DE3735585A1 - Positionsanzeige-system - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Einrichtungen zur Übertragung von Informationen über die relative Lage eines Senders und Empfängers im Raum oder eines Senders, der geneigt in bezug auf eine senkrecht ausgerichtete Schwerkraft angeordnet ist. Das besondere Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Mes­ sung und/oder Führung der Lage und Stellung von Werkzeugen für Erdbohrungen, jedoch ist die Erfindung auf dieses Anwen­ dungsgebiet nicht beschränkt.

Erfindungsgemäß enthält das Informationssystem zur Bestim­ mung der Lage einen Sender zur Erzeugung eines sich ändern­ den elektromagnetischen Feldes mit einem Satz von Spulen mit drei sich gegenseitig orthogonal schneidenden Achsen und Einrichtungen zum paarweisen Erregen der Spulen mit Wechsel­ strom in einer Phasenbeziehung, die ein resultierendes Feld erzeugt, das sich um die Achse der jeweils anderen Spule dreht, eine Empfängerspule sowie Einrichtungen zum Bestimmen der Phasenbeziehung des in der Empfängerspule induzierten Signals zu den gesendeten Signalen, um so eine Anzeige der Lagenbeziehung zwischen der Empfängerspule und dem Sender zu erzielen.

Vorzugsweise werden drei Empfängerspulen in einer gegensei­ tigen orthogonalen Beziehung, ähnlich der des Senders, be­ nutzt, wobei jede zur Positionsinformation beiträgt, die von den Phasenbeziehungen abgeleitet wird.

Die Spulen des Senders können paarweise in Folge erregt wer­ den, wobei die gleiche Frequenz benutzt wird, oder jedes Paar kann eine unterschiedliche Frequenz benutzen, die eine gleichzeitige Übertragung ermöglicht.

Die Spulen sind vorzugsweise ringförmig und können auf Form­ körper um einen sphärischen ferromagnetischen Kern gewickelt werden. Unter bestimmten Bedingungen ist diese Ausbildung nicht ausführbar und kann geändert werden. Das beschriebene Ausführungsbeispiel zeigt insbesondere die Anwendung bei Erdbohrungen.

Gemäß einem anderen Merkmal der Erfindung besteht das System zur Lageermittlung aus einem Sender, mit dem ein sich ändern­ des elektromagnetisches Feld erzeugt wird, der einen Satz von Spulen mit drei sich gegenseitig orthogonal schneiden­ den Achsen enthält und Einrichtungen zum paarweisen Erregen der Spulen mit Wechselstrom in Phasenbeziehung, wodurch ein Feld erzeugt wird, das sich um die Achse der anderen Spule dreht, einen magnetisch empfindlichen Körper mit einer defi­ nierten magnetischen Achse, der in der Nähe des Senders auf­ gehängt ist und Einrichtungen zum Bestimmen der Phasenbe­ ziehung des induzierten Signals in jeder Spule, so daß die beiden anderen Spulen erregt werden und dabei eine Anzeige der Orientierung des Körpers erfolgt.

Vorzugsweise sind die Spulen ringförmig und auf Formkörper in der Gestalt eines kugeligen Käfigs gewickelt. Der Körper wird dann symmetrisch im Mittelpunkt des Käfigs aufgehängt und der Käfig so angeordnet, daß eine Spulenachse normaler­ weise senkrecht ist und mit der Achse des Körpers zusammen­ fällt. Der Körper kann in einfacher Weise eine ferromagne­ tische Stange sein, die mit einem einseitigen Gewicht verse­ hen ist, um sie senkrecht zu erhalten. Signale von den Spulen in Empfängerart können verarbeitet werden, um die Neigung der Stange und die Richtung der Neigung anzuzeigen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele dargestellt, anhand deren die Erfindung im folgenden beschrieben wird. Es zeigen:

Fig. 1 Seitenansichten einer Spulenanordnung zur Erzeugung rotierender elektromagne­ tischer Felder,

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Spulenanordnung mit einer Sensorspule in verschiedenen Positionen,

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung von Empfängerspulen, die an einem Untergrund-Bohrwerkzeug oder "Maul­ wurf" befestigt werden kann,

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Bohrwerkzeuges, das mit der auf Fig. 3 dargestellten Empfängerspulenanordnung ausgerüstet ist, und einer davon ent­ fernt angeordneten Anordnung von Sender­ spulen, mit denen die am Werkzeug ange­ ordneten Spulen zur Lagebestimmung erreg­ bar sind,

Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Anordnung von Empfängerspulen,

Fig. 6 eine Seitenansicht der auf Fig. 5 darge­ stellten Anordnung und

Fig. 7, 8 u. 9 perspektivische Darstellungen eines Nei­ gungs-Sensors, der die auf Fig. 1 darge­ stellte Anordnung von drei Spulen ent­ hält.

