verstärker mit relativ hohem Verstärkungsgrad (beispielsweise 500 mal) vorgesehen. Den Verstärkern 181, 182 und 183 werden die Ausgangssignale der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a, 11b und 11c zugeführt. Diese Verstärker sind zur Korrektur der Abweichung in Phase und Amplitude des bzw. der Ausgangssignale, die von den Unterschieden in den mechanischen Kenngrößen der Magnetfeldvektor-Meßfühler 11a bis 11c herrührt, ausgelegt. Das Ausgangssignal eines Verstärkers, beispielsweise des Verstärkers 133, wird einem Addierer 104 zugeführt. Das Ausgangssignal eines weiteren Verstärkers, beispielsweise des Verstärkers 181, wird invertiert und dann demselben Addierer 134 zugeführt. Das Ausgangssignal eines Verstärkers, beispielsweise des Verstärkers 182, wird ebenfalls invertiert und einem weiteren Addierer 135 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 183 wird ebenfalls dem weiteren Addie-

20rer 135 sowie über einen Verstärker 186 einer Eingangsklemme des Umschalters 19 zugeführt. Das Ausgangssignal des Addierers 184 wird über einen Verstärker 187 einer anderen Eingangsklemme des Umschalters 19,und das Ausgangssignal des Addierers 135 wird über einen Verstärker 188 einer weiteren Eingangsklemme des Umschalters 19 zugeführt. Die von den Addierern 184 und 185 abgegebenen Differenzsignale sind im Vergleich zu dem vom Verstärker 133 abgegebenen Hauptsignal relativ klein. Den Verstärkern 186, 187 und 183 werden deshalb unterschiedlich starke Verstärkungsgrade gegeben, beispielsweise 2-fach, 10-fach und 20-fach. Diese Gewichtung v/ird zur Verringerung des Umformungsfehlers im Analog/Digitalumsetz-Vorgang mittels des AD-Umsetzers 204 in der Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20 vorgenommen. Dieser Fehler wird schließlich durch den Betrieb der Rechenanlage 25 nach einem vorgegebenen Programm zur Beseitigung des von einem Magnetkörper herrührenden Magnetfeldes korrigiert.

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In Fig. 6 wird ein Ausführungsbeispiel für den Drehpositions-Meßfühler 14 erläutert.

Der Drehpositions-Meßfühler 14 weist beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kreisscheibe 50 mit einem Spalt 50a, ein lichtemittierendes Element bzw. einen Lichtsender 51 und einen Lichtempfänger 52 auf. Die Kreisscheibe 50 ist in Reihe mit der Drehachse 13a des Motors 13 verbunden. Der Spalt 50a ist in Radialrichtung der Kreisscheibe 50 geführt. Der Lichtsender 51 und der Lichtempfänger 52 sind einander gegenüberliegend zu beiden Seiten der Kreisscheibe 50 angeordnet. Hierfür eignen sich beispielsweise lichtemittierende Dioden (LED). Die eine Klemme des Lichtempfänger 52 liegt an Masse. Dessen Ausgangssignal wird einem Operationsverstär-

15ker, das heißt einem Pegelbegrenzer 54 sowie einem Verstärker 55 zugeführt. Das Ausgangssignal des Verstärkers 55 wird einer Spitzenwertmessung mittels eines Spitzenwert-Meßfühlers 58 unterworfen. Der Spitzenwert-Meßfühler 58 besteht im wesentlichen aus einer Diode 56 und einem Kondensator 57. Die Ausgangsspannung des Spitzenwert-Meßfühlers 58 wird mittels der Widerstände 60 und 61 geteilt und nach der Aufteilung der Plus-Eingangsklemme des Pegelbegrenzers 54 als Bezugsspannung e zugeführt. Da die Bezugsspannung e durch das

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Ausgangssignal des Spitzenwert-Meßfühlers 58 festgelegt ist, steigt der Begrenzungspegel an, wenn der Spitzenwert des Ausgangssignals des Lichtempfänger 52 ansteigt. Er fällt dagegen ab, wenn dieser Spitzenwert geringer wird. Der Begrenzungspegel für das Ausgangssignal des Lichtempfängers 52, welches infolge der Umdrehung des magnetischen Drehelementes 15 erhalten wird, wird in Abhängigkeit von einem Ansteigen oder Abfallen des Spitzenwertes des Ausgangssignales des Lichtempfängers 52 erhöht oder erniedrigt. Wenn demnach die Pegelbegrenzung aufgrund der Bezugsspannung e durchgeführt wird, bleiben die Zeitpunkte für den Beginn und das Ende 5 der Begrenzung konstant, und zwar unabhängig von einer Änderung der Neigung der Flankenwinkel des Ausgangssignals des Lichtempfängers 52. Demnach können mit der angegebenen

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Schaltung von der Ausgangsklemme 62 impulsförmige Signale mit stabilen Zeitpunkten für den Beginn und das Ende jedes Impules abgegeben werden.

Die eine Klemme des Lichtsenders 51 ist mit einer Versorgungsquelle +V verbunden. Die andere Klemme ist über einen Strombegrenzer 64 (ein Widerstand R₄) mit einem als Differenzverstärker ausgelegten Operationsverstärker 65 verbunden. Das Ausgangssignal des Spitzenwert-Meßfühlers 58 wird über einen Eingangswiderstand 66 der Minus-Eingangsklemme des Operationsverstärkers zugeführt. Die Plus-Eingangsklemme liegt an einer Steuerspannung E^. Zv/ischen der Ausgangsklemme und der Minus-Eingangsklemme des Operationsverstärkers 65 ist ein negativer Rückkopplungswiderstand 67 angeordnet. Die Eingangsklemme des Verstärkers 55 liegt über einen Widerstand 68 an einer Versorgungsquelle +V. Hierdurch wird dem Verstärker 55 eine vorgegebene Vorspannung erteilt.

Die vorstehend beschriebene Schaltung bildet eine Rückkopplungsschleife zum Lichtsender 51, welche. den Lichtempfänger 52, den Verstärker 55, den Spitzenwert-Meßfühler 58, den Operationsverstärker 65 und den Widerstand 64 aufweist. Wird demnach die Ausgangsspannung des Spitzenwert-Meßfühlers 58 größer als die Steuerspannung E , dann v/ird der Wert des Ausgangssignals des Differenz- bzw. Operationsverstärkers 65 erniedrigt. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers v/ird dagegen vergrößert, wenn der Ausgangswert des Spitzenwert-Meßfühlers 58 kleiner als die Steuerspannung E wird. Der durch den Lichtsender 51 geschickte Strom wird demnach durch die Steuerspannung E festgelegt. Hierdurch wird die Stromversorgung des Lichtsenders 51 stabilisiert, und zwar unabhängig von möglichen Schwankungen der Spannungsversorgung, Umgebungstemperatur und anderer Faktoren.

Vorliegende Schaltung sorgt also für eine stabilisierte Nippon Telegraph & Telephone Public Corp.

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Lichtausstrahlung mittels des Lichtsenders 51, eine Konstanthaltung des vom Lichtempfänger 52 abgegebenen Spitzenwertes, und eine Stabilisierung des vom Winkel- bzw. Drehpositions-Meßfühler 14 abgegebenen Ausgangssignales durch Vorgabe der Bezugsspannung e . Darüber hinaus können von der Ausgangsklemme 62 des Drehpositions-Meßfühlers 14 impulsförmige Signale mit einer genauen und konstanten Begrenzungszeitsteuerung abgegriffen werden.

