Устройство для определения магнитного азимута Советский патент 1993 года по МПК G01C17/30 

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для определения ориентации объекта по отношению к магнитному полю Земли.

Известны дистанционный индукционный компас и датчик дистанционного магнитного компаса, которые служат для определения положения обьекта относительно вектора индукции магнитного поля Земли.

Однако указанные устройства имеют низкую чувствительность, что ограничивает область их применения.

Наиболее близким по своей технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее источник анодного напряжения, электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) и генератор пилообразного напряжения, соединенный с отклоняющими пластинами. Однако это устройство имеет достаточно большую погрешность в определении угла ориентации обьекта по отношению к магнитному полю Земли. Действительно, отсчет этого угла в указанном устройстве производится по светящемуся пятну на экране ЭЛТ. Пятно имеет каплеобразную форму. Острие его расположено в центре экрана, а ориентация расширяющейся части указывает направление магнитного меридиана. Угол ориентации обьекта в этом случае не может быть определен точнее 3-5 угловых градусов.

Целью изобретения является повышение точности устройства.

Указанная цель достигается тем, что ус- . тройство для определения магнитного азимута,содержащее корпус, электронно-лучевую трубку с катодом, анодом, подключенными к источнику напряжения, и отклоняющими пластинками, соединенными с генератором переменного напряжения, и узел регистрации, согласно изобретению снабжено синхронным детектором, усилителем и подключенным к его выходу двигателем с редуктором, электронно-лучевая трубка установлена горизонтально и соединена с редуктором с возможностью поворота в горизонтальной плоскости, а анод электронно-лучевой трубки подключен к источнику напряжения через введенный резистор, первый и второй входы синхронного детектора-усилителя подключены соответственно, к выходу генератора переменного напряжения и через введенный конденсатор к аноду, причем узел регистрации выполнен в виде указателя поворота.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предложенного устройства; на

фиг. 2 - эквивалентная схема витка с изменяющейся площадью; на фиг. 3 - векторная диаграмма разложения горизонтальной составляющей вектора магнитной индукции 5 на ортогональные составляющие; на фиг. 4,5 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства; на фиг, ба и 66 - векторная диаграмма скорости электронов, образующих лучок;и векторная диаграмма силы

0 Лоренца, действующей на эти электроны.

Устройство содержит источник напряжения 1, соединенный с катодом электронно-лучевой трубки 2, отклоняющие пластины, соединенные с генератором пе5 ременного напряжения 3, узел регистрации 4,5, синхронный детектор-усилитель 6 и подключенный к его выходу, двигатель 7 с редуктором 8, электронно-лучевая трубка 2 установлена горизонтально и соединена с

0 редуктором 8 с возможностью поворота в горизонтальной плоскости относительно основания 9, а анод ЭЛТ. подключен к источнику напряжения через резистор 10, первый и второй входы синхронного детектора-уси5 лителя 6 подключены, соответственно, к выходу генератора переменного напряжения 3 и через конденсатор 11 к аноду, причем узел регистрации выполнен в виде указателя поворота и включает в себя лимб 4 и

0 указатель 5.

Работа устройства происходит следующим образом.

На вертикально отклоняющие пластины ЭЛТ подается сигнал с первого выхода гене5 ратора переменного напряжения 3, вырабатывающий сигнал пилообразной формы, имеющий рабочую частоту несколько сот кГц, что обеспечивает высокочастотное сканирование электронного луча в вертикаль0 ной плоскости. Т.о., образуется контур, в состав которого входят шина, соединяющая отрицательную клемму источника питания с катодом, анод трубки и сканирующий электронный луч. Описанный контур можно

5 представить в виде эквивалентного витка с изменяющейся площадью (см.фиг.2).

Причем первая составляющая площади витка Si изменяется с частотой, определяемой сигналом генератора пилообразного

0 напряжения 3, а вторая составляющая - $2 остается неизменной, что обусловлено огра- ничейным полем сканирования пучка электронов. При этом в витке наводится переменная ЭДС (Е ).

5 Вектор магнитной индукции поля Земля можно представить в виде двух составляющих - горизонтальной и вертикальной. Последняя направлена вдоль плоскости описанного выше контура и, следовательно, не влияет на работу устройства. Поэтому

далее в тексте под символом В$ следует понимать вектор горизонтальной составляющей магнитной индукции Земли. Его можно разложить относительно упомянутого выше контура и выделить нормальную Вт и продольную В2 составляющие (см.фиг.3), последняя из которых не влияет на работу устройства, поскольку направлена вдоль плоскости контура. Величина нормальной составляющей выражается следующим образом:

Bi B2Sina.

Тогда магнитный поток, пронизывающий контур, определяется равенством:

I BiSi;

где Si - площадь той части контура, в пределах которой сканирует электронный луч, иначе говоря, полезная площадь.

ЭДС, наводимая в контуре, имеет вид:

E,f B38ina

d Si dt

Очевидно, полезная площадь есть некоторая функция времени Si Si(t),причем можно выделить две составляющие этой функции. Первая Si(t) r Kit характеризует изменение полезной площади за время прямого хода луча, т.е. от Simin (Simin 0) до Simax, вторая - Si Simax - K2t - за время

Обратного ХОДа луча, ОТ Simax ДО Simax.