Die Grundausrüstung ist ein Satz von drei gleichen Spulen (1, 2 u. 3) mit gegenseitigen orthogonalen Achsen, die sich in einem gemeinsamen Mittelpunkt schneiden. Diese Spulen werden paarweise mit Zweiphasen-Wechselstrom erregt, um elektromagnetische Felder zu erzeugen, die sich um jede der drei Achsen drehen, entweder getrennt oder aufeinanderfolgend mit gemeinsamer Frequenz oder gleichzeitig mit verschiedenen Frequenzen. Die Erzeugung eines sich drehenden Feldes durch Zweiphasenwindungen ist üblich bei der Technologie von Wech­ selstrommotoren und braucht daher im einzelnen nicht be­ schrieben zu werden.

Die Spulen (1, 2 u. 3) sind auf Kerne gewickelt, die in rechten Winkeln zueinander, insbesondere durch Kleben befe­ stigt sind. Falls gewünscht, können die Felder, die sie her­ vorrufen, durch Einfügen eines ferromagnetischen Kerns (4) verstärkt werden. Dies muß sphärisch und homogen erfolgen, wenn keine Änderungen in der Feldintensität durch Verände­ rungen der Permeabilität in verschiedenen Richtungen er­ zeugt werden sollen. In der Praxis kann dies durch Material mit hoher Permeabilität und niedriger Leitfähigkeit wie z.B. Eisen oder Ferritpulver erfolgen. Der Kern kann entfallen für Anwendungen, in denen das innere Feld erregt wird, wie es später beschrieben wird.

Wie sich aus Fig. 1 ergibt, wird beim Erregen der Spulen (1 u. 2) nur mit einem Zweiphasen-Wechselstrom ein resultie­ rendes Feld (A) um die senkrechte Achse (Y) der Spule (3) erzeugt. Beim Erregen der Spulen (2 u. 3) wird nur ein resul­ tierendes Feld (B) um die horizontale Achse (X) der Spule (1) erzeugt, während beim Erregen der Spulen (3 u. 1) nur ein resultierendes Feld (C) erzeugt wird, das um die horizontale Achse (Z) der Spule (2) rotiert. In allen Fällen hängt die Richtung der Rotation von der Phasenrotation ab.

Zur Bestimmung der relativen Positionen dieses aus drei Spu­ len bestehenden Senders und eines Empfängers wird das äußere Feld erregt. Fig. 2 zeigt den Effekt an einer äußeren Such­ spule beim Erregen nur der Spulen (1 u. 2) zur Erzeugung des resultierenden Feldes (A), das mit Netzfrequenz um die Y- Achse rotiert und damit mit maximaler Amplitude in der hori­ zontalen Ebene (X-Z) durch den Mittelpunkt der Spule.

