ЭЛЕКТРОННЫЙ КОМПАС Российский патент 1997 года по МПК G01C17/30 

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в измерительных системах, определяющих местоположение подвижных объектов. Известны электронные компасы [1] построенные на феррозондовых магниточувствительных элементах [2]
Феррозондовые чувствительные элементы содержат кольцевые или стержневые сердечники из магнитомягких материалов с нелинейной характеристикой намагничивания.

В обмотке с переменным током, расположенной на таком сердечнике, наводится ЭДС, в спектре которой появляется гармоническая составляющая с удвоенной частотой по сравнению с частотой подаваемого тока, когда на сердечник действует постоянное магнитное поле. Для выделения полезного сигнала на сердечнике располагают несколько обмоток и используют дифференциальную трансформаторную схему, которая требует высокой идентичности характеристик сочетаемых в схему элементов.

Обычно электронный компас включает в себя несколько магниточувствительных элементов со взаимно ортогональными осями.

Феррозондовый чувствительный элемент представляет собой достаточно сложное по конструкции и технологии изготовления устройство.

Цель изобретения упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что в электронном компасе, содержащем магниточувствительный элемент и обмотку возбуждения, соединенную через конденсатор с генератором переменного тока, магниточувствительный элемент в виде стрежня или прямолинейного отрезка ленты из материала, изменяющего свое сопротивление току высокой частоты под воздействием магнитного поля, электрически соединен с генератором тока высокой частоты постоянной амплитуды и входом амплитуды детектора, выход которого соединен со входом фазового дискриминатора, второй вход которого соединен с выходом генератора тока возбуждения, а выход со входом усилителя постоянного тока, выход которого подсоединен к обмотке возбуждения, протекая через которую выходной ток усилителя создает магнитное поле, компенсирующее измеряемое, а величина тока несет информацию о напряженности измеряемого магнитного поля.

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 показана зависимость сопротивления Z магниточувствительного элемента току высокой частоты от напряженности H воздействующего на элемент постоянного магнитного поля; там же приведены временные диаграммы, поясняющие формирование выходного сигнала чувствительного элемента.

Электронный компас содержит чувствительный элемент 1 в виде стрежня или прямолинейного отрезка ленты, один конец которого соединен с общей шиной, а другой с выходом генератора 2 тока высокой частоты постоянной амплитуды и со входом амплитудного детектора 3. По длине чувствительного элемента расположена обмотка возбуждения 4, один конец которой соединен с общей шиной, а другой через разделительный конденсатор 5 с выходом генератора тока возбуждения 6 более низкой частоты, чем частота тока, пропускаемого через магниточувствительный элемент. Выход генератора 6 подключен также к первому входу (опорного напряжения) фазового дискриминатора 7, второй (сигнальный) вход которого соединен с выходом амплитудного детектора 3. Фазовый дискриминатор 7 используется в данной схеме для формирования на своем выходе постоянного напряжения, пропорционального амплитуде гармонической составляющей в спектре входного сигнала, имеющей частоту равную частоте опорного напряжения. Выход фазового дискриминатора 7 соединен со входом усилителя постоянного тока 8, к выходу которого подключена обмотка возбуждения 4; выход усилителя постоянного тока 8 является информационным.

Устройство работает следующим образом:
Через магниточувствительный элемент 1 от генератора 2 пропускается переменный ток постоянной амплитуды I_m частотой ω/2π 2 5 мГц. Сопротивление магниточувствительного элемента току указанной частоты зависит от напряженности магнитного поля, действующего вдоль оси элемента так, как показано на фиг. 2 сопротивление возрастает пропорционально напряженности магнитного поля независимо от его знака.

где Z_н начальное значение сопротивления,
абсолютная величина напряженности магнитного поля,
k коэффициент пропорциональности.

При отсутствии магнитного поля напряжение, снимаемое с чувствительного элемента, имеет постоянную амплитуду, как показано на фиг. 2,а. При подаче в обмотку возбуждения переменного тока частотой ν/2π 500 1000 Гц на чувствительный элемент действует гармонически изменяющееся магнитное поле напряженностью
H = H_msinνt
и, следовательно, сопротивление чувствительного элемента будет:

где вертикальные черты означают абсолютное значение стоящей в них величины. Падение напряжения на чувствительном элементе определяется соотношением

и представляет собой, как показано на фиг. 2,б, амплитудно-модулированный сигнал, несущая частота которого равна ω, а огибающая представляет собой "выпрямленную синусоиду" частоты n, спектр который не содержит гармонической составляющей с частотой n, а только с частотами 2ν и выше.

Если на магниточувствительный элемент одновременно с гармонически изменяющимся магнитным полем действует постоянное магнитное поле напряженностью H₀, то изменения сопротивления Z за каждый полупериод изменения гармонического поля становятся неодинаковыми, и падение напряжения на чувствительном элементе принимает вид, показанный на фиг. 2,в, что сопровождается появлением в спектре огибающей гармонической составляющей с частотой тока возбуждения n, которая преобразовывается фазовым дискриминатором в постоянное напряжение, пропорциональное ее амплитуде. Постоянное напряжение на выходе фазового дискриминатора усиливается усилителем и подается на обмотку возбуждения; протекающий через обмотку возбуждения постоянный ток создает магнитное поле, компенсирующее внешнее магнитное поле с напряженностью H₀, а измеренная величина постоянного тока пропорциональна напряженности внешнего магнитного поля.

Литература
1. Авт. св. 495528 "Электронный компас", G 01 C 17/00, 17/30, 1975 г.

2. Ю.В. Афанасьев "Феррозондовые приборы", 1986 г.

Использование: навигационное приборостроение. Сущность изобретения: электронный компас построен на базе магнитометра с обратной связью, магниточувствительный элемент которого выполнен в виде отрезка ленты или стержня из материала, изменяющего проводимость току высокой частоты под воздействием магнитного поля. Электронная схема магнитометра содержит генераторы токов высокой и низкой частоты, амплитудный детектор, фазовый дискриминатор и усилитель, формирующий выходной сигнал постоянного тока, пропорциональный напряженности магнитного поля в направлении оси магниточувствительного элемента. 2 ил.

Электронный компас, содержащий магниточувствительный элемент с обмоткой возбуждения, первый конец которой связан с выходом генератора тока возбуждения, детектор и усилитель, отличающийся тем, что дополнительно содержит фазовый дискриминатор и генератор тока высокой частоты, выход которого соединен с первым концом магниточувствительного элемента, выполненного в виде прямолинейного отрезка ленты или стержня из материала с изменяющимся в магнитном поле сопротивлением переменному току, усилитель выполнен в виде усилителя постоянного тока, выход и вход которого соединены соответственно с первым концом обмотки возбуждения и выходом фазового дискриминатора, детектор выполнен в виде амплитудного детектора, вход и выход которого соединены соответственно с первым концом магниточувствительного элемента и первым входом фазового дискриминатора, второй вход которого соединен с выходом генератора тока возбуждения, причем первый конец обмотки возбуждения связан с выходом генератора тока возбуждения через введенный конденсатор, вторые концы обмотки возбуждения и магниточувствительного элемента соединены с общей шиной.