In Fig. 7 ist das relative Ausgangssignal gegen den Rotationswinkel des magnetischen Drehelementes 15 aufgetragen.. Die Kurve "a" gibt das Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Rotationswinkel für den Fall wieder, daß sämtliche Teile des Drehpositions-tleßfühlers 14 normal arbeiten. Mit dem Bezugszeichen L ist der für diesen Fall vorgesehene Begrenzungspegel wiedergegeben. Sinkt das Ausgangssignal des Lichtempfängers 52 aus irgendwelchen Gründen, beispielsweise aufgrund der Temperatur des Lichtempfängers 52, der Lebensdauergrenze, Versorgungsspannungsschv/ankungen oder dergleichen, ab und zeigt hierbei beispielsweise den in der Kurve "b" wiedergegebenen Verlauf, dann wird auch der Begrenzungspegel infolge der Absenkung des Spitzenwertes bzw. Bezugswertes abgesenkt, beispielsweise auf den neuen Begrenzungspegel L,. Demgemäß kann vom Drehpositions-Meßfühler 14 ein Ausgangssignal auch bei einem Übergang der Kurve "a" zur Kurve "b" abgegriffen werden, dessen Vorder- und Rückkanten gleich dem Ausgangssignal im Normalzustand (Kurve "a") sind. Könnte der Begrenzungspegel nicht nach oben oder nach unten verschoben v/erden, dann würde das Ausgangssignal, das heißt die Kante des Bezugsphasenimpulses P vom Punkt θ zum Punkt Θ, wandern. Eine derartige Verschiebung würde jedoch zu einem Fehler der Richtungsmessung führen.

Der Drehpositions-Meßfühler 14 ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann er Abwandlungen unterworfen werden, beispielsweise derart, daß

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die als Spannungsteiler angeordneten Widerstände 60 und durch einen veränderlichen Kondensator ersetzt werden.

Anhand der Fig. 8 wird nun der Neigungs-Meßfühler 17 beschrieben.

Gemäß Fig. 8 ist der .Neigungs-Meßfühler aus zwei Meßeinheiten aufgebaut, die eine Neigungsmessung in allen Richtungen, nämlich nach vorne und nach hinten sowie nach rechts und nach links ermöglichen.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel bezeichnen die Bezugszeichen 70 einen Magneten, 71 ein Joch, 72 einen Arm, der nur in Richtung der Spulenachse bewegbar ist, 73 einen HaI-terungspunkt unter Verwendung einer Anlenk- oder Federverbindung, 7 5 einen Verschiebungs-Meßfühler, 7 6 ein Rückkoppel-Verstärkungssystem, 78 eine Magnetspule, 7 9 eine Ausgangsklemme und 80 einen Widerstand. Der Magnet 70 und die Magnetspule 78 sind so aufgebaut, daß deren gegenseitige Relativposition bei einer Neigung des dargestellten Meßfühlers geändert v/ird. Ferner ist die Schaltung so konzipiert, daß ein Strom in die Magnetspule 78 fließt, v/enn eine Neigung auftritt. In diesem Fall ist der in die Magnetspule 78 fließende Strom so gerichtet, daß die vor der Neigung herrschende Relativposition zwischen dem Magneten 70 und der Magnetspule 7 8 wieder herbeigeführt wird.

Mit dem in Fig. 8 dargestellten Neigungs-Meßfühler wird die Neigung zunächst vom Verschiebungs-Meßfühler 7 5 festgestellt. Diese Information wird als Verschiebungssignal dem Rückkoppel-Verstärkungssystem 7 6 zugeführt und dort verstärkt. Der in die Magnetspule 78 fließende Strom ist hierbei so gerichtet, daß er der Verschiebung entgegenwirkt bzw. die vor der Neigung herrschende Verschiebung wiederherstellt. Demgemäß kann von der Ausgangsklemme 79 ein Analogsignal abgegriffen werden, das dem Sinus des Verschiebungswinkels proportional ist. Ordnet man nun zwei

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derartige Meßfühlereinheiten rechtwinklig zueinander an, dann können die Vektorkomponenten der Neigung abgegriffen werden.

Anhand der Fig. 9 wird die Motorsynchronisations-Schaltung beschrieben. Diese Schaltung ist so ausgelegt, daß der Motor 13 einer durch die Zeitgeberschaltung 22 festgelegten Zwangssynchronisierung unterworfen wird.

In Fig. 9 bezeichnen die Bezugszeichen 91 einen auf dem Markt befindlichen Impuls- bzw. Schrittmotor, 92 eine Eingangsklemme für das Motorantriebssignal und das Bezugszeichen 93 eine Meßspule zur Messung der Umdrehungszahl des Motors 91. Der Motor 13 ist aus diesen in Fig. 9 wiedergegebenen Bauteilen aufgebaut.

Die Motorsynchronisations-Schaltung 30 weist einen Phasen-Detektor 95 auf, welcher das Ausgangssignal der Meßspule 93 mit dem Eingangssignal P_fi, das an der Eingangsklemme ansteht und eine Bezugsfrequenz hat, vergleicht. Der Phasen-Detektor 95 gibt ein Ausgangssignal ab, dessen Pulsbreite der aufgrund des Vergleiches ermittelten Phasendifferenz entspricht. Die Motorsynchronisations-Schaltung 30 v/eist ferner einen ersten Operationsverstärker 97, der mit der Plus-Klemme der Meßspule 93 verbunden ist, eine Diode 98 zur Gleichrichtung des Ausgangssignals des ersten Operationsverstärkers 97, einen zwischen die Kathode der Diode 98 und Masse geschalteten Kondensator 99 und eine Rückkoppelleitung 100, welche die Kathode der Diode 93 mit 0 der Minus-Eingangsklemme des ersten Operationsverstärkers 97 verbindet, auf. Diese Bauteile bilden einen Spitzenoder Mittelwert-Meßfühlerkreis 101. Der Meßfühlerkreis mißt ein Signal, dessen Amplitude der Umdrehungszahl des Motors 13 entspricht. Die Motorsynchronisations-Schaltung 3o weist ferner einen zweiten Operationsverstärker 104 auf, dessen Minus-Eingangsklemme über einen Widerstand mit der Kathode der Diode 98 verbunden ist. Ferner ist ein

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negativer Rückkopplungswiderstand 105 zwischen dem Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 104 und seiner Minus-Eingangsklemme vorgesehen. Die Plus-Eingangsklemme 107 des Operationsverstärkers .104 liegt an einer Bezugsspannung Gq, die so gewählt ist, daß ein Mitziehen bzw. eine Synchronisation an die Mitten- bzw. Hauptfrequenz sichergestellt ist. Vorstehende Schaltungsanordnung bildet einen Amplituden-Steuerkreis 108, welcher das Ausgangssignal des Spitzen- oder Mittelwert-Meßfühlers 101 mit der Bezugsspannung e_RS, die an der Plus-Eingangsklemme 107 des zweiten Operationsverstärkers 104 liegt, vergleicht und ein dem Vergleichsergebnis entsprechendes Ausgangssignal abgibt. Die Motorsynchronisations-Schaltung 30 ist ferner mit zwei Transistoren 111 und 112 bestückt. Der Transistor 111 ist ein npn-Transistor, dessen Kollektor über einen Widerstand 110 mit der Ausgangsklemme des Operationsverstärkers 104, dessen Basis mit der Ausgangsklemme des Phasen-Detektors 95, und dessen Emitter mit Ilasse verbunden ist. Demgemäß bildet der Transistor 111 einen Multiplizierer, welcher das Produkt aus der Pulsbreite und der Amplitude bildet. Der andere Transistor 112 ist ebenfalls ein npn-Transistor, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors 111, dessen Kollektor mit der Plus-Spannung und dessen Emitter mit der Eingangsklemme 92 des Motors 13 verbunden ist und hierdurch das Ausgangssignal dem Motor 91 zuführt. Der Transistor 112 bildet demnach einen Verstärker für den Antrieb des Motors 13.

Die Motorsynchronisations-Schaltung 30 arbeitet gemäß Fig. 9 wie folgt.

Die Amplitude des Ausgangssignales der Meßspule 93 zur Erfassung der Motordrehzahl ist proportional der Drehzahl des Motors 91 bzw. 13. Demgemäß ist das Ausgangssignal des Spitzen- oder Mittelwert-Meßfühlers 101 ebenfalls der Umdrehungszahl des Motors 13 proportional. Der zweite Operationsverstärker 104 vergleicht das Ausgangssignal des

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Spitzen- oder Mittelwert-Meßfühlers 101 mit der Bezugsspannung e_DC, die ihm über die Plus-Eingangsklemme 107 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des zweiten Operationsverstärkers 104 wird dann in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis geändert. Liegt nämlich die Umdrehungszahl des Motors unter dem Sollwert, wird so gesteuert, daß die Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 104 erhöht wird. Liegt dagegen die Motordrehzahl über dem Sollwert, wird so gesteuert, daß die Ausgangsspannung des zweiten Operations-Verstärkers erniedrigt wird. Wird nun dem als Multiplizierer arbeitenden Transistor 111 ein Impulsbreiten-Eingangssignal vom Phasen-Detektor 95 zugeführt, dann kann vom Transistor 111 ein impulsförmiges Signal abgegriffen v/erden, dessen Amplitude gleich der Ausgangsspannung des zweiten Operationsverstärkers 104, und dessen Pulsbreite gleich derjenigen des eingehenden Impulses ist. Dieses impulsförmige Signal wird dann der Eingangsklemme 92 zum Antrieb des Motors 13 über den als Verstärker arbeitenden Transistor 112 zugeführt.