In der Position 5 wird die Suchspule anfänglich mit der X- Achse ausgerichtet. Jeder Zyklus wird durch das resultieren­ de Feld (A) gewobbelt, wobei seine Signalspitzenamplitude zeitlich der Spitzenerregung der Spule (1) entspricht und eine Null entsprechend der Spitzenerregung der Spule (2). Das Signal wird daher nominell in Phase mit der Erregung der Spule (1) sein. Es ist offensichtlich, daß, wenn die Suchspule weiterhin in der gleichen Ebene gegen die zentrale Spule weist, jedoch in die Position 6 geschwungen wird, beispiels­ weise sein Signal noch die gleiche Amplitude haben wird, aber nicht länger in Phase mit der Spule (1) sein wird. Der Wech­ sel des Phasenwinkels wird daher dem Wechsel im mechanischen Winkel entsprechen, weil der Feldaufbau äquivalent ist dem eines zweipoligen Induktionsmotors, bei dem elektrische und mechanische Grade den gleichen Wert haben. Wenn aber die gleiche Suchspule in der Position 5 bleibt, jedoch um ihren Mittelpunkt in der horizontalen Ebene gedreht wird, wie es durch die gestrichelte Kreislinie angedeutet ist, wird das Signal einen Phasenwechsel ausführen, der ähnlich dem ist, der durch Schwingen um den Mittelpunkt der Spule hervorgeru­ fen wird, weil seine Spitze immer auftreten wird, wenn die radiale Richtung des sich ergebenden Flusses (A) parallel zu der Suchspule ist. Wenn es daher möglich wäre, die radiale Position der Suchspule unabhängig um das Sendezentrum einzu­ richten, würde die Signalphase die rotierende Haltung der Suchspulenachse zu dem Radius wiedergeben. Dies zeigt einen Aspekt der Vorteile des Systems.

In der mit 6 bezeichneten Position der Suchspule ist diese anfangs radial mit dem Sendezentrum in der horizontalen Ebene ausgerichtet, und sie wird dann um ihren Mittelpunkt in die senkrechte Ebene gedreht, wie es durch gestrichelte Linien angedeutet ist. Es ist offensichtlich, daß die Phase des Signals konstant bleiben wird, jedoch die Amplitude sich verringern wird, bis die Suchspule senkrecht steht, wenn ein Nullpunkt erreicht ist. Eine darüber hinausgehende Rotation wird ein Signal der entgegengesetzten Phasenrichtung erzeu­ gen, wobei sich die Amplitude erhöht, bis die Suchspule wie­ der ihre waagerechte 180°-Lage gegenüber dem Ausgangspunkt einnimmt. Die Rotation in dieser Ebene erzeugt einen charakteristischen Wechsel in der Signalamplitude mit Phasen­ umkehrung in den 90°- und 270°-Stellungen.

Nach dem Bewegen der Suchspule in die senkrechte Position relativ zur horizontalen Ebene, bei der diese ein Nullsignal erzeugt, ergibt der Effekt der Rotation um die radiale Achse wie es durch die Position 7 angedeutet ist, folgendes: Seine Signalamplitude wird sich erhöhen von null bei der senkrech­ ten Position, ein Maximum in der waagerechten Position er­ reichen und anschließend null und eine umgekehrte Phase bei 180° erreichen.

In jedem betrachteten Fall existiert eine mathematische Be­ ziehung zwischen der Phase und der Amplitude des Signals der Suchspule und der Position und Lage der Suchspule in bezug auf den Sender. Trigonometrische Formeln können erstellt wer­ den, um den Fall abzudecken, bei dem die Messungen auf Bewe­ gungen in der horizontalen Ebene um das Übertragungszentrum begrenzt werden.

Wenn die Ebene, in der die Suchspule bewegt wird, angehoben wird, z.B. zum Punkt 8, ergibt sich, daß die Signalamplitude zurückgehen wird, weil die neue Ebene nicht länger mit der X-Z-Ebene zusammenfällt in der die Spitze auftritt. Ande­ rerseits variiert ihre Antwort in ähnlicher Weise auf eine Spule, da die X-Z-Ebene und die Wirkungen des Anhebens der Ebene der Suchspule Gegenstand mathematischer Formeln sind, die aufgestellt werden können.

Im folgenden wird die Wirkung der Erregung der Spulen (2 u. 3) auf die Suchspule untersucht, die ein resultierendes Feld (B), das um die X-Achse rotiert, erzeugen.

Mit der Suchspule in der Position 5 und ausgerichtet auf diese Achse wird von dem resultierenden Feld (B) kein Signal erzeugt. Wenn die Spule in der horizontalen Ebene gedreht wird, während sie auf die X-Achse zentriert bleibt, ergibt sich ein Signal mit nominell konstanter Phase jedoch erhöh­ ter Amplitude, das eine Spitze bei den 90°- und 270°-Stellun­ gen quer zur X-Achse mit einer Phasenumkehrung bei 180° zeigt.

