DE2230852A1

DE2230852A1 - Magnetkompass

Info

Publication number: DE2230852A1
Application number: DE19722230852
Authority: DE
Inventors: Louis Manotte
Original assignee: Etat Francais
Current assignee: Etat Francais
Priority date: 1971-07-19
Filing date: 1972-06-23
Publication date: 1973-02-01
Also published as: FR2146554A5; IT950181B; AU459909B2; AU4121972A; GB1347657A; SE369961B

Description

ETAT FRANCAIS represents par Ie Ministre d'Etat charge de la Defense nationale

DELEGATION MINISTERIELLE POUR I¹ARMEMENT 10, Rue Saint-Dominique - P .A R I S VIIe, Frankreich

Magnetkompas s

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen, die Magnetkompasse bilden, um in digitaler Form die Messung des Winkels durchzuführen, der durch eine bestimmte Richtung mit einem Magnetfeld, insbesondere, der Horizontalkomponente des Erdmagnetfeldes gebildet wird.

Der numerische Kompass gemäss der Erfindung hat zahlreiche Anwendungsfälle, die den Zweck der Erfindung bilden, nämlich z.B. folgende:

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Die numerische Messung eines Kurses. Die Messung kann am Ort angezeigt oder registriert oder über Funk fernübertragen werden, um in einem elektronischen Rechner registriert oder verarbeitet zu werden. Die digitale Form z.B. in Form von binären Signalen erleichtert die Rückübertragung und Registrierung.

Die Suche eines bestimmten Kurses. Der gesuchte Kurs wird in digitaler Form angezeigt. Der momentane Kurs des Fahrzeugs wird mit dem angezeigten Kurs mittels eines Komparators verglichen.

Das Ergebnis des Vergleichs wird zu Richtungssteuervorrichtungen übertragen, um den momentanen Kurs im Sinne der An*» näherung an den angezeigten Kurs zu korrigieren. Der Komparator kann an Bord eines Fahrzeugs z.B. auf* einem Schiff in dem automatischen Piloten installiert sein. Er kann auch zur Fernsteuerung eines Flugkörpers entfernt installiert sein; die digitalen Messungen des momentanen Kurses und die Signale zur automatischen Steuerung der Richtungssteuervorrichtungen werden dann in Form von Funksignalen fernübertragen.

Das Ergebnis der Erfindung ist ein neuer numerischer, sehr einfacher und robuster Magnetkompass, der eine Vorrichtung zur Analog/Digital-Umwandlung des Winkels darstellt, der durch eine gegebene Richtung, insbesondere den Kurs eines Fahrzeugs mit der Horizontalkomponente eines Magnetfeldes, insbesondere des Erdmagnetfeldes gebildet wird.

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Die Vorteile dieser Vorrichtung sind die aller Analog/ Digitalwandler, d.h. direkte Ablesung der Information in numerischer Form, z.B. in Dezimalform, die jedes Ablesebedienungspersonal unnötig macht und mögliche Ablesfehler vermeidet.

Die direkt' in digitaler Form, z.B. einem Binärcode vorfügbare Information erleichtert die Speicherung, Verarbeitung, Fernübertragung der Messungen und den Vergleich mit den angezeigten Werten. ■

Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, zugleich um eine vertikale Achse und mit gleichmässiger Geschwindigkeit eine Spule mit horizontaler Achse und eine Markierung zu drehen, Impulse konstanter Frequenz zu erzeugen und die Anzahl der Impulse zu registrieren, die zwischen dem Moment erzeugt werden, in dem die Markierung mit der zu messenden Richtung übereinstimmt, und dem Moment, in dem die Achse der Spule parallel zu der horizontalen Komponente des Magnetfeldes ist.

Ein Magnetkompass zur Durchführung dieses Verfahrens weist eine Luftspule mit horizontaler Achse und eine Markierung auf, die zugleich durch einen Synchronmotor mit vertikaler Achse, gedreht werden, einen photoelektrischen Detektor, z.B. eine Photodiode, die bezüglich der vertikalen Achse des Motors in der zu messenden Richtung, z.B. in der Richtung des Kurses eines Fahrzeuges angeordnet ist, einen Oszillator mit konstanter Frequenz und einen Binärimpulszähler, dessen Start und Stopp automatisch durch Signale gesteuert werden, die einerseits von dem photoelektrischen Detektor abgegeben werden, wenn die Markierung sich an ihm vorbeidreht, und

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andererseits durch die Spule, wenn ihre Achse mit der Richtung des Magnetfeldes zusammenfällt. Die Markierung und die Spule sind vorzugsweise in einer gleichen vertikalen Ebene angeordnet, die durch die Achse des Synchronmotors verläuft. Venn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird der Winkel mit einer Konstanten näherungsweise geraessen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Vektordiagramm,

