DE2342793A1 - Digitaler magnetkompass - Google Patents

Description

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Augsburg, den 21. August 1973

The Laitram Corporation, 619, South Peters Street, New Orleans,

Louisiana, 70130, V.St,A.

Digitaler Magnetkompaß

Die Erfindung betrifft einen digitalen Magnetkompaß mit einem Kompaßrotor mit einer abtastbaren, in einem
Mehrbitcode codierten Skala, deren Codewerte die Kompaßkurse darstellen, ferner mit Abtastmitteln zur Abtastung der codierten Skala und zur Erzeugung einer Anzahl von den

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jeweiligen Kompaßkurs darstellenden Digitalsignalen und mit mindestens einem Magneten zum Ausrichten des Kompaßrotors nach dem Erdmagnetfeld.

Es sind bereits Magnetkompasse bekannt, bei denen die jeweilige Winkelstellung des Kompaßrotors beispielsweise mittels einer elektrooptischen Einrichtung abgetastet und in ein Digitalsignal umgesetzt wird, welches die jeweilige Kompaßstellung darstellt und einer digitalen Anzeigeeinrichtung zuführbar ist. Gemäß einem älteren Vorschlag ist der Kompaßrotor als kodierte, optisch abtastbare Scheibe mit einer Vielzahl von jeweils in Umfangsrichtung verlaufenden Codespuren ausgebildet, welch letztere jeweils miteinander abwechselnd angeordnete lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Segmente aufweisen, wobei die Anzahl der Segmente einer Codespur in binärer Beziehung zu den Segmentzahlen der anderen Codespuren steht.

Die auf diese Weise mit einer codierten Skala versehene Scheibe ist in geeigneten Lagern drehbar gelagert und mittels einer Kardanaufhängung aufgehängt, so daß sie auch bei Schlinger- und Stampfbewegungen eines Schiffes oder eines anderen Fahrzeugs, auf welchem der Kompaß verwendet wird, ihre horizontale Lage beibehält. Der mit

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der codierten Skala versehenen Scheibe sind ein oder mehrere Magnete zugeordnet, welche die Kompaßscheibe nach dem Erdmagnetfeld ausrichten und in die magnetische Nordrichtung einstellen, über einem Radius der codierten Skala der Kompaßscheibe ist' eine Anordnung von lichtempfindlichen Fühlern angeordnet, von denen jeder einer Codespur zugeordnet ist und durchgelassenes Licht empfängt, welches von einer auf der anderen Seite der Kompaßscheibe angeordneten Lichtquelle erzeugt wird.

In jeder Winkelstellung der Kompaßscheibe erzeugt die Meßfühleranordnung eine Vielzahl elektrischer Signale, welche jeweils einen ersten Pegel aufweisen, wenn über einem lichtdurchlässigen Segment der entsprechenden Codespur Licht empfangen wird, oder einen zweiten Pegel aufweisen, wenn Über einem lichtundurchlässigen Segment der entsprechenden Codespur kein Licht empfangen wird. Es wird also eine Vielzahl elektrischer Digitalsignale erzeugt, welche den entsprechenden auf der Kompaßscheibe abgetasteten Codewert und folglich die jeweilige Kompaßstellung darstellen.' Diese Digitalsignale werden zur Erzeugung einer Ausgangsanzeige des jeweiligen Kompaßkurses weiterverarbeitet, wobei die Ausgangsanzeige vorzugsweise als numerische Kursanzeige erfolgt.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem digitalen Magnetkompaß der eingangs dargelegten Art die Skala des Kompaßrotors derart zu codieren, daß eine unzweideutige Ablesung jedes Kurswinkelgrades möglich ist, und eine logische Schaltung zur Weiterverarbeitung der vom Kompaßrotor abgetasteten Codewerte und zur Erzeugung einer Ausgangsanzeige anzugeben.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solcher Kompaß gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Skala im Gray-Code codiert ist und die Digitalsignale den im Gray-Code codierten jeweiligen Kompaßkurs darstellen, und daß eine die Digitalsignale aufnehmende logische Schaltung vorgesehen ist, welche eine den jeweiligen Kompaßkurs darstellende Ausgangsanzeige erzeugt und einen Umsetzer zum Umsetzen der Gray-codierten Digitalsignale in binärcodierte Ausgangssignale, ferner einen die binärcodierten Ausgangssignale aufnehmenden, in einer Richtung zählenden Binärzähler, weiter eine an den Zählerausgang angeschlossene Decodiereinrichtung, welche in Abhängigkeit von einem bestimmten Zählerstand ein Ausgangssignal abgibt, und einen Taktgeber aufweist, welcher Taktimpulse zur Erhöhung des die vom Umsetzer empfangenen Binärsignale darstellenden Zählerstandes auf den genannten bestimmten

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Zählerstand, auf welchen die Decodiereinrichtung anspricht, erzeugt und durch das Ausgangssignal der Decodiereinrichtung angehalten wird, wobei die Anzahl der erzeugten Taktimpulse den vom Kompaßrotor abgetasteten Kompaßkurs darstellt.