Wenn jedoch die Suchspule in der senkrechten Ebene um die X-Achse gedreht wird, wie es durch das Bezugszeichen (9) angedeutet ist, entspricht der Wechsel der Signalphase der Rotation des Feldes um die X-Achse, wobei ihre Amplitude sich mit der Verschiebung von dieser Achse ändert. In der Position 7 wird sie daher verringert sein, und wenn sie soweit verschoben wird wie die Z-Achse, wird keine Antwort erfolgen.

Bei der Drehung der Suchspule in der X-Y-Ebene, wie es durch das Bezugszeichen (10) dargestellt ist, erfolgt eine Ände­ rung der Amplitude von null bei horizontaler Lage bis zu einer Spitze bei senkrechter Lage, wobei die Phasenumkeh­ rung bei der waagerechten 180°-Stellung auftritt. Wenn die Spule in der X-Z-Ebene verschoben wird, z.B. in die Position 6, wird das Signal völlig unähnlich dem, das von der Erre­ gung der Spulen (1 u. 2) hervorgerufen wird, jedoch mathema­ tisch voraussagbar.

Es ist klar, daß die Erregung der Spulen (3 u. 1) zur Erzeu­ gung eines um die Z-Achse resultierenden Feldes (C) auch mathematisch definierbare Signale erzeugt, bei verschiede­ nen möglichen Positionen der Suchspule. Weil diese sich mit der Achse der Feldrotation verschieben, ist es möglich, drei Sätze von Informationen über die relativen Stellungen und Lagen des Drei-Spulensenders und einer einzigen Suchspule zu erhalten.

Wenn ein Empfänger benutzt wird, der drei Antennen mit gegen­ seitigen orthogonalen Achsen enthält, kann die Menge an Positionsinformationen, die abgeleitet werden kann von den rotierenden Feldern, erheblich vergrößert werden. Solch eine Antenne kann in ähnlicher Weise zur Herstellung des Senders verwendet werden. Wenn die Situation es nicht er­ laubt, einen festen Kern zu benutzen, wie beispielsweise hinter einem bodenbohrenden Werkzeug, für das Flüssigkeits­ druck- und Steuerkabelzugang erforderlich ist, kann ein toroidaler Kern verwendet werden, der dem entspricht, der in der britischen Patentanmeldung GB-A 21 75 096 beschrieben ist, jedoch mit Spulen gewickelt ist, die drei Achsen auf­ weisen. Ein Beispiel einer solchen Anordnung ist in Fig. 3 dargestellt.

Hierbei besteht der Kern typischer Weise aus einem spiral­ förmig gewundenen Toroid (11) aus einem geeigneten Stahl. Bezeichnet man seine Längsachse mit (X), seine senkrechte Achse mit (Y) und seine waagerechte Achse mit (Z), so ist es möglich, das gesamte Kernmaterial gemeinsam zu benutzen, um eine verbesserte Kopplung von mittels Wechselstrom er­ zeugten elektromagnetischen Feldern vorzusehen für drei Win­ dungen auf diesen drei Achsen. Ein Paar toroidal gewunde­ ner Spulen (12), die diametral sich gegenüberliegend quer zum waagerechten Durchmesser angeordnet sind und in Reihe geschaltet sind, antworten auf Wechselstrom-Feld-Komponenten in der senkrechten Achse (Y) und ein ähnliches Paar (13) auf dem senkrechten Durchmesser empfängt Wechselstrom-Feld- Komponenten in der waagerechten Achse (Z). Eine Spule (14), die koaxial um die Außenseite des Toroids gewickelt ist, empfängt Wechselstrom-Feld-Komponenten längs der Achse (X). Der ringförmige Aufbau erlaubt den zentralen Durchgang von Rohren und Kabeln, wenn eine dreiachsige Antenne dieser Form angebracht wird an der Rückseite eines bodenbohrenden Werk­ zeuges.

In Fig. 4 ist ein dreiachsiger Sender (15), wie er in den Fig. 1 u. 2 gezeigt wurde, und eine Antenne (16) gemäß Fig. 3 dargestellt, die zur Bestimmung von Position und Lage einer unter der Oberfläche befindlichen Bodenbohreinrichtung (17) benutzt wird. Nicht dargestellt sind die elektrischen Zulei­ tungen für Sender und Empfänger und die elektronischen Systeme zum Auswerten und Aufzeichnen der Daten, da diese aus für Elektronik-Fachleute üblichen Einrichtungen beste­ hen. Der Sender (15) wird unter der Erdoberfläche in einem zugänglichen Schacht in Reihe mit der projektierten Bohrung angebracht, jedoch genau senkrecht und in der Richtung aus­ gerichtet.

