Феррозондовый компас

СОЮЗ СЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН бц 5 0 0. С 17/30 ДИСЕЕЗ 8 ЦГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦтИЯМПРИ ГННТ ССО(71) Краснодарский филиал Научноисследовательского института морской геоАи 4 ики(56) Авторгкое свидетельство СССР М 108418, кл. 0 01 С 17/30,02,03,83Авторское свидетельство ГГСР Р 495528, кл. 0 01 С 7/00, 25.02.74. (54) Ф",РР 0801 ЛОВЕЙ КОМАС(57) Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быт использовано в различных курсовых системах. Цель изобретения - повышение точности измерения. Компас содержит генератор 1 возбуждения,Аеррозондовый датчик 4, усилитель 7, Аазочувствительный детектор 8, первый вхол,которого соединен с выходом усилителя 7, а второй вход - с вторым выходом генератора 1 возбуждения, а также первый коммутатор 3, выход которого соединен с входом Аеррозондового датчика 4, дополнительно снабженАазоинвертором 2, вторым коммутатором 5, сумматором 6, счетным триггером 9, блоком 1 О управления, Аормирователем 11 кодов, гругпой элементов ИЛ 12, циАроаналоговым преобразователем 13, группой элементов И 14,регистром 15 памяти и блоком 16 вычисления, 1 ил,Изобретение относится к навигационному приборостроению и может бытьиспользовано в различных курсовыхсистемах.5Целью изобретения является повышение точности измерения,На чертеже представлена схема феррозондового компаса.Компас содержит генератор 1 воз- Обуждения, Аазоинвертор 2, коммутаторы 3, Аеррозондовый датчик 4,коммутатор 5, сумматор 6; усилитель 7,Аазочувствительный детектор 8, счетный триггер 9, блок 1 О управления,5Аормирователь 11 кодов, группу элементов ИЛИ 12, циАроаналоговый преобразователь (ЦАП) 13, группу элементов И 14, регистр 15 памяти, блок 16вычислений. Пунктирной линией обьеди,иены элементы, составляющие системууправлейия и преобразования инАормации.Компас работает следующим образом. 25С первого выхода генератора 1 сигнал Ц переменного тока с частотойчерез Аазоинвертор 2 и коммутатор3 поступает на обмотку возбуждения(на вход) Аеррозондового датчика 4и периодически насыщает его магнитопровод (сердечник). Выходной сигналгенератора 1 в Аазоинверторе 2 сдвигается по Аазе на 180 (т,е фазаинвертируется) и поступает на одиниз его выходов, На другой выход Аазоинвертора 2 сигнал генератора 1 поступает без сдвига Аазы. За счет переключения подвижного контакта коммутатора 3 (что осуществляется сигна Олами с выхода счетного триггера 9)Ааза сигнала, возбуждающего Аеррозондовый датчик 4,может менятьсяо(инвертироваться) .на 180, а следовательно, на 180 может меняться фаза сигнала на выходе Аеррозондовогодатчика 4.В устройстве компаса используется. кольцевой Аеррозондовый датчик,содер-жащий кольцевой сердечник на которыйнанесена обмотка возбуждения, один конец которой подключен к общей шинекомпаса, а другой " к подвижному контакту коммутатора 3, а также две измерительные (выходные) взаимно перпендикулярные обмотки, диаметральноохватывающие сердечник, одни концыкоторых подключены к общей шине компаса, а другие - к соответствующим неподвижным контактам коммутатора 5. Феррозондовый датчик 4 работает в режиме с выходным сигналом, содержащим инйормацию об измеряемой величине на второй гармонике 2 ГЬ.Фаза (О или 1,80 или условноознак Аазы "-" или "+") каждого из сигналов 17+ или 7 на выходах первойДи второй измерительных обмоток феррозондового датчика 4 относительно Аазы сигнала возбуждения 7 укаэывает полуплоскости расположения магнитных осей Н, и Н этого датчика относительно горизонтальной составляющей Н геомагнитного поля, При этом знаки фаэ относительно друг дру 2га сигналов 17+ и 17 позволяют опрефделить номер квадранта расположения вектора горизонтальной составляющейлов 174 и 17 ф связаны с горизонтальной составляющей Н геомагнитного поля соответственно по зависимостям7 = К Б.