Der Kompaßrotor ist vorzugsweise als Scheibe aus lichtdurchlässigem Werkstoff ausgebildet und in einem kardanisch aufgehängtem Kompaßgehäuse drehbar gelagert. Auf ihrer Oberfläche weist diese Kompaßscheibe eine Vielzahl konzentrischer, in Umfangsrichtung verlaufender Codespuren auf, die jeweils aus gleichwinkeligen, miteinander abwechselnd angeordneten lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Segmenten bestehen. Die Segmentzahl einer Codespur steht jeweils in binärer Beziehung zur Segmentzahl der anderen Codespuren und erzeugt ein Bit eines Mehrbitcodes. Zur Codierung wird ein Gray-Code mit einer Folge von Codewerten verwendet, wobei sich beim Übergang von einem, einen Kompaßkurswert darstellenden Codewert auf den, den nächsten abtastbaren Kompaßkurswert darstellenden Codewert jeweils nur ein einziges Bit ändert.

Die von einer lichtempfindlichen Meßfühleranordnung erzeugten Digitalsignale sind ebenfalls im Gray-Code codiert und werden für die nachfolgende Weiterverarbeitung in einen

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Binärcode umgesetzt, wobei jedoch das am meisten signifikante Bit des von der Kompaßscheibe abgetasteten Gray-Codevrerts vor der Umsetzung invertiert wird. Diese Inversion stellt ein wirksames Mittel zur Umformung des abgetasteten Gray-Codewerts in eine zur nachfolgenden Weiterverarbeitung und Anzeige geeignete Form dar. Durch die Inversion des am meisten signifikanten Bit des abgetasteten Gray-Codes entsteht ein Code, der das Komplement der dem abgetasteten Graycode äquivalenten Binärzahl darstellt. Diese umgesetzte Binärzahl wird in einen in einer Richtung zählenden Binärzähler eingegeben, der unter der Steuerung eines Taktgebers bis auf einen vorgegebenen Endzählwert weiterzählt, welch letzterer von einer Decodiereinrichtung festgestellt wird. Die Decodiereinrichtung erzeugt beim Peststellen dieses Endzählwerts ein Ausgangssignal, welches dem Taktgeber zugeführt wird und verhindert, daß dieser weitere Taktimpulse erzeugt. Die vom Taktgeber erzeugten Impulse dienen als serielles Ausgangesignal zum Setzen einer numerischen Anzeigeeinrichtung oder zum Steuern einer anderen Einrichtung. Das serielle Ausgangssignal kann über eine einzige Ausgangsleitung an entfernte Empfangssteilen übertragen werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen

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beispielsweise beschrieben. Es stellen dar:

Fig.l eine perspektivische Ansicht

des erfindungsgemäßen Kompasses,

Pig, 2 eine Draufsicht auf den mit.einer

codierten Skala versehenen Kompaßrotor nach der Erfindung,

Fig. 3 ein Blockschaltbild einer logischen

Schaltung nach der Erfindung, und

die Fig. 4A

und MB jeweils eine schematische Dar

stellung einer mit einer codierten Skala versehenen Kompaßscheibe.

Ein Kompaß nach der Erfindung, der eine Vielzahl von Digitalsignalen erzeugt, welche zur Herstellung einer digitalen Ausgangsanzeige der jeweiligen Kompaßstellung weiterverarbeitet werden, ist in Fig. 1 dargestellt. Der Kompaß weist ein kugelförmiges Gehäuse 10 auf, von dessen Oberteil ein Tragzapfen 12 in das Gehäuseinnere hineinragt.

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Der Tragzapfen 12 trägt an seinem unteren Ende eine Kardanaufhängung 14, mittels welcher ein Rahmen 16 aufgehängt ist. In dem Rahmen 16 ist eine optisch abtastbare, mit einer codierten Skala versehene Kompaßscheibe 18 drehbar gelagert. Die Kardanaufhängung 14 weist ein etwa U-förmiges Teil 20 auf, das am unteren Ende des Tragzapfens 12 befestigt ist. Am Teil 20 ist ein Kardankreuz 22 mittels Zapfen 24 drehbar befestigt. Der Rahmen 16 weist zwei nach oben ragende Flanschteile 26 und 28 auf, welche mittels Zapfen 30 drehbar am Kardankreuz 22 befestigt sind. Die durch die Zapfen 30 bestimmte Drehachse verläuft dabei senkrecht zu der durch die Zapfen 24 festgelegten Drehachse. Die Kompaßscheibe 18 ist also so montiert, daß sie auch bei Bewegungen des Gehäuses 10 um die von der Kardanaufhängung festgelegten, zueinander senkrecht verlaufenden Achsen ihre horizontale Lage beibehält, wenn ein Schiff, auf welchem sich der Kompaß befindet, Schlinger- und Stampfbewegungen ausführt.

