КОМПАС С ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИМИ СВЕТОВОДАМИ И ДИСТАНЦИОННЫМ СЪЕМОМ ПОКАЗАНИЙ Российский патент 2007 года по МПК G01C17/26 

Изобретение относится к навигационной технике и может быть использовано в кораблевождении для определения азимута.

Известен компас с волоконно-оптическими световодами и дистанционным съемом показаний, содержащий корпус с расположенным в нем магнитом, выполненным с возможностью свободного вращения на оси относительно корпуса, и пластину, жестко закрепленную на оси магнита, а также блок питания, источник когерентного света и фотоприемник, оптически связанные через световоды, при этом выход фотоприемника подключен к усилителю фототока /Патент США №4577414, кл. 33-363К (G 01 C 17/26), 1986/.

Данный компас принят за прототип.

В прототипе в качестве пластины, жестко закрепленной на оси магнита и вращающейся вместе с ним, используется поляризатор, расположенный между двумя неподвижными поляризаторами.

Торцы оптических волокон приемных и передающих расположены напротив друг друга. Между ними расположены подвижный и неподвижные поляризаторы. Источник света оптически связан с передающим волокном, фотоприемник - с приемным волокном.

При вращении магнита происходит изменение амплитуды света, принимаемого фотоприемником от источника света через подвижный и неподвижные поляризаторы. Это позволяет определить азимут, т.е. угол между направлением на тот или иной ориентир и меридианом.

Недостатком прототипа является амплитудный характер измерения азимута. Это приводит к тому, что на результаты измерения оказывают влияние все амплитудные факторы: изменение напряжения источника питания, старение оптических и фотоэлектрических элементов, тряска и вибрации, приводящие к разъюстировке устройства и т.п.

Техническим результатом, возникающим от внедрения изобретения, является устранение данного недостатка прототипа путем перехода с амплитудного на временной характер измерения азимута.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном компасе с волоконно-оптическими световодами и дистанционным съемом информации, содержащем корпус с расположенным в нем магнитом, выполненным с возможностью свободного вращения на оси относительно корпуса, и пластину, жестко закрепленную на оси магнита, а также блок питания, источник когерентного света и фотоприемник, оптически связанные через световоды, при этом выход фотоприемника подключен к усилителю фототока, радиус пластины, жестко закрепленной на оси магнита, изменяется по спирали Архимеда, при этом напротив боковой поверхности пластины установлен излучатель ультразвуковых импульсов, а источник когерентного света, фотоприемник и световоды оптически связаны в волоконно-оптический интерферометр, предметная волоконная катушка которого жестко закреплена на боковой поверхности пластины напротив излучателя ультразвуковых импульсов, а опорная - расположена в корпусе, заполненном диэлектрической жидкостью, при этом дополнительно введен периодимер, первый вход которого подключен к синхровыходу излучателя ультразвуковых импульсов, а второй - к выходу усилителя фототока.

Компас может дополнительно содержать фазосдвигающее устройство, расположенное в одной из волоконных катушек.

Компас также содержит стопор магнита, связанный с выключателем блока питания компаса.

В качестве диэлектрической жидкости в корпус заливается масло или дистиллированная вода. Компас может также включать в себя датчик скорости звука, расположенный в корпусе.

Изобретение поясняется чертежами: на фиг.1 представлена конструктивная схема компаса, а на фиг.2 - его оптико-электронная схема.

Компас содержит корпус 1 с крышкой 2, выполненные из диэлектрических материалов. Корпус 1 заполнен диэлектрической жидкостью 3, например, маслом или дистиллированной водой.

На основании корпуса 1 закреплена ось 4, на которой свободно вращаются магнит 5 и пластина 6, выполненная из диэлектрического материала, например пластмассы.

Радиус пластины 6 изменяется по спирали Архимеда. На боковую поверхность 7 пластины 6 намотана и жестко закреплена на ней предметная волоконная катушка 8 (фиг.2) волоконно-оптического интерферометра. Опорная волоконная катушка 9 интерферометра расположена в корпусе 1, например прикреплена к основанию последнего.

Источник 10 когерентного света и фотоприемник 11, оптически согласованные с предметной и опорной волоконными катушками 8, 9, могут быть вмонтированы в полный корпус 1 компаса или находиться в отдельном блоке вместе с блоком питания (на чертеже не показаны).

Напротив предметной волоконной катушки 8 установлен излучатель 12 ультразвуковых импульсов с блоком питания 13. При этом опорная волоконная катушка 9 находится вне зоны облучения излучателя 12.

В состав компаса также входит усилитель 14 фототока, периодимер 15 и компьютер 16. Выход фотоприемника 11 через усилитель 14 фототока подключен ко второму (останавливающему) входу периодимера, первый (запускающий) вход которого соединен с синхронизирующим выходом блока 13 питания излучателя 12.

В состав компаса может также входить датчик скорости звука, расположенный в корпусе 1, (датчик на чертеже не представлен), а также стопор 17 (фиг.1) магнита 5.