Fig. 2 einen Schnitt eines Kompasses gemäss der Erfindung,

Fig. 3 ein Impulsdiagramm,

Fig. 4 ein Schaltbild der elektronischen Kreise einer Registriervorrichtung, und

Fig. 5 eine Seitenansicht eines Teils der Fig. k,

Fig. 1 zeigt einen Vektor OX in einem Magnetfeld OH. Man will in digitaler Form den Winkel 0 zwischen dem Vektor und dem

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Magnetfeld OH messen. Der Vektor OX stellt z.B. den Kurs eines Fahrzeugs und der Vektor OH die horizontale Komponente des Erdmagnetfeldes dar.

Man verwendet eineni.IIilfsvektor OM, der sich mit einer gleichmassigen Geschwindigkeit um 0 z.B. im Uhrzeigersinn dreht.

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_ 5—

Der Winkel θ wird durch die Zeit T₁-T-. gemessen, die der Vektor OM benötigt, um sich von OX nach OH zu bewegen. Eine Zeit ist leicht digital zu messen. Es genügt hierfür, in einem Binärzähler die Anzahl der Impulse mit konstanter Frequenz zu registrieren, die während der Zeitperiode erzeugt werden, die zwischen dem Zeitpunkt T_Q und dem Zeitpunkt T. abläuft.

Dieses Verfahren kann z.B. mit der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung mit sehr geringem Raumbedarf durchgeführt werden, der eine Höhe von etwa 15 cm hat.

Ein Synchronmotor 1 treibt bei seiner Drehung um seine Achse

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χ x¹ den Vektor OM, an, der z.B. durch eine Markierung oder einen Radialschlitz, der in eine Scheibe 2 geschnitten ist» gebildet wird.

Man peilt z.B. einmal pro Umdrehung den Durchgang der Markierung OM an dem Punkt M_ an, der den Vektor OX bildet. Der Vektor OM stellt z.B. den Kurs eines Fahrzeugs dar. Der Motor und die Scheibe 2 werden im Inneren eines Gehäuses angeordnet und der Punkt M_, der sich an dem Gehäuse befindet, wird auf dem Radius, der durch die Achse χ χ¹ und parallel zu dem Kurs des Fahrzeugs verläuft, angeordnet.

Die Koinzidenz zwischen OM und OM_n wird mittels eines photoelektrischen Detektors beobachtet, der aus einer Lichtquelle h und einer Photodiode 5 besteht, die bei M₀ auf der einen und anderen' Seite der Scheibe angeordnet sind. Die Scheibe ist lichtundurchlässig und der Vektor OM ist durch einen Schlitz verwirklicht. Wenn dieser zum Zeitpunkt T_Q an dem Detektor vorbeiläuft, gibt der Detektor einen Impuls ab.

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An der Motorwelle ist eine Luftspule B angeordnet, deren horizontale Achse parallel zu der Markierung OM verläuft. Die Leiter der Spule B sind über Schleifkontakte 6, die auf einem Kollektor gleiten, mit elektronischen Kreisen verbunden.

Die Drehung der Spule B um die Achse χ χ'in dem Erdmagnetfeld erzeugt eine induzierte Wechselspannung U. Nur die horizontalte Komponente OH des Magnetfeldes kommt zur Wirkung.

Zweimal pro Umdrehung, wenn die Achse der Spule senkrecht zur Richtung des Feldes OH verläuft, ist der Magnetfluss durch die Spule maximal und die induzierte Spannung U geht durch Null. Das Vorzeichen der Ableitung! das elektronisch leicht zu ermitteln ist, ermöglicht es,den Nullpunkt, der der Koinzidenz zwischen OM und OH entspricht, von dem Nullpunkt zu unterscheiden, der der diametral gegenüberliegenden Richtung entspricht.

Diese Koinzidenz wird zu dem Zeitpunkt T.. erzeugt. Sie überträgt sich auf die elektronischen Kreise durch einen Impuls, der beim Nulldurchgang in einer bestimmten Richtung der in der Spule B induzierten Spannung.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm, in dem in Abhängigkeit von der Zeit, die auf der Abszisse aufgetragen'ist, die Änderungen der Spannung U, die in der Spule induziert werden, d^e Impulse T_n, die während der Koinzidenz des Vektors OM mit dem Vektor 0M_ erzeugt werden, und die Impulse T₁, die beim Nulldurchgang der Spannung U mit einer negativen Ableitung erzeugt werden, gezeigt sind.

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Pig. h zeigt schematisch die elektronischen Kreise. Diese weisen einen Oszillator O auf, der als Zeitgeber dient.

