Магнитный компас Советский патент 1984 года по МПК G01C17/26 

Изобретение откосится к навигаЦ1-10НКЫМ измерениям, а также к магнитньм компасам с дистанционной регистрацией положения, применяемым, в частности, при метеорологических и гидрологических исследованиях . Известны магнитные компасы с разнообразными системами дистанционной регистрации магнитного курса путем формирования электрического сигнала, пропорционального угл разворота относительно магнитного меридиана Земли tlH. 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 щемся вместе со стрелкой компаса в демпфирующей жидкости вокруг вертикальной оси, нанесена печатная схема для индукционной регистрации положения стрелки С 23. Компасы с подобной системой дистанционной регистрации обладают однако, повьяпенной чувствительность к воздействию магнитных помех и требуют достаточно сложной схемы дл 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 элемен том вокруг вертикальной оси, сформированы кодовые дорожки, считьгоае- мые с помощью линейки фотоприемников. Компасы обладают точностью порядка 1-1,5° З J. Дальнейшее повьшение точности в таких компасах чрезвычайно затруд нительно, поскольку связано с увели чением размеров диска или числом дорожек, а также фотоэлектрических преобразователей. Используют другой принцип определения углового положения двух,вра щающихся один относительно другого объектов, путем измерения времени распространения ультразвуковых коле баний в среде между объектами Цель изобретения - повышение точности регистрации при непрерывной регистрации углового положения диска. Для достижения поставленной цели т 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.З - диаграммы напряжений на входах (выходах) отдельных функциональных блоков-преобразователей магнитного компаса. Магнитный компас содержит корпус 1, заполненньй демпфирующей жидKocTbW, 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 А 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 L 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 электрический 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, 6%-й раствор этилового спирта в дистиллированной воде), длительность указанного временного интервала определяется практически тс лько 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 формирователем 9 импульсов и в виде прямоугольных импульсов (фиг.3о() поступают на вход делителя 10 с постоянным коэффициентом деления. С выхода делители 10 импульсы (фиг.35) поступают на вход распределителя 11 импульсов, задающего последовательность работы функциональных блоков вторичного преобразователя 6. Временное расположение импульсов на выходах о, б и 6 распределителя 11 приведены соответственно на фиг.З & I г, д- По;, переднему фронту импульса с выхода а распределителя 11 производится запуск генератора 7 возбуждающих импульсов (фиг.Зе). Электрический сигнал с выхода преобразователя 5 (фиг.З.) 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 фронтакоторого будет практически соответствовать моменту регистрации компаратором 13 приемного сигнала. Установка триггера 14 в исходное состояние осуществляется импульсом с выхода Б

0830734

распределителя 11. Выходные импульсы триггера 14 (фиг.Зк) поступают на , управляюпхий вход ключевого элемента

15и информационньш вход дискримина5 тора 16 длительности, например на

D-вход D-триггера, тактируемого по С-входу передним фронтом импульса с выхода 5 распределителя 11 (фиг.Зг). Если период следования 10 импульсов с выхода делителя 10 больше времени t распространения ультразвукового импульса на расстоянии 2L, то на выходе дискриминатора

16будет действовать сигнал логичес15 кой единицы (фиг.3л), вызывающий

через ключевой элемент 15 на И}1теграторе 17 положительное приращение напряжения (фиг.3 л), приводящее к увеличению частоты управляемого гене20 ратора 8 и, следовательно, к уменьшению периода следования импульсов с выхода делителя 10. Если период следования импульсов с выхода делителя 10 меньше времени Tf распрост25 ранения ультразвукового импульса а удвоенном расстоянии (2L), то на выходе дискриминатора 16 будет действовать сигнал логического нуля, вызывающий через ключевой элемент

30 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

35 вторичного преобразователя будет достигаться равенство времен распространения ультразвукового импульса на расстоянии 2L и периода импульсов на выходе делителя 10.

40

Магнитный компас с первичным преобразователем, имеюищм диск в В1аде профилированного кулачка, с ультразвуковым промежуточным преобразователем и частотным вторичным преоб45разователем, имеюищм внутренний коэффициент умножения с автоматической подстройкой частоты, обеспечивает

..-ч более высокую точность (0,5°) и

, чувствительность (более 10 Гц на 0,1), надежность конструкции, непрерывность выходного сигнала измерительной информации, а также удобство преобразования выходного частотно-импульсного сигнала в дру55

гие виды электрических сигналов.

Вмлод

6

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.

0ve.2