An der Unterseite der Kompaßscheibe 18 ist mittig ein zylindrischer Magnet 32 angeordnet, dessen magnetische Achse parallel zur Nord-Süd-Achse der Kompaßscheibe verläuft. Die Kompaßscheibe 18 und der Magnet 32 sind an einer Welle

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befestigt, die an ihrem oberen und unteren Ende jeweils einen Lagerzapfen 36 aufweist. Die Lagerzapfen 36 sind in entsprechenden, im Rahmen 16 angeordneten Lagern 38 drehbar gelagert. Der Magnet 32 richtet die Kompaßscheibe 18 nach dem Erdmagnetfeld aus. Anstelle des dargestellten zylindrischen Magneten sind auch ein oder mehrere Stabmagnete anwendbar.

Das Gehäuse 10 besteht vorzugsweise aus zwei halbkugelförmigen Gehäuseteilen 40 und 42, die mit ihren aneinanderliegenden Planschen mittels Befestigungsschrauben aneinander befestigt sind. In einander gegenüberliegenden Nuten der aneinander anliegenden Planschflächen ist ein O-Ring 46 oder ein anderes Dichtelement angeordnet, um ein Auslecken der im Gehäuse 10 befindlichen Dämpfungsflüssigkeit zu verhindern. Die im Gehäuse 10 befindliche Dämpfungsflüssigkeit, beispielsweise Wasser oder Alkohol, dämpft sowohl die Kompaßscheibe 18 als auch die Kardanaufhängung. Die Dämpfungsflüssigkeit füllt den Innenraum des Gehäuses unter Freilassung eines ausreichend großen Luftraumes 48 aus, so daß sie sich bei Temperaturänderungen ausdehnen kann. Der elektrische Anschluß erfolgt über ein Kabel 50, welches dicht in eine auf dem Gehäuseoberteil angeordnete Anschlußbox 52 geführt ist. Die Leiter 54 des Kabels 50 sind durch

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flüssigkeitsdicht in die Gehäusewandung eingesetzte Buchsen 56 in das Innere des Gehäuses 10 geführt. Die Dämpfungsflüssigkeit wird durch eine am Boden des Gehäuses 10 angeordnete Einfüllöffnung 58 eingefüllt, welche mittels eines Verschlußstopfens 60 verschließbar ist.

Die Kompaßscheibe 18 ist in Fig. 2 mehr im einzelnen dargestellt. Sie besteht aus lichtdurchlässigem Werkstoff, beispielsweise Kunststoff oder Glas, und weist auf ihrer Oberseite eine Anzahl konzentrischer Codespuren auf, wobei jede Codespur aus einer anderen, bestimmten Anzahl von miteinander abwechselnd angeordneten gleichwinkeligen, lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Segmenten besteht. Jede Codespur erzeugt ein Bit eines Mehrbitcodes, der gemäß der Erfindung ein Gray-Code ist und eine solche Folge von Codewerten aufweist, daß sich beim übergang zwischen zwei benachbarten, jeweils ein Winkelgrad der Kompaßteilung darstellenden Codewerten jeweils nur ein einziges Bit ändert. Bei der in Fig. 2 dargestellten Kompaßscheibe 18 sind neun konzentrische Codespuren 62a bis 62i vorgesehen, so daß eine Auflösung von einem Winkelgrad erreicht wird. Die innerste Codespur 62a enthält ein 180 überdeckendes, lichtundurchlässiges Segment und ein ebenfalls l80° überdeckendes lichtdurchlässiges Segment. Diese Codespur 62a

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erzeugt das am meisten signifikante Bit des Mehrbitcodes· Die auf entsprechend größeren Radien der Kompaßscheibe befindlichen Codespuren 62b bis 62i enthalten zunehmend größere Segmentzahlen und erzeugen jeweils ein weiteres Bit des Gray-Codes. Die optische Winkelcodierung der Codescheibe 18 ist an sich bekannt und braucht daher nicht näher im einzelnen beschrieben zu werden.

Wie aus Fig. 1 weiter ersichtlich, ist am Rahmen 16 über einem Radius der Kompaßscheibe 18 eine Lichtmeßfühleranordnung 64 angeordnet, die eine Vielzahl von lichtempfindlichen Zellen 66 aufweist, von denen jede einer Codespur der Kompaßscheibe 18 zugeordnet ist. Eine Lichtquelle 68, vorzugsweise eine lichtaussendende Diode, ist auf der anderen Seite der Kompaßscheibe 18 gegenüber der Meßfühleranordnung 64 am Rahmen 16 angebracht und sendet Licht durch die Codespuren der Kompaßscheibe 18 hindurch, welches von den Fotozellen 66 empfangen wird. Die Fotozellen 66 erzeugen jeweils ein Ausgangssignal mit einem ersten Pegel, wenn über der entsprechenden Codespur Licht empfangen wird, und mit einem zweiten Pegel, wenn über der entsprechenden Codespur kein Licht empfangen wird. Die Lichtmeßfühleranordnung 64 erzeugt also eine Anzahl von Digitalsignalen, welche den in der jeweiligen Winkel-

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Stellung der Kompaßscheibe 18 abgetasteten Gray-Codewert darstellen. Diese Digitalsignale werden gemäß der Erfindung in einer logischen Schaltung weiterverarbeitet, die eine Ausgangsanzeige der jeweiligen Kompaßstellung liefert.