Der Aufbau und die Betriebsweise des Phasen-Detektors 95 ist bekannt, so daß hierauf nicht näher eingegangen werden muß.

Das Ausgangssignal der Meßspule 93 ändert sich proportional zur entsprechenden Umdrehungszahl des Motors 91, so daß das Ausgangssignal des Amplituden-Steuerkreises 108 sich ebenfalls mit der Motorumdrehungszahl ändert. Der Phasen-Detektor 95 überträgt ein Signal, dessen Pulsbreite in Übereinstimmung mit der Abweichung des Ausgangssignals der Meßspule 93 vom Bezugseingangssignal· P, geändert wird. Da der Transistor 111 als Multiplikator wirkt, bildet er ein Produkt aus zwei Ausgangssignalen, von denen das eine das Ausgangssignal des Amplituden-Steuerkreises 103 und das andere das Ausgangssignal des Phasen-Detektors 95 ist. Vom multiplizierenden Transistor 111 wird demnach über den verstärkenden Transistor 112 ein impulsförmiges Signal an

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die Eingangsklemme 92 des Motors 13 gegeben, dessen Pulsbreite von der Motordrehzahl abhängt. Offensichtlich weist die in Fig. 9 dargestellte Schaltung an der Ausgangsseite des Phasen-Detektors 95 weder eine Integralstufe mit großer Zeitkonstante noch eine Phasenkompensationsstufe, die ebenfalls eine große Zeitkonstante hat, auf. Die erfindungsgemäße Motorsynchronisations-Schaltung 30 hat demnach eine sehr kurze Ansprechzeit. Die Ansprechzeit des Spitzen- oder Mittelwert-Meßfühlers 101 ist-kleiner als die Zeitkonstan te des Motors 13. Der Spitzen- oder Mittelwert-Meßfühler 101 reagiert also schneller als der Motor 13, und dessen Reaktions- bzw. Ausgangssignal wird über den Amplituden-Steuerkreis 108 dem Motor zugeführt. Die erfindungsgemäße Motorsynchronisations-Schaltung 30 hat demnach den Vorteil, daß keinerlei komplizierte Hilfseinrichtungen, wie die häufig im Stande der Technik benutzten Phasenkompensationsschaltungen benötigt werden. Darüber hinaus bewirkt die Synchronisations-Schaltung eine schnelle Synchronisation gegenüber externen Störungen.

Anhand der Fig. 10 werden die Bauelemente der erfindungsgemäßen Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20 und der Zeitgeberschaltung 22 näher erläutert.

Gemäß Fig. 10 weist die Vektorkomponenten-Rechenschaltung 20 eine Eingangsklemme 201a, welche das Ausgangssignal des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11 über den Schalter 19 auf nimmt, und eine weitere Eingangsklemme 201b, welcher einen Dezugsphasenimpuls P₁ der Zeitgeberschaltung 2 2 aufnimmt, auf. Das an der Eingangsklemme 201 eingehende Analogsignal wird zum DA-Umsetzer 203 weitergeleitot und dazu verwendet, vom DA-Umsetzer 20 3 ein analoges Ausgangssignal abgreifen zu können, weiches dem Produkt: aus dem eingehenden Analogsigna] und dem digitalen Ausgan* ι:;:; i.gna L des '" Speichers 202 propori ional ist. Für den Y\\ 1 1 , daß der Ί ΐ'Ί nnunqs-S i rom-Umw-'ur i i nngswiderstand des !lA-Unisot zers 203 :'. ι·-]. K , der :■':■ ■■- :^:; :i :in;: :v )s-Umwa:iJ i η;μ :■■ ■.·.· i < 1^i s land K₁,

: : : Ti ) ι ■■ : r ipii .·. :'■ ■ j ' ν ',' ■■ !'■■ lh ] i ' ' « Ί Ί" ' ' .

und das analoge Eingangssignal e ist und ferner die digitalen Eingangssignale vom Speicher 202 die Vierte A₁, A„, A,, . ·., Aq haben, ist vom DA-Umsetzer 203 eine Spannung V abgreifbar, die folgender Gleichung genügt:

^Λι ^Ao ^Ai ^AR ^Rl ,, / 1 . 2 3 8 , _l

^vo ^{= e {}T~ 4~ 8~ * * * 256 ' R₀

Das Ausgangssignal· eines Vorwahl- bzw. Voreinstellzählers 221 der Zeitgeberschaltung 22 dient zur Steuerung des Speichers 202. Dieses Signal ist mit anderen Worten ein derart richtiges Signal, daß der der Adressenwahl entsprechende Digitalwert auf der Ausgangsseite des Speichers 202, das heißt der zum DA-Umsetzer 203 weisenden Seite, ausgelesen wird. Der Voreinstellzähler 221 zahlt mit den Taktpulsen einer Vorwähl-Informations- bzw. Dateneinstellschaltung 222 sowie eines Frequenzteilers 224 vorwärts. Der Voreinstellzähler 221 gibt seine Ausgangssignale , deren Polarität nach jedem Zählzyklus invertiert wird, während jedes Zählzyklus¹, das heißt während eines vollständigen Steuersignales ab. Die Vorwähl-Dateneinstellschaltung 222 steuert die voreingestellten Werte in Übereinstimmung mit einem voreingestellten Datenwechselsignal S., das alle zwei Durchgänge invertiert wird. Die Vorwähl-Dateneinstell-Schaltung 222 stellt den voreinstellbaren zähler 221 zur Zeit des Einganges des Bezugsphasenimpulses P an der Eingangsklemme 225 ein.

Der Frequenzteiler 224 überträgt mehrere Zeitsignale P-. bis P^ nach Empfang der Ausgangssignale eines Haupt-Taktimpulsgebers 226. Der Haupt-Taktimpulsgeber 226 kann beispielsweise ein Impulsgenerator mit einer Frequenz von 100 kHz sein, dessen Ausgangssignal sowohl dem Frequenzteiler 224 als auch dem AD-Umsetzer 204 als Taktimpuls P₂, zugeführt wird. Der AD-Umsetzer 204 ist ein Umsetzer vom Zweifach- bzw. Dual-Integrationstyp, v/elcher die Analog-Digital-Umwandlung dadurch ausführt, daß er zunächst das analoge Ausgangssignal des DA-Umsetzers 203 oder des

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Neigungs-Meßfühlers 17 über eine Periode integriert, die gleich einem ganzzahligen Vielfachen der Periode der Sinusgrundwelle ist. Dem AD-Umsetzer 204 wird nämlich das Ausgangssignal des Umschalters 29 über eine Eingangskleirane 206 und einen weiteren Umschalter 207 zugeführt. Der Umschalter 207 wird mittels eines vollständigen Steuersignales P₂ des Voreinstellzählers 221 gesteuert. Wenn das Signal P₂ gleich "0" ist, schaltet der Umschalter 207 auf den Empfang des Analogsignales an der Eingangsklemme 206 um. Ist dagegen das Signal P₂ eine "1", dann schaltet der Umschalter 207 auf den Empfang einer Bezugsspannung e,-,« an

ab

der Eingangsklemme 208 um. Das Ausgangssignal des Umschalters 207 v/ird einer Integrationsstufe 212 zugeführt, welche einen Widerstand 209, einen Kondensator 210 und einen Verstärker 211 aufweist. Das Ausgangssignal des Integrators 212 wird einer Vergleicherstufe bzw. einem Komparator

213 zugeführt und dort mit dem Null-Potential verglichen. Das Ausgangssignal des Komparators 213 wird einem UND-Glied 214 zugeführt, v/elches eine UND-Verknüpfung zwischen dem vollständigen (integral) Signal P„ der Zeitgeberschaltung 22, dem Ausgangssignal des Haupt-Taktimpulsgebers 226, das heißt dem Taktsignal P_?» und dem Ausgangssignal des Komparators 213 durchführt. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes

214 wird einem Zähler 215 im Analog/Digital-Umsetzer

zugeführt. Dem Zähler 215 wird das Signal P₂ der Zeitgeberschaltung 22 als Rücksetzimpuls zugeführt. Ein Rücksetzen findet dann statt, wenn das Signal P~ des Voreinstellzählers 221 vom Wert "1" auf den Wert "0" invertiert wird. Das Ausgangssignal des Zählers 215 wird parallel abgegriffen und der Rechenanlage 25 zugeführt.