эпсиУ = К 17, соэЫ,где К - коэААициент преобразованияАеррозондового датчика;0 - угол между измерительнойосью Аеррозондового датчика и горизонтальной составляющей геомагнитного поля.Коммутатор 5 предназначен для подключения одного иэ выходов Аеррозондового датчика 4 к первому входу сумматора 6, На второй вход сумматора 6 поступает компенсирующий сигнал с выхода ЦАП 1 3, на вход опорного сигнала которого со второго выхода генератора 1 возбуждения поступает сигнал с частотой 2 ГЬ. Этот сигнал также поступает на опорный вход Аазочувствительного детектора 8. В сумматоре б осуществляется компенсация выходного сигнала 174 Аерроэондового датчика 4 выходным сигналом 171 э ЦАП 13 (сигнал 17, противоАазен сигналу П). Выходной сигнал сумматора б усиливается в избирательном усилителе 7, настроенном в резонанс с частотой 2 ГЬ, с выхода которого поступает на вход Аазочувствительного детектора 8, В последнем происходит сравнение Аазы опорного сигнала с Ааэой сигнала, поступающего с выхода усилителя 7. Если сигнал на выходе сумматора б имеет Аазу, соответствую 5 ,15щую фазе выходного сигнала 1 л ферроэондового датчика 4, то на выходе детектора 8 Аормируется логическийуровень напряжения "1". Если Аазаэтого сигнала соответствует фазе сигнала компенсации 1 , то на ныходедетектора 8 Аормируется логическийуровень напряжения "О". В момент компенсации сигнала 1 сигналом 1 лкод И на цифровых входах ЦАП 13 соответствует (с погрешностью квантования компенсирующего сигнала 1 лз ) амплитуде измеряемого сигнала 1. Позначению кода И на циАровых входах ЦАП 13 в момент равновесия сигналов 11 и 1, судят о величине выходного сигнала Аеррозондового датчика 4.Управление работой компаса осуществляется импульсами, подаваемымис 1 - 5-го ныходов блока 1 О упранления соответственно на вход управления коммутатора 5, на счетный входтриггера 9, на вход управления формирователя 11 кодов, на входы сброса формирователя 11 кодов и регистра 5 памяти, на вход блока 16 вычислений,Процесс измерения угловой величины Ф 6 между магнитной (измеритель-.ной) осью компаса и горизонтальнойсоставляющей магнитного поля состоит из двух циклов,В первом цикле измерения амплитуда сигнала П на первом выходе Аеррозондового датчика 4 преобразуетсяв циАровой эквивалент М, и определяется знак Аазы этого сигнала относительно сигнала возбуждения 1.Дляэтого сигнал с перного выхода блока10 управления подключает подвижныйконтакт коммутатора 5 к первому вьг.ходу ферроэондового датчика 4, Затемна четвертом выходе блока 10 управления Аормируется импульс, которыйпоступает на входы сброса регистра15 памяти и Аормирователя 11 кодов,в результате чего выходные коды регистра 15 памяти и формирователя11 кодов устанавливаются в нулевоезначение, а следовательно, нулевоезначение принимает компенсирующийсигнал 1 на выходе ЦАП 13. При этомфаза сигнала на выходе сумматора 6соответствует Аазе выходного сигналаАеррозондового датчика 4,Если Ааза выходного сигнала Цферрозондового датчика 4 соответст" 69547 6нует Аазе компенсирующего сигналя1 что на вь;ходе Аазочунстьитепьного детектора 8 устанавливается сиякял с логическим уровнем няпряжекил"О", который поступает на вход ра:. -решения триггера 9 и переводит еготн режим счета. Если Аяза сигпяля "противоположна Аязе. компекснрующе осигнала 1, , то на выходе детекторяЯ устанавливается сигнал с логичес-ким уровнем напряжения "1", запрещающий режим счета триггера 9, После этого на втором выходе блока 10управления Аормируется импульс, который поступает ка счетный вход триггера 9 и в зависимости от логическогоуровня ("О" или "1") сигнала на еговыходе разрешения либо переводит20 триггер 9 в новое состояние, либоне изменяет его состояния, следовательно, подвижный контакт коммутатора 3 либо переключается, либо остается н своем первоначальном состоя25 нии, При этом Аяза сигналя 1 на выходе Аеррозондоного цатчика протиноположка фазе сигнала компенсацииИ, ЦАП 3, а логическое значениесигнала на выходе триггера . указы 3 О вяет знак Аазы сигняла в первойизмерительной обмотке датчика 4 отко.