Der Kompaß ist an irgendeiner geeigneten Stelle eines Schiffes oder eines anderen Fahrzeugs eingebaut. Bei Verwendung auf einem Schiff ist der Kompaß gewöhnlich in der oder parallel zur Längsachse des Schiffes eingebaut. Der Kompaß ist dabei so angeordnet, daß die Lichtmeßfühleranordnung 64 parallel zur Längsachse des Schiffes liegt und eine auf die magnetische Nordrichtung bezogene Ausgangsanzeige des Kompaßkurses liefert. Die logische Schaltung zur Weiterverarbeitung der von den Lichtmeßfühlern gelieferten Digitalsignale ist vorzugsweise in integrierter Schaltungstechnik aufgebaut und kann innerhalb des Kompaßgehäuses untergebracht sein, beispielsweise auf einer auf dem Rahmen 16 angeordneten Schaltungsplatte 17« Die logische Schaltung kann sich auch außerhalb des Gehäuses 10 befinden. Vorzugsweise wird die logische Schaltung jedoch innerhalb des Kompaßgehäuses 10 untergebracht, damit es nicht erforderlich ist, über eine Vielzahl von Drähten jede einzelne Fotozelle der Meßfühleranordnung 64 mit einer externen Schaltung zu verbinden·

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Das die jeweilige Kompaßstellung darstellende Ausgangssignal kann über eine einzige Datenleitung übertragen werden und der Kompaß ist daher, leicht an eine entfernte Anzeigeeinrichtung oder eine andere Einrichtung anschließbar. Es können auch an einen einzigen Kompaß mehrere digitale Ausgangsanzeigeeinrichtungen oder andere Einrichtungen angeschlossen werden. Der Kompaß selbst ist nicht visuell ablesbar und kann daher an Stellen eingebaut sein, die vom Benutzer entfernt liegen und für übliche, visuell ablesbare Kompasse ungeeignet wären. Da sowohl die Kompaßscheibe al3 auch die Kardanaufhängung flüssigkeitsgedämpft sind, kann der Kompaß an Bord eines Schiffes sogar an Stellen untergebracht werden, an denen Schlinger-, Stampf- und Gierbewegungen verstärkt auftreten.

Die logische Schaltung nach der Erfindung ist in Fig. dargestellt und arbeitet in Abhängigkeit von den von der Meßfühleranordnung 64 empfangenen Lichtsignalen· Die Meßfühleranordnung 64 erzeugt eine Vielzahl von digitalen elektrischen Signalen, von denen jedes Digitalsignal ein Bit einer Gray-codierten Zahl darstellt und einem Gray-Binär-Umsetzer 70 zugeführt wird. Die Ausgangssignale des Umsetzers 70 werden an einen Binärzähler 72 angelegt, dessen Ausgang wiederum mit einer Decodiereinrichtung 74 verbunden

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ist. Derjenige Ausgang der Meßfühleranordnung 64, der das am meisten signifikante Bit von der auf der Kompaßscheibe 18 aufgetragenen, im Gray-Code codierten Skala (beim dargestellten Ausführungsbeispiel von der innersten Codespur 62a) liefert, ist dem Umsetzer 70 über einen Inverter 76 zugeführt, der dieses am meisten signifikante Bit invertiert. Der

Zähler 72 wird durch einen schnellen Taktgeber 78 gesteuert, der seinerseits durch einen langsamen Taktgeber 80 gesteuert wird. Das Ausgangssignal der Decodiereinrichtung Jk wird dem schnellen Taktgeber 78 zugeführt und beendet dessen Taktimpulserzeugung. Das Ausgangssignal des langsamen Taktgebers 80 wird auch als Ladesignal zur Steuerung des Zählers 72 verwendet. Eine vom schnellen Taktgeber 78 erzeugte Impulskette dient als Ausgangssignal des Systems und wird über eine übertragungsleitung 82 einem Empfänger Tk zugeführt, der einen binärcodierten Dezimalzähler 86 (nachstehend BCD-Zähler genannt) aufweist, dessen Ausgang an eine geeignete Anzeigeeinrichtung 88, beispielsweise ein mehrstelligee numerisches Anzeigegerät, zur Anzeige des Kompaßkurses geführt ist.

Wie bereits erwähnt, ist die Kompaßskala in einem Gray-Code mit einer solchen Folge von Codewerten codiert, daß auf dem gesamten Kompaßkreis sich beim übergang zwischen

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zwei benachbarten Codewerten jeweils nur ein einziges Bit ändert· Beim dargestellten Ausführungsbeispiel werden Gray-Codewerte verwendet, die Dezimalzahlen von 76 bis 435 entsprechen· Das Gray-Codeäquivalent von 76 stellt den Kompaßkurs 0° dar, während das Gray-Codeäquivalent von 435 den Kompaßkurs 359° darstellt. Die Verwendung eines Codes, bei welchem sich beim übergang zwischen zwei Codewerten nur ein einziges Bit ändert, ist vorteilhaft, da dann eine zweideutige Anzeige zwischen zwei benachbarten Codewerten verhindert wird, die sich sonst ergeben könnte, wenn die Meßfühleranordnung 64 über der Kompaßscheibe 18 zwischen zwei benachbarten Codewerten steht. Außerdem wird dadurch der mögliche Fehler auf ein einziges Bit und somit ein einziges Winkelgrad beschränkt.