Стопор 17 механически связан с выключателем блоков питания электрических элементов компаса, объединенных в единый блок (на чертеже не показан).

В одной из волоконных катушек может быть установлено фазосдвигающее устройство 18 (фиг.2).

Компас работает следующим образом.

Отодвигают стопор 17 из зацепления с магнитом 5, что приводит к свободному вращению магнита 5 и связанной с ним пластины 6, а также к включению блока питания электрических элементов и блоков компаса.

На предметную волоконную катушку 8 (на фиг.1 не изображена), закрепленную на боковой поверхности пластины 7, будут поступать ультразвуковые импульсы 19. С началом генерации ультразвукового импульса 19 на первый (запускающий) вход периодимера 15 поступает командный импульс на начало счета тактовых импульсов.

Через период времени, равный проходу ультразвуковым импульсом расстояний от излучателя 12 до предметной волоконной катушки 8, на выходе фотоприемника 11 появится второй командный импульс, останавливающий после его усиления в усилителе 14 фототока периодимер 15.

Траверзное расстояние между волоконной катушкой 8 и излучателем 12 изменяется при изменении угла поворота магнита 5 по линейному закону (свойство спирали Архимеда).

Значит, зависимость выходного сигнала периодимера 15 от угла поворота магнита 5 также будет изменяться по линейному закону.

Простейший компьютер 16 позволяет по поступающему на него сигналу определить азимут.

Изменение температуры окружающей среды приводит к изменению скорости звука в диэлектрической жидкости 3. Поэтому время от времени датчик скорости звука (на чертеже не показан) вносит поправки в компьютер 16 для повышения точности измерений.

Для увеличения крутизны фронтов останавливающего периодимера 15 импульса с усилителя 14 фототока целесообразно перед началом эксплуатации компаса установить начальную разность фаз интерферирующих лучей в интерферометре равной 90°.

Амплитуду ультразвукового импульса и количество витков в предметной катушке 8 подбирают такими, чтобы входной сигнал в интерферометре не превышал его квазилинейного участка преобразования.

При этом частоту следования ультразвуковых импульсов подбирают таким, чтобы не было наложения выходных сигналов друг на друга. А характеристику направленности излучателя 12 задают остронаправленной для исключения отражений от стенок корпуса 1.

Амплитудные факторы в компасе не будут влиять на его показания, поскольку предметная и опорная волоконные катушки интерферометра находятся в одной среде, а выходным сигналом в компасе является не амплитуда сигнала, а период времени.

Изобретение относится к навигации и может быть использовано в кораблевождении для определения азимута. В диэлектрическом корпусе располагают на оси вращения магнит и связанный с ним на той же оси вращения диск. Радиус диска изменяется по спирали Архимеда. На боковую поверхность диска наносят предметную волоконную катушку волоконно-оптического интерферометра. Опорную катушку интерферометра располагают в корпусе. Корпус заполнен диэлектрической жидкостью. Напротив предметной волоконной катушки располагают излучатель ультразвуковых импульсов. Выход интерферометра через усилитель фототока подключают к останавливающему входу периодимера. Запускающий вход периодиомера соединен с синхронизирующим выходом излучателя ультразвуковых импульсов. Время распространения ультразвукового импульса от излучателя до предметной волоконной катушки интерферометра будет нести информацию об угле поворота магнита, а значит, об азимуте. Технический результат - избавление от влияния амплитудных факторов на показания компаса. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Компас с волоконно-оптическими световодами и дистанционным съемом показаний, содержащий корпус с расположенным в нем магнитом, выполненным с возможностью свободного вращения на оси относительно корпуса, и пластину, жестко закрепленную на оси магнита, а также блок питания, источник когерентного света и фотоприемник, оптически связанные через световоды, при этом выход фотоприемника подключен к усилителю фототока, отличающийся тем, что радиус пластины, жестко закрепленной на оси магнита, изменяется по спирали Архимеда, при этом напротив боковой поверхности пластины установлен излучатель ультразвуковых импульсов, а источник когерентного света, фотоприемник и световоды оптически связаны в волоконно-оптический интерферометр, предметная волоконная катушка которого жестко закреплена на боковой поверхности пластины напротив излучателя ультразвуковых импульсов, а опорная - расположена в корпусе, заполненном диэлектрической жидкостью, при этом дополнительно введен периодимер, первый вход которого подключен к синхровыходу излучателя ультразвуковых импульсов, а второй - к выходу усилителя фототока.2. Компас по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит фазосдвигающее устройство, расположенное в одной из волоконных катушек.3. Компас по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит стопор магнита, связанный с выключателем блока питания компаса.4. Компас по п.1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической жидкости используется масло.5. Компас по п.1, отличающийся тем, что в качестве диэлектрической жидкости используется дистиллированная вода.6. Компас по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит датчик скорости звука, расположенный в корпусе.