Магнитный компас

 

МАГНИТНЫЙ КОМПАС, содержащий магниточувствительньш элемент, установленный в демпфирующей жидкости вместе с индикаторным диском с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и систему индикации углового положения диска, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности при непрерывной регистрации углового положения, диск выполнен с боковой поверхностью, расстояние точек которой до оси вращения плавно изменяется, а система индикации углового.положения диска реализована как пьезоэлектрический приемопередающий преобразователь для измерения расстояний до боковой поверхности диска.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19> (11) А (51) G 01 C 17/26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3557929/18-10 (22) 01.02.83 (46) 30.03.84. Бюл. ¹ 12 (72) Т.К; Исмаилов, А.N. Измайлов, Ф.M. Аллахвердов, Л.M. Миргородская и К.Г. Сергеев (71) Институт космических исследований природных ресурсов Научнопроизводственного объединения космических исследований при АН АЗССР (53) 528.526.1 (088.8) (56) 1. Парамонов А.Н. и др. Современные методы и средства измерения гидрологических параметров океана.

К., "Наукова думка", 1979, с. 149-152.

2. Патент Великобритании ¹ 1296703 кл. G 01 С 17/26, 1972.

3. Патент Великобритании

N- 1321212, кл. G 01 С 17/26, 1973, (прототип).

4. Выложенная заявка ФРГ № 2833369, кл. С 01 В 17/00, 1 (54)(57) МАГНИТНЫЙ КОМПАС, содержащий магниточувствительный элемент, установленный в демпфирующей жидкости вместе с индикаторным диском с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и систему индикации углового положения диска, отличающийся тем, что, с целью повышения точности при непрерывной регистрации углового положения, диск выполнен с боковой поверхностью, расстояние точек которой до оси вращения плавно изменяется, а система индикации углового положения диска реализована как пьезоэлектрический приемопередающий преобразователь для измерения расстояний до боковой поверхности диска.

1083073

И= îáðåòåíèå относится к навигационным измерениям, а также к магнитным компасам с дистанционной регистрацией положения, применяемым, в частности, при метеорологических и гидрологических исследованиях.

Известны магнитные компасы с разнообразными системами дистанционной регистрации магнитного кур- 10 са путем формирования электрического сигнала, пропорционального углу разворота относительно магнитного меридиана Земли Г1 .

Наряду с контактными устройствами для съема информации, обладающими невысокой точностью и низкой надежностью, в таких компасах получили применение и бесконтактные системы в которых на диске вращаю- 20 щемся вместе со стрелкой компаса в демпфивующей жидкости вокруг вертикальной оси, нанесена печатная схема для индукционной регистрации положения стрелки 2 g.

Компасы с подобной системой дистанционной регистрации обладают, однако, повышенной чувствительностью к воздействию магнитных помех и требуют достаточно сложной схемы для

30 обеспечения непрерывной индикации положения диска.

Наиболее близким к предлагаемому являются магнитные компасы с фотоэлектрической системой индикации, в которых на диске, вращающемся вместе с магнитной стрелкой или другим магниточувствительным элементом вокруг вертикальной оси, сформированы кодовые дорожки, считываемые с помощью линейки фотоприемников. Компасы обладают точностью порядка 1-1,5О (3 1.

Дальнейшее повышение точности в таких компасах черезвычайно затруднительно, поскольку связано с увели45 чением размеров диска или числом дорожек, а также фотоэлектрических преобразователей.

Используют другой принцип определения углового положения двух,вращающихся один относительно другого объектов, путем измерения времени распространения ультразвуковых колебаний в среде между объектами 1.4).

Цель изобретения — повышение точности регистрации при непрерывной регистрации углового положения диска.

Для достижения поставленной цели в магнитном компасе, содержащем магниточувствительный элемент, установленный в демпфирующей жидкости вместе с индикаторным диском с возможностью вращения вокруг вертикальной оси, и систему индикации углового положения диска, последний выполнен с боковой поверхностью, расстояние точек которой до оси вращения плавно изменяется, а система индикации углового положения диска реализована как пьезоэлектрический приемопередающий преобразователь для измерения расстояний до боковой поверхности диска.

На фиг.1 изображена конструктивная схема магнитного компаса, на фиг.2 — блок-схема системы регистрации магнитного компаса; на фиг.3 — диаграммы напряжений на входах (выходах) отдельных функциональных блоков-преобразователей магнитного компаса.