Wenn der Bohrer (17) durch Fernsteuerung steuerbar ist, ist es wichtig, daß seine Drehlage (Drehung um die Längsachse X) so eingerichtet wird, daß Steuerelemente in der richtigen Richtung arbeiten. Es ist klar daß, wenn der Sender (15) einen Zweiphasen-Wechselstrom hat, der an die Spulen (2 u. 3) angelegt wird, um ein entsprechendes Feld (B) zu erhalten, das um die X-Achse rotiert, das Signal, das durch die Y- Achsen-Spulen (12) des Empfängers empfangen wird, eine Phasenbeziehung entsprechend der Sender-Frequenz hat, die in einer direkten Beziehung zum Drehwinkel steht. Dies kann in Bezug gesetzt werden zu der in Fig. 2 in der Stellung 9 dargestellten Suchspule. Das gleiche würde auch zutreffen für das Signal von den Z-Achsen-Spulen (13) des Empfängers, jedoch um 90° in Phase verschoben. Es sollte ein Nullsignal von der Spule (14) des in der Längsachse (X) angeordneten Empfängers vorhanden sein, solange der Bohrer und sein Empfänger auf dieser Achse bleiben.

Wenn die Senderspulen (3 u. 1) erregt werden, um ein ent­ sprechendes Feld (C) zu erzeugen, das um die waagerechte Z- Achse des Senders rotiert, hat das Signal der in der X-Achse des Empfängers liegenden Spule eine Phasenbeziehung mit der Sender-Frequenz, die sich ändern wird mit dem Abweichen des Bohrers und des Empfängers.

Das System ist somit in der Lage, das Drehen, das Schwanken und das Eindringen durch Phasenwinkelabmessungen zu bestim­ men; es ist jedoch einleuchtend daß, wenn sich der Eindring- und Schwankwinkel gegen 90° vergrößert, die Wirkung des Phasenwechsels von einer Empfängerachse zur anderen über­ geht. Durch Vergleichen der Signale auf beiden Achsen, die mathematisch vorhersehbaren Beziehungen entsprechen, ist es moglich, bei Verwendung aller drei Übertragungsachsen nicht nur das Drehen, das Schwanken und das Eindringen zu bestim­ men, sondern auch die Koordinatenposition des Empfängers in Bezug auf die eingerichtete Position, wenn der Sender eingesetzt wurde, wobei jede Achsenverschiebung des Senders in Rechnung zu ziehen ist. Mit einem steuerbaren Bohrer kann das System benutzt werden, um Positionsinformationen zu er­ halten, so daß der Bohrer längs eines vorbestimmten Verlaufes gesteuert werden kann.

Die drei Achsen des Senders können aufeinanderfolgend mit der gleichen Frequenz oder gleichzeitig mit verschiedenen Frequenzen erregt werden, wobei die Empfängersignale dann gefiltert werden um zwischen den drei Achsen zu unterschei­ den. Weil drei Sätze von Informationen für jede Empfänger­ achse erreichbar sind, ermöglicht das System kontinuierli­ ches Überkreuzchecken der Positionsdaten durch geeignete Computer.

Ein möglicherweise praktischerer toroidaler Sender ist auf den Fig. 5 und 6 dargestellt. Anstatt die Spulen (12 u. 13) in mühsamer Arbeit zu wickeln dadurch, daß Windungen durch das Innere gezogen werden, werden sie ersetzt durch völlig äußere Spulen (18 u. 19). Diese sind als rechteckige, vorher gewundene Spulen aufgebaut, die an dem hohlzylindrischen Kern durch nicht dargestellte Bänder oder andere Einrich­ tungen gehalten werden und die in Reihe verbundenen Paare werden in gegenseitiger orthogonaler Beziehung angeordnet. Sie entsprechen Induktionsmotorwindungen eines zweipoligen Stators mit der Ausnahme, daß der "Stator" in diesem Fall mit der Innenseite nach außen und schlitzlos ist. Abgese­ hen von dem einfacheren Aufbau sollten Zwischenwindungs­ kopplungen so weit wie möglich verringert werden.