сительно Аазы сигнала возбужденияБгенератора 1,Затем осуществляется уравнонегл- нание выходного сигнала Аеррозондо-.вого датчика 4 сигналом компенса,мЦ ЦАП 3 В первом такте урянковешинания с третьего выхода блока 1 Оуправления на вход управления Аормиронятеля 11 кодов поступяет первыйимпульс и на первом выходе Аормкронателя 11 кодов появляется единичныйсигнал, который через первый элементгруппы элементов ИЛИ 1 2 включает пер 45 вый (старший) разряд ЦАП 13. Приэтом компенсирующий сигнал 1, навыходе ЦАП 13 получает скачкообразное приращение по величине, соответствующей весу старшего разрядя,Если н результате включения старшего разряда ЦАП 13 амплитуда компенсирующего сигнала И меньше амплитуды выходного сигнала 1 Аеррозондо"ного датчика 4 (т,е., 1,1), то55на выходе сумматора 6 Аяза сигналасоответствует Аязе выходног. сигнала1 Аеррозондоного датчика 4, и нанйходе фязочунствителького детектор8 сигнал имеет логический урон чь"1". Если в результате включения, старшего разряда ЦАП 13 оказывается, что П,, то на выходе Аазочунствительного детектора 8 устанавлива 5 ется сигнал с логическим уровнем "О", Затем с третьего выхода блока 1 О управления на вход управления Формирователя,11 кодов поступает второй импульс и на выходе Аормирователя 11 кодов происходит сдвиг едиНичного сигнала с первого выхода на второй. При этом единичный сигнал со второго выхода Аормиронатйля 11 кодов поступает на второй вход перво го элемента группы элементов И 14 и разрешает запись выходного сигнала (соответствующего "1" или "О") Аазочунствительного детектора 8 в первый (старший) разряд регистра 15 памяти, с перного выхода которого этот ,сигнал ("1" или "О") через первый ,элемент группы элементов ИЛИ 12 АикОрует старший разряд ЦАП 13 в состоянии "1" или "О". 25Во втором такте уравновешиваниятретьего выхода блока 10 управления на вход управления Аормироватегякодов поступает третий импульс и на выходе Аормиронателя 11 кодов происходит сдвиг единичного сигнала со нторого выхода на третий, Этот единичный сигнал через второй элемент группы элементов ИЛИ 12 включает второй (последующий младший) разряд ЦАП 13 и тем самым вызывает скач 35 кообразное приращение амплитуды компенсирующего сигнала 11, В зависимости от того, что П,Б 4 или П, ) Ц 4, на выходе Аазочувствитель ного детектора 8 устанавливается сигнал с логическим уровнем "1" или "О", Затем с третьего выхода блока 1 О управления на вход управления Аормирователя 11 кодов поступает импульс, единичный сигнал с третьего выхода Аормирователя 11 кодов передвигается на четвертый откуда поступает на второй вход элемента группы элементов И 14 и разрешает запись выходногосигнала ( 1" или "О") фазочувствитель.11 11 11 115 Оного детектора 8 во второй разрядрегистра 15 памяти, а следовательно.,второй разряд ЦАП 13 Аиксируется всостоянии или "О" и т.д.Уравновешивание выходного сигнала554 Аеррозондового датчика 4 завершается за щ тактов, равных числуразрядов ЦАП 13, По окончании уравнонещивания код Л х. на выходе реги 1стра 15 памяти соответствует ампли 1туде измеряемого сигнала 1 с пог 4рещностью шага квантования 11 Овыхода регистра 15 памяти код И ,поступает в блок вычислений, Такжев блок 16 вычислений поступает сигнал с выхода триггера 9, индицируюищии знак Аазы сигнала П 4 относительно сигнала возбуждения 1,После этого выполняется второйцикл измерения, в котором амплитудасигнала 1 на втором выходе Аерро 2зондового датчика 4 преобразуетсяв циАровой эквивалент Их , и опреде,ляется знак Аазы этого сигнала относительно сигнала возбуждения, Дляэтогб сигнал с перного