Die Inversion des am meisten signifikanten Bits durch den Inverter 76 ergibt das Komplement der äquivalenten Binärzahl· Die dem Umsetzer 70 zugeführten Signale stellen eine Gray-codierte Zahl mit einem komplementierten signifikantesten Bit dar, während die am Ausgang des Umsetzers erscheinenden Signale die Binärzahl darstellen, die das Komplement der dem von der Kompaßscheibe abgetasteten Gray-Codewert äquivalenten Binärzahl ist. Der Gray-Binär-Umsetzer 70 ist an sich bekannt und eine typische Ausführungs·

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form eines solchen Umsetzers ist in "Electronic Analog-to-Digital Conversion" von H. Schmidt, Van Nostrand, Reinhold Co. (1970), Seiten 312 bis 313, beschrieben.

Das Dezimaläquivalent des von der Kompaßscheibe 18 abgetasteten codierten Eingangssignals und das hinzuaddierte Dezimaläquivalent des codierten Ausgangssignals des Umsetzers 70 ergeben die Dezimalzahl 511· Ausgehend von dieser Beziehung sind die relativen Werte zwischen dem Gray-codierten Eingangssignal und dem, dem Zähler 72 zugeführten binärcodierten Signal leicht bestimmbar. Die reziproke Beziehung zwischen dem Gray-codierten Eingangssignal und dem umgesetzten binärcodierten Ausgangssignal des Umsetzers 70 bietet besondere Vorteile hinsichtlich einer verhältnismäßig einfachen logischen Weiterverarbeitung. Diese reziproke Beziehung der Codewerte ermöglicht die Verwendung eines in einer Richtung zählenden Zählers, der eine weniger komplexe Schaltung als ein reversibler oder in zwei Richtungen zählender Zähler darstellt, der sonst erforderlich wäre. Außerdem gestattet diese reziproke Beziehung der Codewerte die direkte Erzeugung eines den jeweiligen Kompaßkurs darstellenden Ausgangssignals ohne zusätzliche Codeumsetzungen.

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Die Inversion des am meisten signifikanten Bits des Gray-codierten Eingangssignals kann anstatt im elektronischen Inverter 76 der logischen Schaltung auch durch Vertauschung der Codesegmente der entsprechenden Codespur auf der Kompaßscheibe hergestellt werden. Das Ergebnis ist selbstverständlich das gleiche, nämlich eine Inversion des signifikantesten Bits des dem Umsetzer 70 zugeführten Codesignale.

Im Betrieb wird die Kompaßscheibe 18 nach dem Erdmagnetfeld ausgerichtet, so daß die Meßfühleranordnung eine Vielzahl von die jeweilige Kompaßstellung im Graycode darstellenden AusgangsSignalen erzeugt. Diese Signale werden dem Gray-Binär-Umsetzer 70 zugeführt, wobei vorher das am signifikanteste Bit im Inverter 7.6 invertiert wird. Das binärcodierte Ausgangssignal des Umsetzers 70 wird dem Zähler 72 zugeführt, der, gesteuert von den Taktimpulsen des schnellen Taktgebers 78, die vom Umsetzer gelieferte Zahl speichert und dann den Zählerstand auf einen vorgegebenen Endwert erhöht, der dann mittels der Decodiereinrichtung 74 festgestellt und decodiert wird.

Bei der beschriebenen Ausführungsform zählt der Zähler 72 bis zu einem Endwert, der das Binäräquivalent der Dezimalzahl 436 darstellt. Wenn die Decodiereinrichtung

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diesen Endwert festgestellt hat, erzeugt sie ein Stopsignal, welches die Taktimpulserzeugung des schnellen Taktgebers 78 beendet. Die Decodiereinrichtung 74 ist vorzugsweise ein NAND-Glied, welches die, die zu decodierende Zahl darstellenden Eingangssignale empfängt. Die Anzahl der vom schnellen Taktgeber 78 dem Zähler 72 zugeführten Taktimpulse, welche auf die beispielsweise einer Kursanzeigeeinrichtung zugeführte Ausgangsimpulskette bilden, ist gleich der Differenz zwischen dem Anfangszählerstand und dem Endzählerstand des Zählers 72 und außerdem um eins größer als der in Grad gemessene Kurs.

