Устройство для измерения магнитного курса Советский патент 1982 года по МПК G01C17/30 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МАГНИТНОГО КУРСА

1

Изобретение относится к измерительной технике и мсжет быть исполь зовано, в частности, в навигационных системах с феррозондовыми компасами.

Известно устройство для измерения магнитного курса, содержащее последовательно соединенные генератор, феррозонды, сельсин, избирательный усилитель второй гармоники, фазовый анализатор с цепью управления от регулятора скважности импульсов управления, усилитель мощности и исполнительный двигатель ЗЦ- /

Недостатком известного устройства является ограничение на максимальную величину добротности избирательного усилителя.

Известно устройство для измерения магнитного курса, содержащее последовательно соединенные генератар, феррозонды, сельсин, избирательный усилитель второй гармоники, фазовь й анализатор, усилитель мощности и исполнительный двигатель, причем управляющий вход фазового анализатора подключён к генератору 21.

Это устройство имеет низкую чувствительность измерения магнитного курса. Чувствительность измерения пропорциональна уровню фильтрации второй гармоники избирательным усилителем. Уровень фильтрации (или Добротность) ограничен сверху вели.чиной, при которой фазовьп сдвиг в

10 избирательном усилителе в эксплуата ционном диапазоне изменения частоты генератора вьиьшает ослабление фазовым анализатором сигнала избирательного усилителя ниже Допусти15мого порога.

Цель изобретения - повьшение чувствительности измерения магнитного Курса.

Поставленная цель достига;ется

20 тем, что в устройство для измерения магнитного курса, содержащее последовательно соединение генератор, магнитомодуляционные преобразователи, сельсин или синусно-косинусньш вращающийся трансформатор, избирательный усилитель второй гармоники, фазовый анализатор с управляющим входом, усилитель мощности и исполнительный двигатель, введен фазочастотный элемент со средней частотой равной номинальной частоте генератора и добротностью, относящейся как 1:2 к добротности избирательного усилителя, причем выход фазочаетотного элемента подключен к управляющему входу фазового анализатора.

На фиг. 1 показана структурная схема предлагаемого устройства на фиг. 2 - устройство в частном варианте работы фазового анализатора при отношении частот входного и опорного сигнала как 2:1; на фиг. 3-5 - временные диаграммы работы фазового анализатора; на фиг. 6 - амплитудно-частотная и фазочастотная характеристи- ки избирательного усилителя} на фиг. 7 - форма сигналов на основном и опорном входах фазового анализатора,

Устройство состоит из последовательно соединенных генератора-1 частоты ft), чувствительного элемента 2 с магнитрмодуляционньлуш преобразователями, элемента сравнения: сельсина или синуснЬ-коси11усного трансформатора За избирательного усилителя 4 сигнала частоты 2о), фазового анализатора 5, усилителя мощности 6 и исполнит ejibHo г о двигателя 7, фазочастотного элемента 8 в цепи 9 управления фазовым анализатором 5.

Устройство работает следующим образом.

Угловое положение горизонтальной составляющей магнитного поля Земли преобразуется магнитомодуляционными преобразователями 2, например, феррозондами, и сельсином (или синуснокосинусным вращающимся трансформатором З) в электрический сигнал, представляющий собой совокупность основной и высших гармоник частоты сигнала генератора 1, причем амплитуда второй гармоники (полезного сигнала) пропорциональна модулю синуса измеряемого угла магнитного поля Земли, а фаза принимает два значения О или ТГ в зависимости от знака си.нуса измеряемого угла. Сигнал второй гармоники выделяется избирательным усилителем 4 и .через фазовый анализатор 5 посту пает на Усилитель мощности 6. УеилйТель мощности 6 управляет исполнителным двигателем 7, например, двухфаз ным индукционным. Двигатель 7 отра-. батывает ротор сельсина 3 в согласованное положение, в котором на вхо усилителя 4 сигнал второй гармоники отсутствует.

Таким образoм измеряемый угол направления магнитного поля Земли преобразуется в угловое положение сельсина 3, которое в свою очередь регистрируется индикаторными приборами, например, с помощью индикаторных следящих систем.

Рассмотрим подробнее работу цепи избирательный усилитель - фазовый анализатор. В устройстве на фазовый анализатор 5 поступает сигнал второй гармоники, амплитудномодулированный модулем и фазоманипулированный знаком синуса магнитного угла.

Для частного варианта устройства (фиг. 2) с отношением частот 2:1 входного и опорного сигналов фазового анализатора 5 характерные случаи работы фазойого анализатора представлены на фиг. 3-.Ь. На фиг. 3 показан вариант совпадения начальных фаз вхоного U /( и опорного и сигналовi на фиг. 4 и 5 варианты несовпадения начальных фаз входного U и опорного iU. сигналов, причем, на фиг. 4 входной сигнал сдвинут по фазе на угол 7Гпо отношению к опорному сигналу на фиг. 3, а на фиг. 5 - на угол 1г/2. Выходное напряжение Uj анализатора 5 для вариантов фиг. 3 и 4 содержит требуемую первую гармонику (обозначенную пунктирной кривой), пропорциональную входному сигналу, причем его фаза относительно опорного сигнала зависит от фазы входного сигнала.В варианте фиг. 5 выходное напряжение Ug, не содержит первой гф моншси. Таким образом в выходном напряжении фазового анализатора 5, поступающей на усилитель мощности 6, содержится требуемая первая гармоника, величина которой пропорциональна величине выходного сигнала второйгармоники избирательного усилителя 4, а фаза зависит от фазы выходного сигнала усилителя 4.