выхода блока1 О управления поступает на вход управления коммутатора 5 и подключаетвторой выход Аеррозондового датчика 4 к сумматору 6, после чего устройство компаса работает аналогичнопервому циклу измерения, По окончании второго цикла измерения логические сигналы с выходов регистра 15памяти и триггера 9 поступают в блок16 вычислений,После завершения перного и второго циклов измерения на пятом выходеблока 1 О управления формируется импульс, который поступает на вход управления блока 16 вычислений и разрешает выполнение вычислений, В блоке 16 производится вычисление угловой величины К между измерительной осью компаса и горизонтальнойсоставляющей Нт геомагнитного поляв соответствии с зависимостью1= агсСд2П - -11 х 1агс 1 ц ---- ,"ха логические значения сигналон,поступивших со счетного триггера 9 в блок 16 дают инАормацию о квадранте расположения вектора Нотносительнд измерительной оси компаса,Генератор возбуждения, Аазоинвертор, коммутаторы, Аеррозондовый датчик, сумматор, усилитель и Аазочунствительный детектор используются для аналогово-измерительного преобразования, Остальная часть компаса (обнеПодписное Заказ 1436 Тираж. 396 ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открьггиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина, 101 9 15695денная на чертеже пунктирной линией)выполняет вычислительно-управляющиеАункции (выполняет вычислительнуюи логическую обработку сигналов),Поэтому эта часть компаса может быть выполнена на микропроцессорной элементной базе, что позволяет сделать предлагаемый компас конструктивно простым и работающим с сигналами на ниэ 1 Оких уровнях мощности. Это в своюочередь дает возможность испольэовать компас в компактных автономныхсистемах, например в морских зондах,где существенную роль играют габариты и потребляемые мощности от источника питания,Формула изобретенияФеррозондовый компас, содержащий 20 последовательно соединенные генератор возбуждения, Аеррозондовый датчик с кольцевым сердечником, обмоткой возбуждения и измерительной обмоткой, усилитель, Аазочувствитель ный детектор и систему управления и преобразования инАормации, связанную с соответствующими блоками, причем второй выход генератора возбуждения подключен к опорному входу Аазочувст О вительного детектора, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен последовательно соединенными Аазоинвертором и первым коммутатором, через которые осуществлена связь генератора возбуж"35 дения с феррозондовым датчиком, и последовательно соединенным вторым коммутатором и сумматором, через ко- .торые осуществлена связь Аеррозондового датчика с усилителем, системауправления и преобразования информации выполнена в виде блока управления, счетного триггера и Аормирователя кодов, подключенного соответствующими выходами через вторые .входыэлементов ИЛИ к цийровым входам цифроаналогового преобразователя, а че-рез вторые входы элементов И и регистр памяти - к соответствующим входам .блока вычисления, причем первыйвьКЬд блока управления связан е управляющим входом второго коммутатора,второй выход подключен к счетномувходу счетного триггера, третий выход - к управляющему входу Аормирова-.теля кодов, четвертый выход - к входом сброса регистра памяти и Аормирователя кодов, а пятый выход соединен с управляющим входом блока вычисления, выход Аазочувствительного детектора подключен к входу разрешениясчетного триггера и к первым входамэлементов И, выход счетного триггера соединен с входом управления первого коммутатора и с соответствующимвходом блока" вычисления, вход опорного сигнала цифроаналогового преобразователя связан с вторым выходом генератора возбуждения, выход цифроаналогового преобразователя подключен к соответствующему входу сумматора, а вьгюды регистра памяти соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛ 1,1