Si(t)Kn

S(t) Simax- K2t

Таким образом, ЭДС наводимую в контуре, также следует представить в виде двух составляющих:

Ei KiB3Sin а(прямой ход луча) Е2 -К2 Вз Sin а (обратный ход луча) причем величина Е2 заметно превосходит Ет, так как время обратного хода луча гораздо меньше прямого хода (К2 Ki).

Принцип действия устройства можно пояснить также и на основе электронного механизма возникновения ЭДС индукции. Рассмотрим отдельно взятый электрон пучка. Вектор его скорости может быть представлен в виде двух составляющих - горизонтальной (от анода к катоду) и вертикальной, обусловленной действием отклоняющих пластин. На движущийся электрон воздействует горизонтальная составляющая индукция магнитного поля Земли

(см.фиг. 6,а), где векторы VB и Vr расположены в вертикальной плоскости. К возникнове- нию переменной ЭДС, связанной с индукцией магнитного поля Земли, приводит вертикальная составляющая скорости электрона. Наличие Вз, действующей на вертикально перемещающийся электрон, приводит к появлению силы Лоренца Рл. Она направлена перпендикулярно плоскости векторов VB, Вз. На фиг. 66 изображены векторы Вз и Рл, расположенные в горизонтальной плоскости. Направление Рл определяется углом / и знаком VB (на данной фигуре VB не изображена, она перпендикулярна плоскости чертежа). ,,

Сила Рл имеет две составляющие Рл , Рл

первая из них совпадает по направлению

или противоположна направлению вектора

Vr. Так при прямом ходе луча и направлении

Вз,указанном на фиг. басила Рл совпадает с направлением Vr. а при обратном ходе противоположна ему.

В случае совпадения направлений Рг и Vr электрон приобретает дополнительное

ускорение, в другом случае он уменьшает скорость. С учетом действия силы Лоренца на все электроны пучка это приведет к увеличению или уменьшению величины тока, протекающего через резистор 10, на котором выделяется переменная ЭДС.

Следует отметить, что сила Лоренца возникает также и для составляющей Vr, причем направление силы оказывается перпендикулярно к направлению электронного

пучка, однако эта составляющая силы Лоренца не приводит к ускорению или замедлению движения электрона и, естественно, к возникновению переменной ЭДС.

Напряжение переменной полярности

от ЭДС;наводимой в контуре (см.фиг. 4 - Е,, случае а 0,в, в случае а 0),выделяется на резисторе 10 и через разделительный конденсатор 11 поступает на первый вход синхронного детектора-усилителя 6. На

второй вход детектора поступает сигнал со второго выхода генератора переменного напряжения, вызывающий замыкание ключа на время обратного хода луча. За счет этого происходит запоминание и усиление

величины напряжения,определяемой Е2 (см.фиг.4).

Напряжение с выхода синхронного детектора-усилителя 6 подается в цепь питания двигателя постоянного тока 7. Величина

и полярность выходного напряжения детектора 6 определяется ориентацией ЭЛТотносительно магнитного поля Земли Зависимость (а)приведена на фигуре 5. Направление вращения

двигателя определяется полярностью питающего напряжения и организуется таким образом, чтобы свести угол а к О (см,фиг.5). При этом двигатель 7 через редуктор 8 вращает лимб 4 до тех пор, пока ЭДС, наводимая в контуре, не окажется равной 0, т.е. плоскость контура, описываемая выше,будет направлена по магнитному меридиану. Тогда указатель угла ориентации 5, укрепленный неподвижно на основании 9, укажет на отсчетном лимбе, нанесенном на плоскости вращающейся платформы, угол ориентации объекта по отношению к магнитному полю Земли.

Формула изобретения Устройство для определения магнитного азимута, содержащее корпус, эл ектрон- но-лучевую трубку с катодом, анодом, подключенными к источнику напряжения, и

отклоняющими пластинами, соединенными с генератором переменного напряжения, и узел регистрации, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено синхронным детектором-усилителем и подключенным к его выходу двигателем с редуктором электронно-лучевая трубка установлена горизонтально и соединена с редуктором с возможностью поворота в

горизонтальной плоскости, а анод электронно-лучевой трубки подключен к источнику напряжения через введенный резистор, первый и второй входы синхронного детектора-усилителя подключены соответственно к выходу генератора переменного напряжения и через введенный конденсатор - к аноду электронно-лучевой трубки, причем узел регистрации выполнен в виде указателя поворота.

Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть использовано для определения ориентации объекта по отношению к магнитному полю Земли. Сущность изобретения: устройство содержит электронно-лучевую трубку (ЭЛТ) 2, резистор 10, конденсатор 11, синхронный детектор-усилитель 6, электрический двига- тель 7 и редуктор 8, корпуса которых жестко связаны с контролируемым объектом, расположенную горизонтально вращающуюся платформу 4, имеющую отсчетный лимб, указатель угла 5 ориентации, размещенный на объекте против лимба, причем отрицательная клемма источника анодного напряжения соединена с катодом ЭЛТ шиной, расположенной по образующей колбы, по: ложительная клемма упомянутого источника через резистор 10 объединена с анодом и далее через конденсатор 11с первым входом синхронного детектора-усилителя 6, второй вход которого подключен ко второму выходу генератора пилообразного напряжения 3. 6 ил. ел С

Ф ,($,) &,В9-&п .

Фиг. 3