Die vorhergehende Beschreibung benutzt übliche Techniken zum Anzeigen des äußeren Feldes des Senders und zum Anlegen der Information zur Anzeige der relativen Lage des Senders und des Empfängers. Eine andere Anwendung des Dreiachsen- Senders ist die Neigungsanzeige, wenn sein inneres Feld empfangen wird; dies ist auf den Fig. 7, 8 u. 9 dargestellt.

Es wird die gleiche Sender-Spule benutzt, jedoch wird der feste ferromagnetische Kern weggelassen. Stattdessen wird eine ferromagnetische Stange (20), vorzugsweise aus Ferrit, um das Spulenzentrum angeordnet, durch eine Gimbalbefesti­ gung beispielsweise so, daß sie sich frei in jeder Rich­ tung drehen kann.

Die Stange (20) ist mit einem Gewicht (21) versehen, so daß sie stets durch Schwerkraft senkrecht ausgerichtet ist. Sie ist in ausgezogenen Linien in ihrer Datum- oder Referenz­ position dargestellt, in der sie mit der Y-Achse ausgerich­ tet ist, und in gestrichelten Linien aus dieser Referenz­ position um einen beliebigen Betrag verschoben. Obschon üblicherweise die Spulen so gezeichnet werden, daß sie in ihrer ursprünglichen Lage bleiben, ist es angebracht, daß die verschobene Position der Stange (20) die Situation dar­ stellt, die erzeugt wird, wenn die Y-Achse der Spule gegen­ über der Senkrechten geneigt ist, die Stange jedoch senk­ recht bleibt.

In Fig. 7 sind die Spulen (1 u. 2) mit Zweiphasen-Wechsel­ strom erregt, um ein resultierendes Feld (A) zu erzeugen, das um die Y-Achse rotiert. Wenn die in der Spule (3) indu­ zierte elektromotorische Kraft empfangen wird, entsteht ein Nullsignal, wenn die Stange senkrecht ist, weil es keine Komponente der Rotation des Feldes (A) längs der Stangen­ achse gibt. Jedoch besteht an dieser Stelle eine maximale Kopplung zwischen der Stange und der Spule (3), die dadurch äußerst empfindlich auf jede Feldabweichung der Stange rea­ giert sobald eine Neigung auftritt. Wenn dies der Fall ist, wie dargestellt durch die geneigte Stange, zeigt das indu­ zierte Signal eine Spitze, wenn das resultierende Feld (A) in der Richtung der Neigung in der X-Z-Ebene ist, was durch den Winkel (r) dargestellt ist. Die Phase des Signals der Spule (3) relativ zu der zugeführten Frequenz bei der Spule (1) gibt somit die Richtung der Neigung in dieser Ebene.

Fig. 8 zeigt die gleiche Situation mit den Spulen (2 u. 3), die erregt werden, um ein resultierendes Feld (B) zu erzeu­ gen, das sich um die X-Achse dreht. Zu diesem Zeitpunkt ist das Signal in der Spule (1) erregt, das eine Phasenbeziehung zur Speisefrequenz haben wird die den Winkel (s) mit der Y-Achse der Stange in der Y-Z-Lage darstellt.

In ähnlicher Weise zeigt Fig. 9 die Wirkung der erregten Spulen (3 u. 1) zur Erzeugung eines sich um die Z-Achse drehenden Feldes und das Empfangen des Signals der Spule (2). Wiederum definiert die der Speisung entsprechende Phase den Winkel (t), der durch die Projektion der Stange auf die X-Y-Ebene gegeben ist.

Auf diese Weise kann durch Empfang jeder Ebene in Reihe die Neigung des Senders zu einem durch Schwerkraft orientierten Körper festgelegt werden in zwei Ebenen, die in bezug gesetzt werden zum Sender selbst. Jede Drehung des Senders in der horizontalen Ebene muß getrennt festgelegt werden, wenn es für eine bestimmte Anwendung erforderlich ist.