Zur Erläuterung der Betriebsweise der in Fig. 10 wiedergegebenen Schaltungsgruppen sind in Fig. 11 die in der Schaltung gemäß Fig. 10 abgreifbaren Wellenformen dargestellt. Die Wellenformen (a) bis (h) entsprechen den Signalen wie folgt: (a) entspricht dem zu messenden Signal, das der Einqangsklemme 20Ia der Vektorkomponenten-Rechenschaltung

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Tokio/Japan * a <-, η * 4 ι r> r * λ

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zugeführt wird. Die Wellenform (b) entspricht dem Digitalsignal, das vom Speicher 202 dem DA-Umsetzer 203 zugeführt wird. Die Wellenform (c) stellt den der Eingangsklemme 225 zugeführten Phasenbezugsimpuls P° der Zeitgeberschaltung 22, die Wellenform (d) das vom DA-Umsetzer 203 abgegebene und dem AD-Umsetzer 204 zugeführte Analogsignal, die Wellenform (e) das Integral-Steuersignal P₂ des Voreinstellzählers 221, die Wellenform (f) das Ausgangssignal des Integrators 212, die Wellenform (g) das Ausgangssignal des Komparators 213, und die Wellenform (h) das Ausgangssignal des UND-Gliedes 214 dar.

Die Funktionsweise der in Fig. 10 dargestellten Schaltung wird nun unter Bezugnahme auf die in Fig. 11 wiedergegebenen Wellenformen (a) bis (h) erläutert. Als Wellenform für ein Bezugssignal v/ird eine Sinuswelle mit einer Frequenz f verwendet. Eine Periode bzw. zwei Radian des Bezugssignales sind in 2 Tastpunkte unterteilt. Die Spitzenwerte, die jedem Winkel bzw. Tastpunkt entsprechen, werden als D-bit-Digitalsignal dem Speicher 202 eingegeben. Hierdurch werden die einer Periode entsprechenden Werte im Speicher 202 abgelegt. Der Speicher 202 ist demnach ein D-bit-Speicher, der seine Adressenauswahlinformation vom Voreinstell-Zähler 221 über die Zahl bzw. den Wert von P₁ erhält, und welcher die in Fig. 11 wiedergegebene Wellenform (b) in digitaler Form speichert.

Das Ausgangssignal des Haupt-Taktimpulsgebers 226 wird mittels des Frequenzteilers 224 so geteilt, daß impulsförin ig e Signale mit. einer Frequenz von 2 χ f erhalten werden. Wenn diene Signale dem Voreinstell-Zähler 221 als 8-phasiger Aa ) war ts/.ähl - l'ah L iiupu Is zugeführt werden, ergeben sich ti i! H i när,:a: Ί ■ mi <n:reh die Anzahl der Eingangsimpulse. DiG-. . Ά i näi.r/.al; 1 · . <!;> η ■ η als Adressendaten für den Speicher

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die sich aus der Teilung durch 2 ergeben, entsprechen. Mittels des DA-Umsetzers 203 werden Signale erzeugt, welche die in Fig. 11 dargestellte Wellenform (d) haben. Die Wellenform (d) ist proportional dem Produkt aus dem Digitalsignal der Bezugswelle (b), die aus dem Speicher 202 ausgelesen wird, und dem Analogeingangssignal mit der Wellenform (a), nämlich dem zu messenden Signal. Das Signal mit der Wellenform (d) wird in der nächsten Stufe dann dem AD-Umsetzer 204 zugeführt. Der AD-Umsetzer 204 ist ein Zweifach- bzw. Doppel-Integraltyp-Umsetzer. Er.empfängt das vom DA-Umsetzer 203 abgegebene Signal mit der Wellenform (d) über den Umschalter 207, der mittels des Steuersignales P₂ mit der Wellenform (e) gesteuert wird. Der AD-Umsetzer 204 führt mittels des Integrators 212 eine Integration durch, um danach das Ausgangssignal mit der Wellenform (f) abzugeben. Das Ausgangssignal des Integrators 212 wird dann dem Komparator 213 zugeführt und dort mit der Bezugsspannung verglichen. Das Ausgangssignal des Komparators 213 hat die in Fig. 11 wiedergegebene Wellenform (g). Dieses Ausgangssignal wird dann dem UND-Glied 214 zugeführt. Die UND-Verknüpfung wird zwischen dem Ausgangssignal des Komparators 213, dem vollständigen Steuersignal P₂ des Voreinstell-Zählers 221 und dem Taktimpulssignal P₂, des Haupt-Taktgebers 226 durchgeführt. Von der Ausgangsklemme des UND-Gliedes 214 ist ein Signal abgreifbar, das die in Fig. 11 wiedergegebene Wellenform (h) hat. Dieses Signal wird zu Zählzwecken dem im AD-Umsetzer 204 vorgesehenen Zähler 215 zugeführt. Hierdurch kann die eingestellte Phasenkomponente des Vektors des Eingangssignales von der Ausgangsklemme des AD-Umsetzers 204 abgelesen werden. Ferner ist es auch möglich, die Sinuskomponente und die Kosinuskomponente abwechselnd ablesen zu können. Hierzu wird die Phase des voreingestellten Viertes in der Vorwähl-Dateneinstellschaltung 222 vom Sinus auf den Kosinus und vice versa durch Zufuhr des Signals S., zur Änderung der voreingestel ] t-(.n Information zur Vorwähl-Dateneinstel1 schaltunq 222 geändert .

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3?

Zur Vereinfachung der vorstehenden Erläuterungen wurde angenommen, daß der DA-Umsetzer 203 das Produkt aus dem Eingangssignal (a) und der Bezugssinuswelle (b) unabhängig von deren jeweiligen Vorzeichen (plus oder minus) bilden kann. Im allgemeinen kann jedoch ein gewöhnlicher DA-Umsetzer ein derartiges Produkt nur dann ausführen, wenn beide Signale Plus-Signale sind. Demgemäß muß beim Einsatz eines DA-Umsetzers im obigen Ausführungsbeispiel darauf geachtet werden, daß die Eingangsklemme 201a, welche mit dem zu messenden Signal beaufschlagt wird, und die Eingangsklemme 206 des AD-Umsetzers, welche mit dem Analogeingangssignal (d) beaufschlagt wird, jeweils mit einer Vorzeichen-Umkehrstufe bzw. einem Polaritätsinverter und einem Schalter versehen sind, der dafür sorgt, daß beide Eingänge stets Plus-Polarität haben. Außerdem sollte der AD-Umsetzer 204 sowohl mit positiven als auch mit negativen Signalen betreibbar sein.

Ferner wurde in der vorstehenden Erläuterung davon ausgegangen, daß die Digitalwerte der Bezugssinuswelle, die im Speicher 202 abgelegt sind, einer ganzen Periode entsprechen. Statt dessen können aber auch Digitalwerte eingeschrieben werden, die einer halben oder einer Viertelperiode entsprechen.
25

Aus vorstehenden Erläuterungen des Schaltschemas gemäß Fig. 10 ist ersichtlich, daß Auswahlfilter-bedingte Fehler, die bisher häufig beobachtet wurden, nicht auftreten können. Darüber hinaus wird auch kein Rechenverfahren für eine 0 koordinierte Umwandlung benötigt. Hierdurch sind die gesuchten Vektorkomponenten und eine AD-Umwandlung gleichzeitig erhältlich bzw. durchführbar.