Чтобы полу.чить высокую чувствительность измерения магнитного курса необходимо иметь высокий уровень фильтрации второй гармоники избирательным усилителем 4. Так как помехи, например сигнал основной частоты, прошедшие через тракт, создают погрешность измерения, то для подавления их увеличивают добротность (сужают полосу пропускания) избиpk тельного усилителя А, что вступает в противоречие с эффек- ом возникновения дополнительного фазового сдвига в избирательном усилителе А при изменении частоты сигнала генератора . На фиг. 6 показаны амплитудно-част.отная 10 и фазочастотная И характеристики усилителя А. Характеристика 10 симметрична оси ординат на частрте 2й). На частоте 2Ui величина . выходного сигнала усилителя А рав- . на А, а фаза равна нулю. При отсутствии фазочастотного элемента 8 изменение частоты генератора 1 приводит к изменению как величины выходного сигнала избирательного усилителя А, так и его фазы относительно сигнала генератора ., Изменение частоты сигнала генератора 1 на АО) приводит к тому, что выходной сигнал усилителя частотой 2 {йЗ+дй) уменьшается до величины -V, а фаза изменяется наТГ/2. Этот-пример соответствует равенству полосы пропускания усилителя А, выполненного в виде полосового звена второго поряд ка, половине диапазона изменения ча. стоты сигнала генератора 1. (доброт: ность усилителя равна 25, относитель ное изменение частоты сигнала генератора 2%). Само по себе уменьшение в раз величины сигнала усилителя А приводит только к уменьшению скорости отработки двигателем 7 измеряемого угла, но изменение на 1г/2 фазовогоугла согласно фиг. 5 приводит к полной остановке двигателя 7. Этот пример показывает, что повьш1ение избиратель ности у прототипа ограничено сверху. полоса пропускания избирательного ус лителя А должна быть больше удвоенного диапазона изменения частоты генератора 1. У прототипа добротность усилителя А не превосходит 15. В пре лагаемом устройстве в цепи 9 управле ния фазовым анализатором 5 имеется фазочастотный элемент 8, выполненный на фиг. 2 в виде фазового звена первого порядка. Возможно выполнение фазочастотного элемента 8 и в виде фазового звена второго порядка. Фазовое звено имеет протяженный по частоте участок амплитудно-частотной характеристики с постоянным коэффициентом усиления и участок с круто изменяющейся фазо-частотной характеристикой . В предлагаемом устройстве фазочастотный элемент 8 имеет крутизну фазо-частотной характеристики на частоте uJ генератора 1, равную крутизне фазо-частотной характеристики избирательного усилителя А на частоте 2iO. Это следует из соотношения их добротностей как 1:2. Ifa фиг. 7 показано, что при выпотнении этого условия сигнал 12 генератора I сдвигается фазочастотным элементом 8 на угол Ц в положение 13 (опорный сигнал фазового анализатора 5) до согласованного по фазе положения со сдвинутым на угол 2 сигналом 14 на входе фазового анализатора 5. В качестве фазо-частотного элемента 8 может быть применен и избирательный усилитель со средней частотой характеристики W и добротностью в два раза меньше добротности основного избирательного усилителя А« Введение фазочастотного элемента в цепь управления фазовым анализатором со средней частотой, равной номинальной частоте генератора и добротностью, относящийся как 1:2 к добротности избирательного усилителя, выгодно отличает предлагаемое устрой- , ство от прототипа повышением чувствительности измерения магнитного курса, так как позволяет использовать избирательный усилитель с добротностью порядка 25 и более при широкоприменяемом эксплуатационном относительном изменении частоты АОО Гц генератора +2%. При сохранении уровня добротности избирательного усилителя предлагаемое устройствопозволяет расширить диапазон изменения частоты генератора. Экономический эффект при применении предлагаемого устройства создается за счет повышения эксплуатационных характеристик навигационных систем. Формула изобретения Устройство для измерения магнитного курса, содержащее последовательно соединенные генератор, магнито- модуляционные преобразователи, сельсин или синусно-косинусноЛ вращаю,щийся трансформатор, избирательный

7

усилитель второй гармоники, фазовый анализатор с управляющим входом, усилитель мощности и исполнительный двигатель, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, в него введен фазочастотш 1й. элемент со средней частотой, равной нбминальной частоте генератора и добротностью, относящейся как 1:2 к добротности избирательного

Фиг. f

г

fe/

169878

усилителя, причем выход фазочастотного элемента подключен к управляющему входу фазового анализатора.

Источники информации, 5 принятые во внимание при экспертизе

О (прототип).

--у .

а

и.

Ui

гчх

3i

HX,,,

ФигЛ

t

Ui

ji

VlAfv

Фиг. 5

Фиг. в

Фиг.7