Магнитный компас

 

ОllИСАНИЕ,, Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,(61) Дополнительное к авт. свид-ву (Л2) Заявлено 26. 02. 80 (2 I ) 28Э068у18-10 с присоединением заявки М— (23) Приоритет (5I)M. Кл.

G 01 С 17/26

Гасударственный комитет

СССР па делан изооретений и открытий

Опубликовано 30.05.82. Бюллетень Рй. 20 (53) УДК 538 74. (088.8) Дата опубликования описания 30.05.82

":.(-,..., C.Ã.ÁóéíoB t

Специальное конструкторско-технологиЧйское-6epg

Морского гидрофизического института AH Украинской CCP

{72) Автор изобретения (7I) Заявитель (54) MAI HNTHblA KOHIlAC

Изобретение относится к приборо" строению, а более конкретно к устройству приборов, измеряющих угловое положение объекта относительно вектора индукции магнитного поля с помощью элементов Холла и предназначенных для использования во всех областях, где необходимо измерять ориентацию объекта, в частности в океано"

I графической технике.

Известен магнитный компас, содержащий закрепленный на роторе с магнитом кодовый диск, источник света, . фотоэлектрические детекторы, карданов подвес, корпус, заполненный смесью воды с этиловым спиртом (11.

Система формирует цифровой электрический сигнал, индицирующий угловое положение магнита относительно корпуса. Этот компас имеет сложную конструкцию и большие габариты.

Известен цифровой компас на твердотельных элементах, содержащий датчик Холла и электронную часть, предназначенную для усиления и преобразования в цифровую форму сигналов с датчика Холла. Причем выходные сигналы датчика Холла соответствуют курсовому углу, который измеряется как угол между направлением ориентации датчика и направлением на магнитный север 23.

Компас измеряет составляющие вектора индукции магнитного поля Земли, величина которых весьма мала по сравнению с индукцией постоянных магнитов, применяемых для ориентации картушки. В связи с этим для получения приемлемой разрешающей способности используется датчик Холла повышенной чувствительности и весьма сложная электронная часть.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является датчик углового положения вращающегося магнита, содержащий корпус, магнит, карт шку, которая может проворачиваться относи9322 тельно оси вращения магнита, элементы

Холла, расположенные на картушке симметрично относительно оси вращения магнита. Картушка устанавливается в положение, при котором элементы Холла формируют сигнал, равный нулю. При изменении курса транспортного средства элементы Холла формируют сигнал, характеризующий величину и направление углового отклонения картушки от- 10 носительно направленного параллельно магнитному меридиану магнита 131.

Однако в этом датчике, вследствие взаимного расположения элементов Хол,ла и полюсов магнита, выходной сигнал нелинеен относительно косинуса угла курса, он имеет недостаточную чувствительность.

Цель изобретения — обеспечение линейности выходных сигналов элемен- > тов Холла и повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что магнитный компас, содержащий корпус, подвижную картушку, магнит и элементы Холла, снабжен дополнительным магнитом и оба магниты установлены на концах картушки, симметрично ее оси вращения а три взаимно-ортогональных элемента Холла, жестко закреплены на оси вращения картушки в центре симметрии зазора, образованного разноименными полюсами магнитов.

Таким образом, элементы Холла помещаются в область с однородным магнитным полем, которая создается раз35 ноименными профилированными полюсами двух одинаковых магнитов вокруг центра симметрии зазора, образованного этими полюсами.

На чертеже изображен компас, вид сбоку, разрез.

Картушка 1 с магнитами 2 подвешена на шпиле 3 или 4, жестко закреплен ной на объекте 5 с помощью сферичес45 кого или конического подпятника 6, жестко закрепленного выше центра тяжести на оси симметрии картушки 1.

Три взаимно ортогональных элемента

Холла 7-9 с выводами 10 жестко закреплены на оси 4. Для получения мак50 симальной чувствительности и минимального угла застоя используются магниты 2, изготовленные из материалов, обеспечивающих максимальную индукцию в зазоре и максимальный момент картушки 1.

Корпус 5 заполнен жидкостью ll, например полиметилсилоксановой. В

33 4 корпусе 5 оставлена полость 12, .заполненная воздухом, Шпилька 13, зак- репленная на корпусе 5, предохраняет картушку от выпадания.

Компас работает следующим образом.

При вращении объекта относительно картушки с магнитами, общая ось симметрии которых направлена вдоль магнитного меридиана, элементы Холла измеряют сигналы, пропорциональные величине и направлению трех составляющих вектора магнитной индукции, по которым вычисляются косинусы углов

Эйлера, образованных правой декертовой системой с картушкой, и правой декартовой системой координат, оси которой перпендикулярны плоскости элементов Холла. По ним вычисляется сигнал, соответствующих интересующей нас ориентации объекта.

Линейность выходных сигналов элементов Холла относительно направляющих косинусов вектора магнитной индукции и повышение чувствительности компаса достигается тем, что магнит ный поток между разноименными полюсами почти полностью сосредоточен в зазоре, модуль вектора магнитной индукции постоянен, а сам вектор паралле-. лен общей оси симметрии магнитов в области размещения элементов Холла при вращении картушки.

Компас полностью определяет угловое положение объекта (причем угол нутации ограничен размерами зазора и элементов Холла), отличается менее сложной конструкцией по сравнению с устройствами подобного назначения при равной разрешающей способности, имеет не высокую потребляемую мощность в случае импульсного питания элементов Холла, что позволяет применять его в автономных устройствах с ограниченным запасом электроэнергии. Выходные сигналы элементов Холла линейны относительно направляющих косинусов вектора магнитной индукции.

В случае применения постоянных магнитов из материалов, обеспечивающих более высокую индукцию, увеличивается разрешающая способность компаса, так как уменьшается угол застоя картушки, растут выходные сигналы элементов Холла и при этом не требуется никакого изменения конструкции компаса.

932233 d вращения картушки в центре симметрии зазора, образованного разноименными полюсами магнитов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе !. Патент Великобритании N 1321212, кл. G 01 С 17/26, опублик. 27.06,73.

2. Патент США И 3952420, кл. G 01 С 17/28, опублик. 27.04.76.

1о 3. Патент Великобритании N 1543895, кл. G 01 С 17/26, опублик. 11.04.79 (прототип).

Формула изобретения

Магнитный компас, содержащий корпус, подвижную картушку, магнит и элементы Холла, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью обеспечения линейности выходных сигналов элементов Холла, он снабжен дополнительным магнитом и оба магнита установлены на концах картушки симметрично оси ее, а три взаимно-ортогональных элемента Холла жестко закреплены на оси

Составитель В.Васильев

Редактор E.Ëóøíèêoâà Техред Ж. Кастелевич

Корректор Н.Стец

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, Заказ 3741/56 Тираж 614

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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