Магнитный компас Советский патент 1982 года по МПК G01C17/26 

Изобретение относится к приборостроению, а более конкретно к устрой ству приборов, измеряющих угловое положение объекта относительно вектора индукции магнитного поля с помо щью элементов Холла и предназначенных для использования во всех областях, где необходимо измерять ориентацию объекта, в частности в океанографической технике. Известен магнитный компас, содержащий закрепленный на роторе с ма1- нитом кодовый диск, источник света, фотоэлектрические детекторы, кардано подвес, корпус, заполненный смесью воды с этиловым спиртом рЗ. Система формирует цифровой элек-трический сигнал, индицирующий углово положение магнита относительно корпуса. Этот компас имеет сложную конструкцию и большие габариты. Известен цифровой компас на твердотельных элементах, содержащий датчик Холла и электронную часть, предназначенную для усиления и преобразования а цифровую форму сигналов с датчика Холла. Причем выходные си1- налы датчика Холла соответствуют курсовому углу, который измеряется как угол между направлением ориентации датчика и направлением на магнитный север t23. Компас измеряет составляющие вектора индукции магнитного поля Земли, величина которых весьма мала по сравнению с индукцией постоянных магнитов, применяемых для ориентации картушки. В связи с этим для получения приемлемой разрешающей способности используется датчик Холла повышенной чувствительности и весьма сложная . электронная часть. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является датчик углового положения вращающегося магнита, содержащий корпус, магнит, картушку, которая может проворачиватьГся относительно оси вращения магнита, элементы Холла, расположенные на картушке симметрично относительно оси вращения магнита. Картушка устанавливается в положение, при котором элементы Холла формируют сигнал, равный нулю. При изменении курса транспортного средства элементы Холла формируют сигнал, характеризующий величину и направление углового отклонения картушки относительно направленного параллельно MarHHtHOMy меридиану магнита 33 Однако в этом датчике, вследствие взаимного расположения элементов Холjna VI полюсов магнита, выходной сигнал нелинеен относительно косинуса

угла курса, он имеет недостаточную чувствительность.

Цель изобретения - обеспечение линейности выходных сигналов элементов Холла и повышение чувствительности .

Поставленная цель достигается тем, что магнитный компас, содержащий корпус, подвижную картушку, магнит и элементы Холла, снабжен дополнительным магнитом и оба магниты установлены на концах картушки, симметрично ее оси вращения а три взаимно-ортогональных элемента Холла, жестко закреплены на оси вращения картушки в центре симметрии зазора, образованного разноименными полюсами магнитов.

Таким образом, элементы Холла помещаются в область с однородным магнитным полем, которая создается разноименными профилированными полюсами двух одинаковых магнитов вокруг центра симметрии зазора, образованного этими полюсами.

На чертеже изображен компас, вид сбоку, разрез.

Картушка 1 с магнитами 2 подвешена на шпиле 3 или j, жестко закрепленной на объекте 5 с помощью сферического или конического подпятника 6, жестко закрепленного выше центра тяжести на оси симметрии картушки 1. Три взаимно ортогональных элемента Холла 7-9 с выводами 10 жестко закреплены на оси k. Для получения максимальной чувствительности и минимального угла застоя используются магниты 2, изготовленные из материалов, обеспечивающих максимальную индукцию в зазоре и максимальный момент картушки 1 .

Корпус 5 заполнен жидкостью 11, например полиметилсилоксановой. В

корпусе 5 оставлена полость 12, .заполненная воздухом. Шпилька 13, закрепленная на корпусе 5, предохраняет картушку от выпадания.

Компас работает следующим образом

При вращении объекта относительно картушки с магнитами, общая ось симметрии которых направлена вдоль магнитного меридиана, элементы Холла измеряют сигналы, пропорциональные величине и направлению трех составляющих вектора магнитной индукции, по которым вычисляются косинусы угло Эйлера, образованных правой декертов системой с картушкой, и правой декартовой системой координат, оси которой перпендикулярны плоскости элементов Холла. По ним вычисляется сигнал, соответствующих интересующей на ориентации объекта.

Линейность выходных сигналов элементов Холла относительно направляющих косинусов вектора магнитной индукции и повышение чувствительности компаса достигается тем, что магнитный поток между разноименными полюсами почти полностью сосредоточен в , модуль вектора магнитной индукции постоянен, а сам вектор параллелен общей оси симметрии магнитов в области размещения элементов Холла при вращении картушки.

Компас полностью определяет угловое положение объекта (причем угол нутации ограничен размерами зазора и элементов Холла), отличается менее сложной конструкцией по сравнению с устройствами подобного назначения при равной разрешающей способности, имеет не высокую потребляемую мощность в случае импульсного питания элементов Холла, что позволяет применять его в автономных устройствах с ограниченным запасом электроэнергии. Выходные сигналы элементов Холла линейны относительно направляющих косинусов вектора магнитной индукции.

В случае применения постоянных магнитов из материалов, обеспечивающих более высокую индукцию, увеличивается разрешающая способность компаса, так как уменьшается угол застоя картушки, растут выходные сигналы элементов Холла и при этом не требуется никакого изменения конструкции компаса.

Формула изобретения

Магнитный компас, содержащий корпус, подвижную картушку, магнит и элементы Холла, отличающийс я тем, что, с целью обеспечения линейности выходных сигналов элементов Холла, он снабжен дополнительным магнитом и оба магнита установлены на концах картушки симметрично оси ее, а три взаимно-ортогональных элемента Холла жестко закреплены на оси

вращения картушки ё центре симметрии зазора, образованного разноименными полюсами магнитов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании № 1321212, кл. G 01 С 17/26, опублик. 27.Об.73.

2.Патент США № ,

кл. G 01 С 17/28, опублик. 27.0.7б. 3. Патент Великобритании fP , кл. G 01 С 17/26, опублик. 11..79 (прототип).