Магнитный компас содержит корпус 1, заполненный демпфирующей жидкостьню, магнитно-чувствительный элемент (МЧЭ) в виде, например, двух постоянных магнитов 2, установленных на диске 3, последний выполнен в виде профилированного кулачка, расстояние точек боковой поверхности которого до оси 4 плавно изменяется. В плоскости диска 3 неподвижно установлен пьезоэлектрический преобразователь 5 ультразвуковых колебаний. При этом боковая поверхность диска 3 служит отражателем ультразвуковых колебаний, излучаемых пьезоэлектрическим преобразователем 5. Пьезоэлектрический преобразователь 5 соединен с выходом (входом) вторичного преобразователя 6, обеспечивающего измерение расстояния до диска.

Диск 3 ориентируется по магнитному меридиану Земли, при этом в зависимости от угла разворота диска 3 относительно пьезоэлектрического преобразователя 5 изменяется расстояние Ь от торца до боковой поверхности диска 3. При подаче импульса ударного возбуждения от генератора 7 на пьезоэлектрический преобразователь последний формирует ультразвуковой импульс, который после прохождения удвоенного расстояния 2L в демпфирующей жидкости преобразуется в электри3 1 ческий сигнал. Длительность временного интервала, отсчитываемого от момента подачи импульса ударного возбуждения до момента формирования приемного электрического сигнала, оказывается пропорциональной углу разворота диска 3.

При выборе в качестве демпфирующей жидкости среды, имеющей температурный коэффициент скорости распространения ультразвуковых колебаний, близкий к нулю (например, 6Х-й раствор этилового спирта в дистиллированной воде), длительность указанного временного интервала определяется практически тблько углом разворота диска 3. Для измерения этого угла синусоидальные сигналы управляемого генератора

8, содержащего в качестве частотнозависимого элемента встречно включенные варикапы, емкость которых изменяется под действием управляющего напряжения, нормализуется фор. мирователем 9 импульсов и в виде прямоугольных импульсов (фиг.3 ) поступают на вход делителя 10 с постоянным коэффициентом деления. С выхода делителя 10 импульсы (фиг.Зо) поступают на вход распределителя 11 импульсов, задающего последовательность работы функциональных блоков вторичного преобразователя 6. Временное расположение импульсов на выходах с», о и в распределителя

11 приведены соответственно на фиг.3 Б, ъ, d. По,переднему фронту импульса с выхода с» распределителя 11 производится запуск генератора 7 возбуждающих импульсов (фиг.Зе). Электрический сигнал с выхода преобразователя 5 (фиг.ЗЖ) поступает через амплитудный ограничитель 12 на вход компаратора 13 стробируемый сигналом с выхода делителя 10. С выхода компаратора 13 нормализованный приемный сигнал (фиг.Зи) поступает, например, на

S-вход RS-триггера 14, который формирует импульс, временное расположение переднего фронта которого будет практически соответствовать моменту регистрации компаратором 13 приемного сигнала, Установка триггера 14 в исходное состояние осуществляется импульсом с выхода 6

083073 ф

45 \ с

55 распределителя 1 1. Выходные импульсы! триггера 14 (фиг.З к) поступают на управляющий вход ключевого элемента

15 и информационный вход дискриминатора 16 длительности, например на

D-вход D-триггера, тактируемого пб С-входу передним фронтом импульса с выхода о распределителя 11 (фиг.З г). Если период следования импульсов с выхода делителя 10 больше времени распространения ультразвукового импульса на расстоянии 2L, то на выходе дискриминатора

16 будет действовать сигнал логической единицы (фиг.Зл), вызывающий через ключевой элемент 15 на интеграторе 17 положительное приращение напряжения (фиг.З »»), приводящее к увеличению частоты управляемого генератора 8 и, следовательно, к уменьшению периода следования импульсов с выхода делителя 10. Если период следования импульсов с выхода делителя 10 меньше времени распространения ультразвукового импульса иа удвоенном расстоянии (2?.}, то иа выходе дискриминатора 16 будет действовать сигнал логического нуля, вызывающий через ключевой элемент

15 на интеграторе 17 отрицательное приращение напряжения, приводящее к уменьшению частоты генератора 8 и увеличению периода следования импуль-. сов с выхода делителя 10. Таким образом в установившемся режиме работы вторичного преобразователя будет достигаться равенство времен распространения ультразвукового импульса на расстоянии 2L и периода импульсов на выходе делителя 10.

Магнитный компас с первичным преобразователем, имеющим диск в виде профилированного кулачка, с ультразвуковым промежуточным преобразователем и частотным вторичным преобразователем, имеющим внутренний коэффициент умножения с автоматической подстройкой частоты, обеспечивает более высокую точность (0,5 ") и чувствительность (более 10 Гц на

О, 1 ), надежность конструкции, непрерывность выходного сигнала измерительной информации, а также удобство преобразования выходного частотно-импульсного сигнала в другие виды электрических сигналов.

1083073

1083073

Составитель Ю. Ферштман

Техред Т.Фанта - Корректор С. Шекмар

Редактор С. Юско

Тираж 587 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 1729/37

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4