Um eine grosse Genauigkeit bei der Messung zu erreichen, verwendet man einen Motor 1 mit grosser Geschwindigkeit. Man wählt z.B. eine Drehperiode T in der Grössenordnung von 10 ms. Die Periode der Impulse, die von dem Oszillator 0 abgegeben werden, ist einem Bruchteil der Periode T

T
gleich, d.h. t = — ·

Zum Zeitpunkt T_ nimmt ein logischer Kreis 7 den von dem photoelektrischen Detektor abgegebenen Impuls auf. Er steuert die Nullstellung eines Binärimpulszählers C und den Beginn der Registrierung der von dem Oszillator abgegebenen Impulse.

Zum Zeitpunkt T₁ nimmt ein logischer Kreis 8 den Impuls T₁ auf, der von der Spule B abgegeben wird, und steuert das Ende der Impulszählung.

Der in Grad gemessene Kurs ist proportional der Anzahl der Impulse N₁,- die entsprechend der Formel θ = 3^0 χ —'— = kN.. registriert wird.

Die Genauigkeit der Vorrichtung hängt von der Anzahl η und dem Grad der durch seine Verwirklichung erhaltenen Perfektion ab. Messfehler kleiner als 0,1 Grad können leicht erhalten werden.

Man kann den Kurs einmal pro Umdrehung aufnehmen, wenn der Motor eine Periode von 10 ms hat, 100 pro Sekunde, was es sehr leicht ermöglicht, Änderungen des Kurses zu folgen, selbst wenn sie sehr schnell sind.

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Die Grosse der horizontalen Komponente des Erdfeldes ist ohne Bedeutung, es genügt, dass sie nicht Null ist.

Selbstverständlich können die im Binärcode registrierten Impulse sehr leicht zur Anzeige im Dezimalcode mittels eines Binär/Dezimal-Konverters umgewandelt werdeni

Selbstverständlich müssen alle Vorsichtsmassnahmen, die bei der Vervrendung eines jeden Magnetkompasses üblich sind, angewandt werden. Es muss sehr sorgfältig die Umgebung des Kompasses untersucht werden und darauf geachtet werden, dass keine Störfelder das Erdfeld beeinflussen. Die Ebene XOH muss völlig horizontal bleiben, damit keine Fehlmessung entsteht. Der gemessene Kurs ist der magnetische Kurs. Es sind daher gegebenenfalls Korrekturen durchzuführen.

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Claims

Patentansprüche

/ 1 .J Magnetkompass zur Messung eines Winkels zwischen der Horizontalkomponente eines Magnetfeldes und der Horizontalkomponente einer Richtung, gekennzeichnet durch eine Spule mit einer horizontalen Achse und eine zugleich durch einen Synchronmotor mit vertikaler Achse angetriebene Peileinrichtung, einem photoelektrischen Detektor, der in einer vertikalen Ebene angeordnet ist,die die vertikale Achse und die zu messende Richtung enthält, einen Oszillator mit konstanter Frequenz und einen Binärimpul'szähler, wobei der Start und der Stopp des Oszillators und des Zählers automatisch durch Signale gesteuert werden, die einerseits von dem photoelektrischen Detektor abgegeben werden, wenn die Teileinrichtung sich an ihm vorbeibewegt, und andererseits durch die Spule, wenn deren Achse mit der Horizontalkomponente des Magnetfeldes zusammenfällt.
2. Kompass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Peilvorrichtung aus einer Markierung besteht, die in der gleichen vertikalen Ebene angeordnet ist, die durch die Achse des Synchronmotors angeordnet ist, wie die Achse der Spule.
3. Kompass nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung als digitale Messvorrichtung des Kurses eines Fahrzeuges.

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4. Kompass nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet, dass die Messung in digitaler Form durch Funksignale fernübertragen und fernregistriert wird.
5· Kompass nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung in einer automatischen Kurssteuervorrichtung zur automatischen Aufrechterhaltung des Kurses eines Fahrzeuges durch Vergleich der digitalen Messung mit einem angezeigten digitalen Wert, der den gesuchten Kurs darstellt, und Auswertung des Ergebnisses des Vergleichs zur Steuerung der Richtungssteuereinrichtungen des Fahrzeugs in dem die Differenz vormindernden Sinn.
6. Kompass nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Verwendung als Fernsteuervorrichtung eines Flugkörpers durch Übertragung digitaler Informationen zu einer Fernsteuerstation, durch Vergleich der Informationen mit einem in digitaler Form_ angezeigten Kurs und durch Übermittlung des Vergleichsergebnisses in Form von Signalen .zur Steuerung der Richtungssteuereinrichtungen des Flugkörpers.

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