Nachstehend werden Merkmale der Vorrichtung zur Bestimmung der Positionskoordinaten beschrieben, die für die erfindungsgemäße Lehre von Bedeutung sind.

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_E 030 0 31 /0548 _₃₇_

Nachstehend wird die Beseitigung des Einflusses eines von einem Magnetkörper hervorgerufenen Magnetfeldes beschrieben.

Fig. 12 ist eine schematische dreidimensionale Darstellung zur Erläuterung der Ortsbeziehungen zwischen drei Magnetfeldvektor-Meßfühlern - diese entsprechen den in Fig. 1 wiedergegebenen Magnetfeldvektor-Meßfühlern 11a, 11b, 11c und einem Magnetkörper. Die Positionen der drei Magnetfeldvektor-ileßfühler werden durch die Bezugszeichen a, b und c wiedergegeben. Die Ortspositionen a, b und c liegen auf der Z-Achse, der Magnetkörper soll dagegen in der Nähe der X-Y-Ebene angeordnet sein. Der Magnetkörper kann als ein Satz von vielen Magnetpolen, die nach einer verwickelten Verteilung angeordnet sind, aufgefaßt werden. Für die nachstehenden Erläuterungen wird der Magnetkörper näherungsweise durch einen magnetischen Dipol approximiert, v/elcher dem Satz der einzeln verteilten Magnetpole äquivalent ist. Die X-Komponenten dieses magnetischen Dipoles (in der X-Z-Ebene) sind +mx und -mx. Die Y-Kcmponenten (in der Y-Z-Ebene) haben die Werte +my und -my, wobei jede Komponente einen Satz magnetischer Pole repräsentiert und die in den Punkten a, b und c infolge eines der äquivalenten Magnetpole des Dipols in einer Richtung hervorgerufene magnetische Feldstärke vollständig mit derjenigen übereinstimmt, welche von den anderen magnetischen Polen an den gleichen Punkten in gleicher Richtung hervorgerufen wird. Aufgrund vorstehender Näherung v/erden die gesondert zu ermittelnden X- und Y-Komponenten in gleicher Weise berechnet. Zu Erläuterungszwecken genügt es daher, lediglich die Berechnung der X-Komponente durchzuführen.

Gemäß Fig. 12 ist der äquivalente magnetische Dipol auf der X-Achse so angeordnet, daß dessen X-Komponenten + mx symmetrisch bezüglich des Nullpunktes O liegen. Ferner bezeichnen die Größen I , n. · L und n₀ ·/ die Abstände der

X IX X <£-X X

Punkte a, b und c zu jedem äquivalenten Magnetpol. Der

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Tokio/Japan D3ÜÜ31/0548 ?a

[>at Ι29/Ί-79Ε UJUJJ l/Uj*to -38-

Abstand zwischen dem Ursprung O und dem Punkt a hat den Wert h; der Abstand vom Ursprung zu jedem äquivalenten Magnetpol den Wert d. Die X-Komponenten e , e, und e

äX DX CX

der in den Punkten a, b und c infolge der äquivalenten Magnetpole hervorgerufenen Feldstärke ergeben sich aus den nachstehenden Gleichungen:

3 .3

e = 2m χ ^d/n_2x 15

e_bx = 2m χ (Vn_1x -/_χ ··· (2)

³ ■, ³ ... (3)

wobei die Größen D- und D₂ den Abstand vom Punkt a zum Punkt b bzw. zum Punkt c bedeuten.

Wenn H die X-Komponente des störfeidfreien Magnetfeldes ist, das heißt desjenigen Magnetfeldes, das nicht durch die Überlagerung des Magnetfeldes des magnetischen Körpers verändert worden ist, dann werden in den Meßpunkten a, b und c die Komponenten e +H , e, +H und e +H gemessen.

ax χ DX χ cx χ

Demgemäß ergibt sich die Differenz der Ausgangswerte Aab zwischen den Meßpunkten bzw. Magnetfeldvektor-Meßfühlern a und b, und die Differenz der Ausgangswerte Δ ac zwischen den Meßpunkten bzw. Magnetfeldvektor-Meßfühlern a und c aus den nachstehenden Gleichungen:

^{Aab = e}ax - ^ebx ^{= e}ax ^ri - ⁿlx~³⁾ ··· <⁴>

^{AaC = e}ax - ^ecx = ^eax ⁽¹ " ⁿ2x~³⁾ ··· ™

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ToI'. Io /M a pa η

im». ΐζ')/ι-7'Μ ί¹ 3- , : 1 /0- AR

Das Verhältnis zwischen den vorstehend angegebenen Differenzen der Ausgangswerte ergibt sich wie folgt:

δ ac/ δ ab = (1 - η_2χ'³ )/(1 - η_1χ"3 ) ... (6)

Die Größen η_Λ und n₀ auf der rechten Seite der Gleichung

I X ziX

(6) sind im allgemeinen Funktionen der Größen d, h, D₁ und D_?. Zur Vereinfachung der Erläuterung wird im folgenden angenommen, daß die Größen D₁ und D^ so viel kleiner als die Größe h sind, daß die folgende Gleichung (7) näherungsweise gilt:

D₉/D, er (n.

2x ^x"i"lx - ^x> ... (7)

Aus den Gleichungen (6) und (7) sind demnach die Größen n. und n₂ bestimmbar.
15

Wenn die X-Komponente des Ausgangssignals des Magnetfeldvektor-Meßfühlers bzw. im Meßpunkt a gleich E = e +H

3. X 3.x X

ist, ergibt sich die X-Komponente H des zu messenden Magnetfeldes unter Berücksichtigung der Gleichung (5) wie folgt:

^Hx ^{= E}ax - ^eax - ^Eax "Aac/(1 - η_2χ-3 , ... (8)

herden demnach gemäß den Figuren 1 und 5 die Werte e .

dab und 4ac der Rechenanlage 25 zugeführt, kann diese die x-Komponente H des zu messenden Magnetfeldes errechnen.

Zur Ermittlung der Y-Komponente des zu messenden magnetischen Feldes ist das gleiche Verfahren bzv/. die gleiche Anordnung verwendbar. Demgemäß sind die X- und Y-Komponenten in einer zur Z-Achse rechtwinkligen Ebene bestimmbar, und zwar ohne die Störgrößen des magnetischen Körpers. Mit anderen Worten ist mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung das vom Magnetkörper hervorgerufene Magnetfeld dadurch eliminierbar, daß die Differenz zwischen den Ausgangssignalen mehrerer Magnetfeldvektor-Meßfühler sowie das Verhältnis dieser Differenzen zueinander bestimmt werden

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PaL 129/1-7913 0 3 L U 3 1 / 0 L■ 4 8 "40-

An Orten außerhalb des Äquatorbereiches schwankt die Vertikalkomponente (bezüglich) des geomagnetischen Vektors. Demgemäß muß die Drehachse 13a stets vertikal gehalten werden, damit die erhaltenen X- und Y-Komponenten genau der Anpeilung der geomagnetischen Pole entsprechen. Nun ist aber ein Landfahrzeug gewöhnlich während seiner Fahrt einem Stampfen und einem Schlingern unterworfen, so daß es kaum möglich ist, vorstehender Bedingung zu genügen, wenn die I4essung mittels eines auf einem bewegten Gegenstand fest angeordneten Magnetfeldvektor-Meßfühlers durchgeführt wird.

Nachfolgend wird die Korrektur desjenigen Meßfehlers beschrieben, der infolge einer Neigung des Magnetfeldvektor-Meßfühlers hervorgerufen wird.

Das in Fig. 13 wiedergegebene Diagramm zeigt die Drehung der Koordinaten, die zur Ermittlung des Meßwertfehlers infolge einer Neigung des Magnetfeldvektor-Meßfühlers 11 herangezogen wird. In den Figuren bezeichnen die Größen X, Y und Z drei Komponenten des geomagnetischen Feldvektors. Das sich bewegende Objekt, insbesondere also das Landfahrzeug, soll sich längs der X-Achse bewegen und innerhalb der horizontalen X-Y-Ebene messen. Demgemäß repräsentiert

/2 2
X +Y die Horizontalkomponente der geomagnetischen Feldstärke, während Z die zugehörige Vertikalkomponente repräsentiert.