Statt einer Messung der Neigung kann selbstverständlich jede schwerkraftbezogene Messung benutzt werden durch Beschleuni­ gung des Senders, wenn dieser sich bewegt, so daß die Vor­ richtung auch als richtungsabhängiger Beschleunigungsanzei­ ger verwendet werden kann. Statt einer gimbalbefestigten Stange können auch andere Methoden verwendet werden, um die Verwendung von mechanischen Lagern zu vermeiden, insbesonde­ re durch das Strömen einer Schicht aus einer ferromagneti­ schen Flüssigkeit auf einer anderen Flüssigkeit mit höherer Dichte in einem kugeligen Behälter, um eine Scheibe aus ferromagnetischem Material zu erhalten anstelle der Stange, wodurch ebenfalls Signale erzeugt werden, die sich zeitlich in der Phase verschieben, um die Neigung in einer ähnlichen Weise anzuzeigen.

Claims (12)

1. Positionsanzeige-System mit einem Sender zum Erzeugen eines sich ändernden elektromagnetischen Feldes und einem darauf ansprechenden Empfänger, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender einen Satz Spulen (1, 2, 3; 12, 13, 14; 18, 19, 14) mit drei sich gegenseitig orthogonal schneidenden Achsen (X, Y, Z) und Einrichtungen zum paarweisen Erregen der Spulen mit einer Wechselspannung in einem Phasenverhältnis enthält, die ein resultierendes Feld (A, B, C) erzeugt, das sich um die Achse der jeweils anderen Spule dreht, und daß eine Empfängerspule (16) mit dieser verbundene Einrichtungen enthält, um davon die Phasenbeziehung des induzierten Sig­ nals in der Empfängerspule zu den übertragenen Signalen zu bestimmen, wobei eine Anzeige des Positionsverhältnisses zwischen der Empfängerspule und dem Sender hervorgerufen wird.

2. Anzeigesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei Empfängerspulen in einer gegenseitigen orthogonalen Beziehung ähnlich dem Sender vorgesehen sind, wobei jede zur Positionsinformation beiträgt, die vom Phasenverhältnis abgeleitet wird.

3. Anzeigesystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Sendespulen paarweise nacheinander mit der glei­ chen Frequenz erregt werden.

4. Anzeigesystem nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Sendespulen gleichzeitig paarweise mit unterschiedlichen Frequenzen erregt werden.

5. Anzeigesystem nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spulen ringförmig und auf Formkörper um einen sphärischen ferromagnetischen Kern (4) gewickelt sind.

6. Positionsanzeige-System mit einem Sender zum Erzeugen eines sich ändernden elektromagnetischen Feldes, dadurch gekennzeichnet, daß der Sender einen Satz von Spulen (1, 2, 3) mit drei sich gegenseitig orthogonal schneidenden Achsen (X, Y, Z) und Einrichtungen enthält, mit denen die Spulen paarweise mit einem Wechselstrom in einer Phasenbeziehung erregt werden können, die ein um die Achse der anderen Spule sich drehendes elektrisches Feld erzeugt, und daß ein magne­ tisch anregbarer Körper (20) mit einer definierten magneti­ schen Achse in der Nähe des Senders aufgehängt wird, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, mit denen von jeder Spule die Phasenbeziehung des in dieser induzierten Signals zu der Spule bestimmbar ist, die eine der beiden anderen Spulen erregt, wodurch eine Anzeige der Orientierung des Körpers ermöglicht wird.

7. Anzeigesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderspulen (1, 2, 3) paarweise nacheinander mit der gleichen Frequenz erregt werden.

8. Anzeigesystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderspulen (1, 2, 3) gleichzeitig paarweise mit unterschiedlichen Frequenzen erregt werden.

9. Anzeigesystem nach den Ansprüchen 6, 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Spulen (1, 2, 3) ringförmig und auf Formkörper gewickelt sind, die die Gestalt eines kugligen Käfigs haben.

10. Anzeigesystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (20) symmetrisch im Mittelpunkt des Käfigs aufgehängt ist.

11. Anzeigesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Käfig so angeordnet ist, daß eine Spulenachse (Y) normalerweise eine aufrechte Stellung hat und mit der Achse des Körpers (20) zusammenfällt.

12. Anzeigesystem nach den Ansprüchen 6 bis 11, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Körper (20) aus einer ferromagneti­ schen Stange besteht, die, um sie aufrecht zu halten, ein­ seitig beschwert ist.