Der schnelle Taktgeber 78 legt also eine Anzahl η von Taktimpulsen an den Zähler 72 an, welche gleich der Differenz zwischen der anfänglich dem Zähler eingegebenen Zahl und dem Endzählerstand ist, welch letzterer das Binäräquivalent der Dezimalzahl 436 darstellt. Die vom schnellen Taktgeber 78 erzeugte Taktimpulskette mit η-Impulsen dient als Ausgangssignal des Systems und wird dem BCD-Zähler 86 zugeführt, der seinerseits eine mehrstellige Einrichtung zur Anzeige der jeweiligen Kompaßstellung steuert. Der BCD-Zähler 86 des dargestellten Ausführungsbeispiels wird jeweils durch den ersten angelegten Impuls rückgestellt und folglich ergibt die an den Zähler 86

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angelegte, n-Impulse enthaltende Impulskette einen Zählerstand von η - 1, der zum Zwecke der Anzeige des zugehörigen Kompaßkurses gespeichert wird. Es werden also eine Anzahl von Ausgangsimpulsen erzeugt, die um eins größer als der entsprechende Kompaßkurs ist, da der erste Impuls zur Rückstellung des Zählers 86 verwendet wird.

Der schnelle Taktgeber 78 kann entweder manuell oder beim vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels eines Startsignals vom langsamen Taktgeber 80 zur Durchführung einer Kompaßablesung angestoßen werden. Der langsame Taktgeber bestimmt die Wiederholungsfrequenz, mit welcher die Kompaßscheibe abgelesen und eine Anzeige ausgegeben wird. Der langsame Taktgeber läuft entweder frei oder wird manuell gestartet, so daß eine Kompaßablesung erfolgt. Der langsame Taktgeber 80 erzeugt außerdem eine Zeitverzögerung zwischen der Abtastung der Kompaßscheibe und der Ausgangsanzeige der abgetasteten Kompaßstellung, Das Anzeigegerät 88 weist vorzugsweise eine mehrstellige numerische Anzeigevorrichtung, beispielsweise mit Glimmröhren, und BCD-Ziffern-ümsetzer sowie Verstärker auf, die jedoch an sich bekannt sind. Der Empfänger 84 ist gewöhnlich in einer vom Kompaß entfernt gelegenen Anzeigeeinheit enthalten. Es können auch mehrere ähnliche Anzeigeeinheiten oder andere

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Einrichtungen an verschiedenen Stellen des Schiffes angeordnet sein, die alle vom gleichen Kompaß gesteuert werden. Da nur eine einzige Datenleitung zur Übertragung der codierten Kompaßstellung erforderlich ist, ist die Verbindung zu den entfernt gelegenen Einheiten verhältnismäßig einfach herstellbar.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel wird eine Anzahl von Ausgangsimpulsen erzeugt, die um eins größer als die den tatsächlich abgetasteten Kompaßkurs darstellenden Zahl ist, da der erste Impuls der Ausgangsimpulskette zur Rückstellung des BCD-Zählers 86 der Anzeigeeinrichtung verwen det wird. Selbstverständlich kann die Erfindung vorteilhaft im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Hilfseinrichtungen Anwendung finden, zu denen verschiedene numerische Anzeigeeinrichtungen, automatische Kurssteuerungsanlagen und dgl. gehören. Wenn für bestimmte Zwecke kein Rückstellimpuls erforderlich ist, so wird die Decodiereinrichtung Ik so ausgelegt, daß sie einen Endzählerstand feststellt, der das Binäräquivalent der Dezimalzahl 435 darstellt, und dann ein Stopsignal für den schnellen Taktgeber 78 erzeugt. Die Ausgangsimpulskette weist dann eine Impulszahl auf, die direkt den abgetasteten Kompaßkurs darstellt,,

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Eine Korrektur magnetischer Abweichungen kann mittels

bekannter Kompensationsverfahren oder auf elektronischem Weg durch Addition oder Subtraktion von Ausgangsimpulsen zur eigentlichen Anzeige erfolgen. Beispielsweise können zur Korrektur der Kursanzeige im BCD-Zähler 86 Impulse addiert oder subtrahiert werden.

Das reziproke Verhältnis zwischen dem Gray-codierten Eingangssignal und dem umgesetzten binärcodierten Ausgangssignal kann in Abwandlung der oben beschriebenen Ausführungsform auch durch Verwendung einer im umgekehrten Sinne Gray-codierten Kompaßscheibe erzielt werden. Wie in Pig. 4A dargestellt, weist die beim obigen Ausführungsbeispiel verwendete Kompaßscheibe eine im Uhrzeigersinn verlaufende Folge von Gray-Codewerten auf, welche Kompaßkursen von 0° bis 359° entsprechen. Die magnetische Achse des dieser Kompaßscheibe zugeordneten Magneten verläuft entlang dem 0°- l80°-Durchmesser der Kompaßscheibe und die von der Meßfühleranordnung abgetastete Kompaßstellung ist eine Gray-codierte Darstellung des tatsächlichen Kompaßkurses. Die O°-Stellung wird durch das Gray-Codeäquivalent der Dezimalzahl 76 dargestellt, während die l80°-Stellung durch das Gray-Codeäquivalent der Dezimalzahl 256 dargestellt wird.

