Устройство для измерения магнитного курса

ОП ИСАНИЕИЗОВРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоввтскикСоциалистическиеРеспублик и 916987(61)М, Кл. С 01 С 7/30 Р 1 еумретещеый квинтет СССР ав аелеи кзебретеней и еткрытияДата опубликования описания 30. 03. 82(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМКРКНИЯ МАГНИТНОГО КУРСА1Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в навигационныхсистемах с Ферроэондовыми компасами.Известно устройство для измерения магнитного курса, содержащее последовательно соединенные генератор,феррозонды, сельсин, избирательныйусилитель второй гармоники, фазовыйанализатор с цепью управления от регулятора скважности импульсов: управления, усилитель моцности и исполнительный двигатель 11.Недостатком известного устройст"ва является ограничение на максимальную величину добротности избирательного усилителя,Известно устройство для измерениямагнитного курса, содержащее последовательно соединенные генератор,ферроэонды, сельсин, избирательныйусилитель второй гармоники, фазовыйанализатор, усилитель моц 1 ности и исполнительный двигатель, причем управляющий вход Фазового анализатораподключен к генератору 21.Это устройство имеет низкую чувствительность измерения магнитногокурса. Чувствительность измеренияпропорциональна уровню фильтрациивторой гармоники избирательным усилителем. Уровень фильтрации (или до"бротность) ограничен сверху вели- О.,чиной, при которой фазовый сдвиг визбирательном усилителе в эксплуатационном диапазоне изменения частоты . генератора визывает ослабление Фазовым анализатором сигнала избирательного усилителя нике допустимого порогаЦель изобретения - повыщение чувствительности измерения магнитногокурса.Поставленная цель достигаетсятем, что в устройство для измерения магнитного курса, содержащеепоследовательно соединенные генератор, магнитомодуляционные преоб7 1тель мощности 6 управляет исполнительным двигателем 7, например, двухфазным индукционным. Двигатель 7 отрабатывает ротор сельсина 3 в согласованное положение, в котором на входе усилителя 4 сигнал второй гармоники отсутствует.Таким образом, измеряемый угол направления магнитного поля Земли преобразуется в угловое полажение сель- сина 3, которое в свою очередь регистрируется индикаторными приборами, например, с помощью индикаторных сле" дящих систем.Рассмотрим подробнее работу цепи избирательный усилитель - фазовый анализатор. В устройстве на Фазовый анализатор 5 поступает сигнал второй гармоники, амплитудномодулированный модулем и фазоманипулированный знаком синуса магнитного угла.Для частного варианта устройства (Фиг. 2) с, отношением частот 2;1 входного и опорного сигналов фазового анализатора 5 характерные случаи работы фазового анализатора представлены на Фиг. 3-5. На фиг. 3 показан вариант совпадения начальных фаз входного 0 1 и опорного 0 сигналов; на фиг. 4 и 5 варианты несовпадения начальных Фаз входного 04 и опорного :0 сигналов, причем.на фиг. 4 входной сигнал сдвинут по Фазе на угол 7 по отношению к опорному сигналу на фиг, 3, а на фиг. 5 - на угол 1 Г/2. Выходное напряжение 0 анализатора 5 для вариантов Фиг. 3 и 4 содержит требуемую первую гармонику (обозначенную пунктирной кривой), пропорциональную входному сигналу, причем его фаза относительно опорного сигнала зависйт от Фазы входного сигнала.В варианте фиг. 5 выходное напряжение 0 не содержит первой гармоники. Таким образом в выходном напряжении Фазового анализатора 5, поступающеж на усилитель мощности 6, содержится требуемая первая гармоника, величина которой пропорциональна величине выходного сигнала второйгармоники избирательного усилителя 4, а фаза зависит от Фазы выходного сигнала усилителя 4.Чтобы получить высокую чувствительность измерения магнитного курса необходимо иметь высокий уровень Фильтрации второй гармоники избирательным усилителем 4, Так как 3 91698 разователи, сельсин или синусно-косинусный вращающийся трансформатор, избирательный усилитель второй гармоники, фазовый анализатор с управляющим входом, усилитель мощности и исполнительный двигатель, введен Фазочастотный элемент со средней частотой 5 равной номинальной ча-ч стоте генератора и добротностью, относящейся как 1;2 к добротности из- О бирательного усилителя, причем выход Фазочастотного элемента подключен к управляющему входу Фазового анализатора.На Фиг. 1 показана структурная 15 схема предлагаемого устройства, на Фиг. 2 - устройство в частном варианте работы Фазового анализатора при отношении частот входного и опорного сигнала как 2:1, на Фиг, 3-5 - вре-р 0 менные диаграммы работы фазового ана:лизатора на Фиг. 6 - амплитудно-частотная и Фазочастотная характеристи, ки избирательного усилителя на . Фиг. 7 - Форма сигналов на основном и опорном входах фазового анализатора.Устройство состоит из последовательно соединенных генератора. ча. стоты й), чувствительного элемента 2 с магнитомодуляционными преобразова-телями, элемента сравнения: сельсина или синусно-косинусного трансформатора 3, избирательного усилителя 4 .сигнала частоты 2 М, Фазового анализатора 5, усилителя мощности 6 и ис.35 полнитатьного двигателя 7, Фазочастот. ного элемента 8 в цепи 9 управления Фазовым анализатором 5.Устройство работает следующим образом.