Betrachtet man nun die beiden räumlichen Komponenten X' 0 _und γ¹ des terrestrischen Magnetfeldes, die durch Drehung des Koordinatensystems gemäß Fig. 13 um die Winkel <k> und ß in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung sowie nach rechts und nach links erhalten worden sind, dann lassen sich die Koor dinaten X¹ und Y¹ wie folgt darstellen:

X¹ = X cos (X + Z sin (X cos β

γ' = Y cos (9 + Z cos.(X sin 0 '"

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Werden demnach die Neigungswinkel oL und ß der Magnetfeldvektor-Meßfühler gemessen, dann können die Horizontalkomponenten X und Y des geomagnetischen Vektors unabhängig von der Neigung der Magnetfeldvektor-Meßfühler ermittelt werden.

Demnach ist mit der erfindungsgemäßen, in Fig. 1 dargestellten Anordnung ein die Meßgenauigkeit der Einrichtung beeinträchtigender Fehler dadurch korrigierbar, daß die Rechenanlage 25 gleichzeitig das Gleichungssystem (9) löst.

Nach der Erfindung ist es demnach stets möglich, die Positionskoordinaten eines sich bewegenden Objektes, beispielsweise eines Landfahrzeuges mittels einer kleinen Anordnung zu bestimmen, die mechanisch und elektronisch einfach aufgebaut ist.

V/erden die Möglichkeiten der Rechenanlage voll ausgenutzt, sind mit der erfindungsgemäßen Anordnung folgende Ziele 0 erreichbar.

1) Vorgabe eines Zielortes.

Hierzu werden die Koordinaten eines von einer Landkarte oder dergleichen her bekannten Zielortes gespeichert. 25

2) Vorgabe einer Fahrstrecke.

Hierzu werden mehrere tatsächlich existierende Zielorte durch Punkte auf der beabsichtigten Fahrstrecke gekennzeichnet. Sodann werden die diesen Punkten zugeordneten 0 Nummern und Koordinaten gespeichert.

3) Vorgabe eines Punktes für einen Richtungswechsel, im folgenden Wendepunkt genannt.

Hierzu werden die Nummern derjenigen Punkte, an denen ein 5 Richtungswechsel stattfinden soll, sowie deren Koordinaten gespeichert.

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Pat 128/1-79E 030031/0548 "42-

4) Fehlerberechnung

Hierbei wird der am jeweiligen Bahnpunkt bzw. Momentanort eingeführte Fehler in Abhängigkeit vom Abstand des Momentanortes zum fehlerfrei angebbaren Bezugspunkt korrigiert (Fahrabstandsfehler-Vorgabewert).

5) Berechnung des Abstands zu einem Zielort. Hierbei wird der Linearabstand zwischen dem jeweiligen Momentanort bzw. Bahnort und dem als nächstes anzufahrenden Zielpunkt berechnet.

6) Berechnung der Winkelabweichung.

Hierbei wird die Winkelabweichung zwischen der Bewegungsbahn und der Richtung zum Zielort berechnet. 15

7) Bestimmung des Momentanortes auf der Fahrstrecke. Hierbei wird aufgrund eines Vergleiches des unter Punkt(4) erhaltenen Wertes oder eines vorher gesondert eingegebenen Abstands-Grenzwertes und dem Ergebnis der unter Punkt (5) ausgeführten Rechnung festgestellt, ob der momentane Bahnort im vorgegebenen Bereich liegt.

8) Berechnung des Bahnortabstandes, der Geschwindigkeit und der Richtung.

9) Bestimmung des durchzuführenden Richtungswechsels bzw. der Wende.

Hierbei wird das Zeitdifferential des Fahrabstandes berechnet (dieser Viert kann zur Berechnung der Beschleunigung nach rechts und nach links verwendet werden) . Danach v/ird der Absolutwert des Differentialwertes mit einem vorgegebenen Winkel-Grenzwert verglichen, um hierdurch feststellen zu können, ob die Wende vollständig durchgeführt worden ist. Die Richtung der Wende, nach links oder nach rechts, wird aus dem Vorzeichen des Differenzwertes ermittelt. Aus einem Vergleich mi. der unter Punkt (3) angegebenen Information wird festgestellt, ob die Wende am

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im» 1^)/1-79K 0 30031 /0^r AB "⁴³-

vorgegebenen Punkt durchgeführt worden ist.

10) Selbsttätiges Auswechseln der einem Fahrstreckenpunkt zugeordneten Nummer.

Wenn die vorgegebene Route abgefahren wird, wird die gespeicherte Information über die den Fahrstreckenpunkten zugeordneten Nummern, den Wendepunkten und den Koordinaten gemäß der vorgegebenen Fahrstrecke ausgewählt und die jeweils verwendete Information jeweils nach einem Passieren der Zielpunkte erneuert. Hierbei ist ein selbsttätiges Auswechseln der einem Fahrstreckenpunkt zugeordneten Nummer möglich, wenn der Punkt ein Wendepunkt auf der Fahrstrecke ist und gleichzeitig die Bedingungen gemäß den Ziffern (7) und (9) erfüllt sind.

11) Koordinatenkorrektur.

Beim Ausführen des selbsttätigen Auswechselns gemäß Ziffer (10) werden die bis dahin vorgegebenen Koordinaten durch die gemessenen Momentanwert-Koordinaten ersetzt. Hierdurch wird der bis zum Tleßpunkt angelaufene bzw. insgesamt hervorgerufene Fehler beseitigt, so daß insgesamt eine geringe Fehleranhäufung auftritt, selbst wenn lange Strekken durchfahren werden.

12) Anzeige.

Hierbei können folgende Informationen mittels geeigneter Anzeigeeinrichtungen wiedergegeben werden, nämlich die Koordinaten X, Y und Z, die den jeweiligen Anlaufpunkten zugeordneten Nummern, die Wendepunkt-Informationen, und das Ergebnis aufgrund der Berechnungen gemäß den Ziffern (5), (6) und (8). Die Anzeige kann gleichzeitig oder nacheinander mittels lichtemittierenden Dioden (LED) oder r J.üssigkeitskristallanzeigen ausgeführt v/erden. Auch ist es möglich, die Bewegungskoordinaten und die Bewegungsrichtung auf der Karte mittels einer Kathodenstrahlröhre anzuzeigen. Ferner kann auch die Position des sich bewegenden Objektes auf einer Karte mittels eines

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X-Y-Schreibers aufgezeichnet werden.

13) Alarm.

Hierbei wird ein Alarm dann abgegeben, wenn der Momentanort außerhalb des vorgegebenen Bereiches liegt oder andere Alarm auslösende Zustände vorliegen.

14) Speicherung.

Verschiedene Informationen, beispielsweise die Fahrstrecke des sich bewegenden Objektes, können leicht mittels eines internen oder eines externen Speichers gespeichert werden. Hierdurch wird es möglich, sowohl die Position als auch die Richtung des sich bewegenden Objektes genau im Bewegungsablauf zu kennen. Ferner kann hierdurch das sich bewegende Objekt sicher und genau einem unbekannten Zielpunkt zugeführt werden. Die Positionsdaten können einer zentralen Station zugeführt werden, so daß eine zentrale Ablaufsteuerung dann bzw. dort durchgeführt werden kann, wo eine derartige Steuerung benötigt wird, beispielsweise in einer Polizeiwache, einem Nothilfekrankenhaus, einer Feuerwache, einer Beförderungsstation und so fort. Die Positionsbestimmung mittels der erfindungsgemäßen Anordnung ist nicht nur über oder auf der Erde möglich, sondern auch unter der Erde, im Wasser und auf dem Meeresgrund.

Demnach ist die erfindungsgemäße Lehre in vielen Bereichen anwendbar.