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Eine im Sinne der obengenannten Inversion abgewandelte Ausführungsform einer Kompaßscheibe ist in Pig· 4B dargestellt. Diese Kompaßscheibe weist eine im Gegenuhrzeigersinn angeordnete Folge von Gray-Codewerten auf, welche die Kompaßkurse darstellen. Die magnetische Achse des zugehörigen Magneten verläuft wiederum entlang des 0°- l8o°-Durehmessers der Kompaßscheibe, wobei die O°-Stellung durch das Gray-Codeäquivalent der Dezimalzahl 435 und die I8o°-Stellung durch das Gray-Codeäquivalent der Dezimalzahl 255 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform stellt die von der Meßfühleranordnung abgetastete Kompaßstellung eine komplementär codierte Darstellung des Kompaßkurses dar. Das signifikanteste Bit des von der in Fig. 4B dargestellten Kompaßscheibe abgetasteten Codewerts wird nicht invertiert, da die reziproke Beziehung zwischen dem Eingangscodewert und dem Ausgangscodewert durch die entgegengesetzt laufende Folge der Codewerte erreicht wird. Die Weiterverarbeitung der von der Kompaßscheibe abgetasteten Daten erfolgt ansonsten wie oben beschrieben.

Beispielsweise ist bei einer im Uhrzeigersinn codierten Kompaßscheibe (Fig. 4A) der einen Kompaßkurs von 45° darstellende Gray-Codewert das Gray-Codeäquivalent der Dezimalzahl 121 oder 001000101. Nach der Inversion

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des signifikantesten Bits ist die dem Umsetzer 70 zugeführte Codezahl 101000101. Bei einer im Gegenuhrzeigersinn codierten Kompaßscheibe, wie sie in Fig. 4B dargestellt ist, ist der von der Meßfühleranordnung abgetastete Codewert, der einen Kompaßkurs.von 45° darstellt, das Gray-Codeäquivalent der Dezimalzahl 390 oder 101000101. Das signifikanteste Bit dieses Codewerts wird hier nicht invertiert, sondern der Codewert wird in dieser Form dem Umsetzer 70 zugeführt. Wie ersichtlich ist, ist der dem Umsetzer 70 zugeführte Codewert also in beiden Fällen der gleiche. Die vom Umsetzer 70 erzeugte und dem Zähler 72 zugeführte Binärzahl ist also in beiden Fällen gleich und es wird beide Male eine Ausgangsanzeige des Kompaßkurses von 45° hergestellt.

Die Erfindung beschränkt sich selbstverständlich nicht auf die dargestellten und beschriebenen besonderen Ausführungsformen. Beispielsweise kann der Kompaßrotor anstatt der Scheibenform andere Formen besitzen, er kann beispielsweise als um seine Längsachse drehbarer Zylinder ausgebildet sein, bei welchem die codierte Skala auf der Zylindermantelfläche aufgetragen ist. Außerdem ist die logische Schaltung nach der Erfindung nicht auf eine ausschließliche Verwendung mit Magnetkompassen beschränkt, sondern ist allgemein auch

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zur Weiterverarbeitung von Digitalsignalen geeignet, die von anderen Geräten mit codierter Winkelskala erzeugt werden, beispielsweise von digitalen Temperatur- und Druckmeßinstrumenten, bei denen die Winkelstellung eines drehbaren Elements abgetastet wird.

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Claims (13)

1. Patentansprüche

   / i

   i, 1. /Digitaler Magnetkompaß mit einem Kompaßrotor mit

   einer abtastbaren, in einem Mehrbitcode codierten Skala, deren Codewerte die Kompaßkurse darstellen, ferner mit Abtastmitteln zum Abtasten der codierten Skala und zum Erzeugen einer Anzahl von den jeweiligen Kompaßkurs darstellenden Digitalsignalen und mit mindestens einem Magneten zum Ausrichten des Kompaßrotors nach dem Erdmagnetfeld, dadurch gekennzeichnet, daß die Skala (62a bis 62i) im Gray-Code codiert ist und die Digitalsignale den im Gray-Code codierten jeweiligen Kompaßkurs darstellen, und daß eine die Digitalsignale aufnehmende logische Schaltung (Fig. 3) vorgesehen ist, welche eine den jeweiligen Kompaßkurs darstellende Ausgangsanzeige erzeugt und einen Umsetzer (70) zum Umsetzen der Gray-codierten Digitalsignale in binärcodierte Ausgangssignale, ferner einen die binärcodierten Ausgangssignale aufnehmenden, in einer Richtung zählenden Binärzähler (72), weiter eine an den Zählerausgang angeschlossene Decodiereinrichtung (74), welche in Abhängigkeit von einem bestimmten Zählerstand ein Ausgangssignal abgibt, und einen Taktgeber (78) aufweist,