Угловое положение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли преобразуется магнитомодуляционными преобразователями 2, например, феррозождами, и сельсином (или синусно 45 косинусным вращающимся трансформатором 3) в электрический сигнал, представляющий собой совокупность основной и высших гармоник частоты сигнала генератора 1, причем амплитуда второй гармоники (полезного сигнала)) 50пропорциональна модулю синуса измеряемого угла магнитного поля Земли, а Фаза принимает два значения О или 7 Г ,в зависимости от знака синуса измеряемого угла. Сигнал второй гармоники выделяется избирательным усилителем 4 и .через Фазовый анализатор 5 посту. пает на усилитель мощности 6. Усили916987 Формула изобретения 5помехи, например сигнал основной частоты, прошедшие через тракт, создают погрешность измерения, то для подавления их увеличивают добротность(сужают полосу пропускания) избирЬ тельного усилителя 4, что вступаетв противоречие с эффек ом возникновения дополнительного фазового сдвига в избирательном усилителе 4 при изменении частоты сигнала генератора 10 1. На Фиг 6 показаны амплитудно-частотная 10 и Фазочастотная 11 характеристики усилителя 4. Характеристи-. ка 10 симметрична оси ординат на частоте 2(д. На частоте 2 М величина . .5 выходного сигнала усилителя 4 равна А, а фаза равна нулю. При отсутствии фазочастотного элемента 8 изменение частоты генератора 1 приводит к изменению как величины выход ного сигнала избирательного усилителя 4, так и его фазы относительносигнала генератора 1 Изменение частоты сигнала генератора 1 на Ыд приводит к тому, что выходной сигнал 25 усилителя частотой 2 (й)+ад) уменьшается до величины А=А /Т, а Фаза изменяется на Ч /2. Этот пример соответствует равенству полосы пропускания усилителя 4, выполненного в зо виде полосового звена второго поряд ка, половине диапазона изменения ча.стоты сигнала генератора 1. (доброт: ность усилителя равна 25, относитель. ное изменение частоты сигнала генератора 2%),Само по себе уменьшение в у 2 раз величины сигнала усилителя 4 приводит только к уменьшению скорости от работки двигателем 7 измеряемого угла, но изменение на Ъ/2 фазового угла согласно фиг. 5 приводит к полной остановке двигателя 7. Этот пример показывает, что повышение избирательности у прототипа ограничено сверху полоса пропускания избирательного усилителя 4 должна быть больше удвоенного диапазона изменения частоты генератора 1. У прототипа добротность усилителя 4 не превосходит 15. В предлагаемом устройстве в цепи 9 управления Фазовым анализатором 5 имеется Фазочастотный элемент 8, выполненный на фиг. 2 в виде Фазовсго звена первого порядка. Возможно выполнение Фазочастотного элемента 8 и в виде Фазового звена второго порядка. Фазовое звено имеет протяженный по частоте участок амплитудно-частотной характеристики с постоянным коэффициентом усиления и участок с крутоизменяющейся фазо-частотной характеристикой,В предлагаемом устройстве фазочастотный элемент 8 имеет крутизнуФазо-частотной характеристики начастоте 05 генератора 1, равную крутизне фазо-частотной характеристикиизбирательного усилителя 4 на частоте 2 М. Это следует из соотношения ихдобротностей как 1:2. На фиг. 7 показано, что при выпочнении этого условия сигнал 12 генератора 1 сдвигается Фазочастотным элементом 8 наугол ф в положение 13 (опорный сигналФазового анализатора 5) до согласованного по фазе положения со сдвинутым на угол 2 Ф сигналом 14 на входе Фазоного анализатора 5.В качестве фаэо-частотного элемента 8 может быть применен и избирательный усилитель со средней частотойхарактеристики (д и добротностью вдва раза меньше добротности основного избирательного усилителя 4.Введение .Фазочастотного элементав цепь управления фазовым анализатором со средней частотой, равной номинальной частоте генератора и добротностью, относящийся как 1:2 к добротности избирательного усилителя, выгодно отличает предлагаемое устрой-,ство от прототипа повышением чувствительности измерения магнитного кур-са, так как позволяет использоватьизбирательный усилитель с добротностью порядка 25 и более при широкоприменяемом эксплуатационном относительном изменении частоты 400 Гцгенератора +2%. При сохранении уровня добротности избирательного усилителя предлагаемое устройствопозволяет расширить диапазон изменения частоты генератора.Экономический эффект при применениипредлагаемого устройства создается эасчет повышения эксплуатационных характеристик навигационных систем. Устройство для измерения магнитного курса, содержащее последовательно соединенные генератор, магнито модуляционные преобразователи, сельсин или синусно-косинусный вращаю, щийся трансформатор, избирательный7 916987 8 усилитель второй гармоники, фазовый усилитепя, причем выход фазочастотанализатор с управляющимвходом, ного элемента подключен к управляю- усилитель мощности и исполнительный цему входу фазового анализатора. двигатель, о т л н ч а ю щ е е с я Источники информации, тем, что, с целью повышения чувст- э принятые во внимание при экспертизе вительности, в него введен фазочас. Авторское свидетельство СССР тотный,элемент со средней частотой, У 302603,кл. 6 01 С 17/30, 969. равной номинальной частоте генера. Авторское свидетельство СССР .тора и добротностью, относящейся как У 61505, кл. С О 1 С 17/30, 1962 1:2 к добротности избирательного 10 (прототип),1916987 Составитель В. ВасильевТехред И.Рейвес . Корректор С. Некм едактор И.Тикей Заказ 1870/5 5 Проектная, 4 тент", г. Ужгород,ал П 1 Тираж 6 НИИ 11 И Госуд по делам 113035, Иос4 Подписно рственного комитета СССР зобретений и открытий ва; И, Раушская наб.,