Um untersuchen zu können, wie genau die erfindungsgemäße 0 Anordnung arbeitet, wurde ein Experiment durchgeführt, in welchem die Koordinaten über eine 17 km lange Fahrstrecke gemessen wurden. Hierbei konnten die Koordinaten äußerst präzise mittels eines X-Y-Schreibers auf einer Karte aufgezeichnet werden.
35

Es wird erneut darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Lehre nicht nur in Verbindung mit einem kleinen, sich

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no

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bewegenden Objekt anwendbar ist. Vielmehr ist die erfindungsgemäße Messung der Ortskoordinaten auch unabhängig hiervon durchführbar.

Nachstehend wird beschrieben, wie die Rechenanlage 25 zur Ausführung der vorstehend geschilderten Vorgänge ausgelegt ist bzw. arbeitet.

Die Figuren 14A, 14B und 1 4C stellen Flußdiagramme dar. 0 Diesen Flußdiagrammen ist schematisch der Programmablauf der Rechenanlage 25 zur Berechnung der Positionskoordinaten eines sich bewegenden Objektes, beispielsweise eines Landfahrzeuges, zu entnehmen.

5 Nach Beendigung der Anfangsvergaben bzw. Voreinstellungen faßt die Rechenanlage 25 in ihrem Speicher die dem Magnetfeldvektor zugeordneten Größen e , e , dab , flab ' dac

ax ciy χ y χ

und 4ac zusammen. Diese Grüßen werden von dem Magnetfeldvektor-Meßfühler 11 geliefert. Ferner werden die Vektorkomponenten G und T in Stampf- und Schlingerrichtung des Fahrzeuges, die vom Neigungsfühler 17 erhalten v/erden, gespeichert (Stufe 301). Aufgrund der vorstehenden in Stufe 301 gespeicherten Vektor-Informationen wird die Größe der für das sich bewegende Objekt relevanten Magnetisierung in der Stufe 302 berechnet. Danach wird in der Stufe 303 eine Korrektur bezüglich der Größe der Magnetisierung und der Neigung durchgeführt. In der Stufe 304 wird die Winkelabweichung korrigiert.

0 in der Stufe 305 wird die innerhalb eines eng begrenzten Bereiches zurückgelegte Strecke unter Verwendung des Ausgangssignals des Abstands-Meßfühlers (26 in Fig. 1) berechnet.

in der Stufe 306 wird die Höhenkomponente innerhalb eines kleinen Bereiches unter Verwendung der Neigungskomponenten berechnet.

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Daraufhin werden die X- und Y-Komponenten des Fahrstreckenabstandes in der Stufe 308 berechnet. Die Positionskoordinaten werden in der Stufe 309 ermittelt. In den Stufen 310 und 311 werden die Vorwärtsbev/egungsrichtung und der Linearabstand zum Zielpunkt berechnet. Die Information über den Zielpunkt wird vorher im Speicher der Rechenanlage 25 gespeichert. Der Winkel zum Zielpunkt wird in der Stufe 312 berechnet. Die Höhenkomponente vom beziehungsweise seit dem Anfangspunkt wird in der Stufe 313 und der Gesarat-Bewegungsabstand in der Stufe 314 ermittelt. Die Ermittlung des Fahrabstandes innerhalb eines schmalen Abschnittes wird in der Stufe 315 durchgeführt, um die Neigungskorrektur im Hinblick auf die Geschwindigkeit des sich bewegenden Objektes durchführen zu können. Nach Durchführung vorstehender Schritte überträgt die Rechenanlage 25 ihr Ausgangssignal an die Anzeigeeinrichtung (27 in Fig. 1), um in der Stufe 316 die Information, beispielsweise den Abstand und den Winkel zum Anlaufpunkt und die ftomentanwert-Koordinaten anzeigen zu können. In der Stufe 313 wird dann darüber entschieden, um wieviel Grad die Richtung geändert wurde, und ob diese Richtungsänderung innerhalb eines vorgegebenen zulässigen Bereiches liegt. Wird die Richtungsänderung bzw. Wende programmgemäß durchgeführt, läuft das Programm über die Stufe 319 zur Stufe 320 vor. Ist die Wende innerhalb des vorgegebenen, um denjenigen Punkt gelegenen Bereiches durchgeführt worden, der vorher im Speicher der Rechenanlage als derjenige Punkt eingelesen worden ist, an welchem die Wende auszuführen ist, dann rückt das Programm auf die Stufe 321 vor. In dieser Stufe werden die dem Punkt zugeordneten Nummern und Koordinaten erneuert und der für die Koordinaten vorgegebene Wert durch die zuletzt gemessenen Werte ersetzt. Danach kehrt das Programm zum Punkt MJ in Fig. 14A zurück und läuft erneut ab.

Anhand der Fig. 15 wird ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Magnetfeldvektor-Ileßfühler 11 erläutert. Bei

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dies'·"· ^M ι¹»fühler v/ird ein Magnetkern mittels eines Wechselstromes erregt und das bzw. die Aussangssignal(e) der Harmonischen gemessen. Hierdurch ist der Vektor des magnetischen Feldes in Richtung der magnetischen Weglänge meßbar. In Fig. 15 bezeichnen die Bezugszeichen 13Oa und 13Ob die Meßspulen und die Bezugszeichen 132a und 132b die Erregerspulen. Diese Spulen entsprechen den ortsfesten Spulen in Fig. 1. Die gemeinsame Anordnung der Erregerspule 13 2a und der Meßspule 13Oa sowie die Anordnung der Erregerspule 132b und der Meßspule 130b stellen jeweils einen Transformator dar. Die Transformatoren sind so angeordnet, daß sie rechtwinklig zueinander liegen, und hierdurch die X-Y-Komponenten des Erdmagnetfeldes direkt und unabhängig voneinander meßbar sind. Den beiden Erregerspulen 132a und 13 2b wird ein Wechsel-Signal zugeführt. Die X- und Y-Komponenten sind getrennt voneinander an den Ausgängen der Meßspulen 130a und 130b abgreifbar. Hierdurch entfällt die Notwendigkeit, die Bezugssinuswelle in eine Sinus- oder Kosinuswelle umzuformen, wobei der gleiche Effekt dadurch erzielt wird, daß sie stets an derselben Stelle als Eingangssignal dient und eine Frequenz aufweist, die doppelt so groß wie die Erregerfrequenz ist. Im dargestellten Ausführungsbeispiel werden die Ausgangssignale der Meßspulen 130a und 130b dem Umschalter 19 zugeführt. Die Differenz zwischen den Ausgangssignalen der einzelnen Magnetfeldvektor-Meßfühler wird nach der Digitalumwandlung berechnet. Selbstverständlich können diese Differenzbildungen auch mit den analogen Signalen durchgeführt und die Differenzen dem Umschalter 19 zugeführt werden.

Vorstehend wurde erläutert, wie die X- und Y-Komponenten der Horizontalkomponente des geomagnetischen Feldes mittels der erfindungsgomäßcn Lehre erfaßbar sind. Die Horizontal- und Vertikal-Kompononten dos geomagnetischen Feldes ändern sich jedoch örtlich. Demgemäß muß bei der praktischen Durchführung der er f i ndungsgemäßen Lehre r.tot.s eine Korrektur vorgenommen worden. In den vorangegangenen Abschnitten

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wurde erläutert, wie diese Korrekturen durch vergleichsweise einfache Anordnungen und Rechenschaltungen bzw. Rechenoperationen durchführbar sind.

Wenn normalisierte X- und Y-Komponenten (Y/X = konstant

2 2

und X +Y =1) des Vektors in Vorwärtsrichtung des sich bewegenden Objektes nach der Erfindung berechnet v/erden, dann werden die Koordinaten des sich bewegenden Objektes dadurch erhalten, daß jede Komponente mit der innerhalb einer kurzen Zeit zurückgelegten Strecke multipliziert wird. Die zurückgelegte Strecke bzw. der Fahrabstand wird mittels des Abstands-Meßfühlers, der beispielsweise an die Antriebswelle angeschlossen ist, gemessen. In gleicher Weise kann die Höhe des sich bewegenden Objektes dadurch gemessen werden, daß man von dem Neigungswert in Vorwärts- und Rückwärtsrichtung ausgeht. Eine Abweichung der Ausrichtung des Neigungs-Ileßwertf ühlers von der Erdbeschleunigungsrichtung wird durch Beschleunigung, Abbremsung oder Richtungsänderung des sich bewegenden Objektes bewirkt. Diese 0 Abweichung kann durch Berechnung der Änderung der pro Zeiteinheit abgegebenen Abstandsimpulse (Beschleunigung in Rückwärts- und Vorwärtsrichtung) sowie durch Berechnung des Produktes aus der Geschwindigkeit und der Richtungsänderung pro Zeit (Beschleunigung nach rechts und nach links) korrigiert v/erden.