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   welcher Taktimpulse zur Erhöhung des die vom Umsetzer empfangene Binärzahl darstellenden Zählerstandes auf den genannten bestimmten Zählerstand, auf welchen die Decodiereinrichtung anspricht, erzeugt und durch das Ausgangssignal der Decodiereinrichtung angehalten wird, wobei die Anzahl der erzeugten Taktimpulse den vom Kompaßrotor (18) abgetasteten Kompaßkurs darstellt,
2. 2. Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompaßrotor eine optisch abtastbare Scheibe (18) mit einer Vielzahl konzentrischer Codespuren (62a bis 62i) ist, welch letztere unterschiedliche Anzahlen von jeweils abwechselnd miteinander angeordneten, lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Segmenten aufweisen, daß ferner eine Lichtquelle (68) vorgesehen ist, welche Licht durch die Codespuren hindurchsendet, und daß eine Anzahl von lichtempfindlichen Meßfühlern (64) vorgesehen ist, die jeweils einer Codespur zugeordnet sind und in Abhängigkeit von durch die Codespuren hindurch empfangenem Licht ein entsprechendes Digitalsignal erzeugen.
3. 3· Kompaß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Taktgeber (78) ein schneller Taktgeber mit

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   bestimmter Taktfrequenz ist und daß ein weiterer, langsamer Taktgeber (80) mit bestimmter niedrigerer Taktfrequenz als derjenigen des schnellen Taktgebers vorgesehen ist, welcher die Wiederholungsfrequenz bestimmt, mit welcher die genannten Digitalsignale abgefragt werden.
4. 4. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3» gekennzeichnet durch eine Ausgabeeinheit (84), die einen Ausgangszähler (86), welcher die Taktimpulse des schnellen Taktgebers (78) empfängt und dieselben zählt, und eine Anzeigeeinrichtung (88) aufweist, die in Abhängigkeit vom Zählerstand des AusgangsZählers eine numerische Anzeige des Kompaßkurses herstellt·
5. 5. Kompaß nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte Ausgabeeinheit (84) von der genannten logischen Schaltung (Fig. 3) entfernt gelegen ist.
6. 6. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Kompaßrotor (18) aufgetragene Skala eine derart gestaltete Folge von Gray-Codewerten enthält, daß auf dem gesamten Kompaßkreis beim übergang zwischen zwei benachbarten Codewerten unzweideutige

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   Ablesungen erhältlich sind.
7. 7. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Kompaßrotor (18) aufgetragene Skala eine Folge von Gray-Codewerten entsprechend den Dezimalzahlen von 76 bis 435 enthält, wobei das Gray-Codeäquivalent der Dezimalzahl 76 einen Kompaßkurs von 0° und das Gray-Codeäquivalent der Dezimalzahl 435 einen Kompaßkurs von 359° darstellt.
8. 8. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Umsetzer (70) ein Gray-Binär-Umsetzer ist und Mittel zur Inversion des das signifikanteste Bit darstellenden Digitalsignals vor der Gray-Binär-Umsetzung aufweist.
9. 9· Kompaß nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Ausgangszähler (86) durch den ersten Taktimpuls des schnellen Taktgebers (78) rückgestellt wird und daß die Decodiereinrichtung (74) mit ihrem Ausgangssignal den Taktgeber dann abstellt, wenn die Anzahl der Taktimpulse um eins größer als die unmittelbar die jeweilige Kompaßstellung darstellende Zahl ist.

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10. 10. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die binärcodierten Ausgangssignale des Umsetzers (70) eine Binärzahl darstellen, welche das Komplement des Binäräquivalente des den jeweiligen Kompaßkurs darstellenden Gray-Codewerts ist.
11. 11. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die, die codierte Skala bildenden Gray-Codewerte in einer im Uhrzeigersinn umlaufenden Folge auf dem Kompaßrotor (18) aufgetragen sind und Kompaßkurse von 0° bis 359° darstellen.
12. 12. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die, die codierte Skala bildenden Gray-Codewerte in einer im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Folge auf dem Kompaßrotor (18) aufgetragen sind und jeweils das Komplement des zugehörigen Kompaßkurses darstellen.
13. 13. Logische Schaltung für Geräte, bei denen eine Anzahl von Gray-codierten, eine anzuzeigende Winkelposition darstellenden Digitalsignalen erzeugt und in Abhängigkeit davon in der logischen Schaltung eine Ausgangsanzeige dieser Winkelposition hergestellt wird, gekennzeichnet durch einen Umsetzer zum Umsetzen der Digitalsignale

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    in binärcodierte Ausgangssignale, welche das Komplement des Binäräquivalents des die jeweilige Winkelposition darstellenden Gray-Codewerts bilden, ferner durch einen in einer Richtung zählenden Binärzähler, welchem die binärcodierten Ausgangssignale des Umsetzers zugeführt werden, weiter durch einen Taktgeber, der Taktimpulse zur Erhöhung des die vom Umsetzer empfangene Binärzahl darstellenden Zählerstandes auf einen bestimmten höheren Zählerstand an den Zähler anlegt, und durch eine die Ausgangssignale des Zählers empfangende Decodiereinrichtung, welche beim Erreichen des genannten höheren Zählerstands durch den Zähler ein Ausgangssignal erzeugt, welches den Taktgeber anhält, wobei die Anzahl der vom Taktgeber während des Betriebsintervalls des Zählers erzeugten Taktimpulse die jeweilige Winkelposition darstellt.

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