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Claims (10)

ANSPRÜCHE

1. Anordnung zur Bestimmung der Ortskoordinaten eines sich bewegenden Objektes, gekennzeichnet durch

mehrere Magnetfeldvektor-Meßfühler (11a, 11b, 11c; 130a, 132a, 130b, 132b),

einen Neigungs-Meßfühler (17) zur Ermittlung der Neigung der Magnetfeldvektor-Meßfühler (11a bis 11c; 130a bis 13 2b), einen Abstands-Meßfühler (26) zur Ermittlung der vom beweg-

15 ten Objekt zurückgelegten Strecke, und

eine mit den Signalausgangsklemmen der Magnetfeldvektor-Meßfül.ler (11a bis 11c; 130a bis 132b), des Neigungs-Meßfühlers (17) und des Abstands-Meßfühlers (26) verbundene Recheneinrichtung (18, 20, 22, 25) mit einer Einrichtung der Berechnung der Horizontalkomponente des geomagnetischen Feldvektors aus den Ausgangsgrößen der Magnetfeldvektor-Meßfühler (11a bis 11c; 130a bis 13 2b) und des Neigungs-Meßfühlers (17), einer Einrichtung zur, von dieser Horizontalkomponente ausgehenden,Berechnung des Vektors der Vorwärtsbewegung des sich bewegenden Objektes, einer Einrichtung zur Integration des Produktes aus dem Vektor der Vorwärtsbewegung und der Ausgangsgröße des Abstandsmeßfühlers (26), einer Einrichtung zur, von vorstehenden Berechnungen ausgehenden,Ausgabe der Ortskoordinaten und einer

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Einrichtung zum Auswechseln der Koordinaten eines beliebig voreingegebenen Punktes gegen die zuletzt ermittelten Ortskoordinaten nach vorschriftsmäßiger Durchführung einer Rechts- oder Linkswende am voreingegebenen Punkt. 5

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetfeldvektor-Meßfühler (11a, 11b, 11c) ein magnetisierbares Drehelement (15) und eine feststehende Spule (16; 16A) aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Magnetfeldvektor-Meßfühler (13Oa, 132a, 130b, 13 2b) ein Transformatorenpaar auf v/eist, dessen Transformatoren rechtwinklig zueinander angeordnet sind und jeweils 15mit einer Meßspule (130a, 130b) und einer mit einer Wechselstromquelle verbundenen Erregerspule (132a, 132b) bestückt sind.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (16A) derart um die Drehachse (13a) des magnetischen Drehelementes (15) angeordnet ist, daß dessen magnetische Flußdichte maximal bezüglich des magnetischen Feldvektors in einer zur Drehachse (13a) orthogonalen Ebene wird, und einen innerhalb des Haximalquerschnittes (C) des Drehelementes (15) liegenden Querschnitt aufweist, dessen Quermaße ein Maximum durchlaufen.

5. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehelement (15) jedes Magnetfeldvektor-Meßfühlers (11a bis 11c) fluchtend auf der Drehachse (13a) eines Motors (13, 91) angeordnet ist, die Motordrehung mittels einer Synchronisationsschaltung (30) zwangssynchronisiert ist,
und die Synchronisationsschaltung (30) eine Signalverarbeitungseinrichtung (95) zur Gewinnung eines Impulssignales mit einer Impulsbreite, welche der Phasendifferenz zwischen einem eingehenden Bezugssignal (Pg) und der Drehphase des Nippon Telegraph & Telephone Public Corp.

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Motors (13, 91) entspricht, einen .Meßfühlerkreis (101) zur Ermittlung eines Signales, dessen Amplitude von der Motorumdrehungszahl abhängt, einen Amplituden-Steuerkreis (108) mit einer Einrichtung (104) für einen Vergleich zwischen der Ausgangsgröße des Meßfühlerkreises (101) und einer Bezugsspannung (e _c), dessen Ausgangssignal sich entsprechend dem Vergleichsergebnis ändert, und an ihrem Ausgang eine .Multiplizierschaltung (110, 111) zur Multiplikation der von der Signalverarbeitungseinrichtung (95) gewonnenen Impulsbreite ο mit der Amplitude des Ausgangssignals des Amplituden-Steuerkreises (108) aufweist.

6. Anordnung nach den Ansprüchen 1, 2, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehelement (15) jedes Magnetfeldvektor-Meßfühlers (11a bis 11c) in Reihe zur und auf der Drehachse (13a) des Motors (13) angeordnet ist, ein Drehpositions-Meßfühler (14) zur Ermittlung der Winkelstellung des Drehelementes (15) vorgesehen ist, und der Drehpositions-Meßfühler (14) eine auf der Drehachse (13a) 0 angeordnete Drehscheibe (50) mit darin ausgebildetem Spalt (50a), einen Lichtsender (51) auf einer Drehscheibenseite, einen dem Lichtsender (51) gegenüberliegenden Lichtempfänger (52) auf der anderen Drehscheibenseite, einen mit dem Ausgang des Lichtempfängers (52) verbundenen Spitzenwert-Meßfühler (58), einen Schaltkreis zur Erzeugung einer von der Ausgangsgröße des Spitzenwert-Meßfühlers (58) abhängenden Bezugsspannung (e„) und einen Pegelbegrenzer (54) aufweist, welcher den Pegel des Ausgangssignals des Lichtempfängers (52) in Abhängigkeit von der Bezugsspannung (e„) begrenzt.

7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch drei Magnetfeldvektor-Meßfühler (11a bis 11c; 130a bis 132b).

8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (18, 20,

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22, 25) zur Elminierung von magnetischen Stürfeldeinflüssen eine mit den Ausgängen der Magnetfeldvektor-Meßfühler (11a bis 11c; 130a bis 13 2b) verbundene Rechenschaltung (18, 22) mit einer Einrichtung zur Bildung der Differenzen (4ab,Aac) zwischen dem Ausgangssignal (Ilinuend) eines Magnetfeldvektor-Meßfühlers (11a) und den Ausgangssignalen der anderen Magnetfeldvektor-Meßfühler (11b, 11c) und einer Einrichtung zur Bildung des Verhältnisses (λ~ιγ) zwischen einem vorgegebenen Differenzsignal (Aac)und den anderen Differenz-0 Signalen (Aab) aufweist.

9. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (18, 20, 22, 25) einen Digital/Analog-Umsetzer (203) mit einer Einrichtung zur Bildung des Produktes aus dem analogen Ausgangssignal des Magnetfeldvektor-Meßfühlers (11a bis 11c; 130a bis 132b) und einem digitalen Signal, bestehend aus den digitalen Tastwerten der Bezugssinuswelle, einen dem Digital/Analog-Umsetzer (203) nachgeschalteten

20Analog/Digital-Umsetzer (204) mit einer Integrationsstufe (212), welcher das Ausgangssignal des Digital/Analog-Umsetzers (203) über ein ganzzahliges Vielfaches der Periode der Bezugssinuswelle integriert, und eine Vektorkomponenten-Rechenschaltung (20, 213, 214, 215, 221, 224), die zur Gewinnung des Digitalwertes der voreingestellten Phasenkomponente des Vektors des Eingangssignals aus dem Analog/Digital-Umsetzer (204) ausgelegt ist/ aufweist.

10. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß irn Neigungs-Meßfühler (17) ein Magnet (70), eine Spule (78) und eine Fühlereinrichtung (72, 7 5) derart angeordnet sind, daß eine Neigung des Neigungsmeßfühlers (17) zu einer Relativverschiebung zwischen dem Magneten (70) und der Spule (70) und die Relativv^r-Schiebung zu einer Beaufschlagung der Spule (70) mit einem elektrischen Strom, welcher der Relativverschiebung entgegenwirkt, führt.

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