DE2342793B2 - Fernablesbarer Magnetkompaß - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen fernablesbaren Magnetkompaß nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Ein solcher Magnetkompaß ist aus der US-PS 3567327 bekannt. Dabei handelt es sich um einen analog arbeitenden Kompaß, bei welchem die Skalenscheibe eine entsprechend der Folge der Kompaßkurswerte in Umfangsrichtung stetig zunehmende Lichtdurchlässigkeit aufweist. Der jeweilige Kompaßkurswert ist also analog der jeweiligen Lichtdurchlässigkeit der zugehörigen Stelle der Skalenscheibe und die optische Abtasteinrichtung erzeugt einen dem jeweiligen Lichtdurchlässigkeitswert entsprechenden elektrischen Strom, der einer Meßbrücke, welche den Signalumsetzer bildet, zugeführt wird. Das ebenfalls als Analogsignal vorliegende Meßbrückenausgangssignal wird in einen entsprechenden Zeigerausschlag eines als Anzeigeeinrichtung dienenden elektrischen Meßinstruments umgesetzt, auf dessen Skala die entsprechenden Kompaßkurswerte aufgetragen sind.

Es ist allgemein bekannt, daß analog arbeitende Meßeinrichtungen eine wesentlich geringere Genauigkeit als digital arbeitende Meßeinrichtungen besitzen, weshalb es wünschenswert ist, einen fernablesbaren Magnetkompaß digital arbeitend und numerisch anzeigend auszubilden.

Aus der US-PS 2 714204 ist eine optisch abtastbare, in einem zyklisch permutierten einschrittigen Digitalcode (Gray-Code) codierte Skalenscheibe für Winkelmeßgeräte bekannt, die also eine digitale Winkelmessung ermöglicht. Diese bekannte Skalenscheibe besitzt eine der verwendeten Bitanzahl entsprechende Anzahl konzentrischer Codespuren, die jeweils aus einer Anzahl von miteinander abwechselnd angeordneten lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Segmenten bestehen, und jeder Codespur der Skalenscheibe ist eine Fühlereinheit einer elektrooptischen Abtasteinrichtung zugeordnet. Das so abgetastete Gray-codierte Signal wird dann in einen Standard-Binärcode umgesetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen fernablesbaren Kompaß der eingangs genannten Art bei möglichst geringem schaltungstechnischem Aufwand digital arbeitend und numerisch anzeigend auszubilden.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegebene Merkmalskombination gelöst.

Die für eine numerische Anzeige im Dezimalsystem erforderliche Umsetzung einer Binärzahl in eine Dezimalzahl mittels eines Binärzählers und eines Dezimalzählers, indem der auf das Komplement der umzusetzenden Binärzahl gesetzte Binärzähler und der zuvor auf Null gestellte Dezimalzähler gleichzeitig von denselben Zählimpulsen eines Zählimpulsgebers an-

gesteuert werden, ist aus der US-PS 3 064889 an sich bekannt.

Der erfindungsgemäße Kompaß weist den Vorteil auf, daß er trotz digitaler Arbeitsweise und numerischer Anzeige mit nur geringem schaltungstechnischem Aufwand, insbesondere mit einem minimalen Verdrahtungsaufwand für die Fernablesung des Kompasses auskommt, denn für die Signalübertragung vom eigentlichen Kompaß zur Anzeigeeinrichtung reicht eine einkanalige Verbindung, also beispielsweise ein einfaches zweiadriges Kabel, aus.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand d«:r Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines fernablesbaren Digitalkompasses,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Skalenscheibe des Kompasses,

Fig. 3 ein Blockschaltbild des Signalunisetzers des Kompasses, und

Fig. 4A und 4B schematisch zwei Möglichkeiten der Skalenscheibencodierung.

Der in Fig. 1 gezeigte Kompaß besitzt ein Kugelgehäuse 10, von dessen Oberteil ein Tragzapfen 12 in das Gehäuseinnere hinabragt. Am unteren Tragzapfenende ist mittels einer Kardanaufhängung 14 ein Rahmen 16 aufgehängt, in welchem ein Kompaßrotor mit einer optisch abtastbaren codierten Skalenscheibe 18 drehbar gelagert ist. Die Kardanaufhängung 14 enthält ein U-förmiges, am unteren Tragzapfenende befestigtes Teil 20, und ein daran mittels Zapfen 24 angelenktes Kardankreuz 22, an welchem mittels Zapfen 30 zwei nach oben ragende Flansche 26 und 28 des Rahmens 16 drehbar befestigt sind.

An der Unterseite der Skalenscheibe 18 ist mittig ein zylindrischer Magnet 32 angeordnet, dessen magnetische Achse parallel zur Nord-Sütl-Achse der Skalenscheibe verläuft. Die Skalenscheibe 18 und der Magnet 32 sind an einer Welle 34 befestigt, die oben und unten in Lagern 38 gelagerte Lagerzpafen 36 aufweist.

Das Gehäuse 10 besteht aus zwei halbkugeligen, mittels Schrauben 44 aneinander befestigten Gehäusehälften 40 und 42, zwischen deren Flanschen ein O-Ring 46 eingelegt ist. Das Gehäuseinnere ist mit einer Dämpfungsflüssigkeit unter Freilassung eines ausreichenden Luftraumes 48 gefüllt, der Wärmedehnungen der Dämpfungsflüssigkeit ermöglicht. Am Gehäuseboden befindet sich eine mittels eines Stopfens 60 verschließbare Eintüllöffnung 58 für die Dämpfungsflüssigkeit.

Der elektrische Anschluß erfolgt über ein Kabel 50, das dicht in eine auf dem Gehäuseoberteil angeordnete Anschlußbox 52 geführt ist und dessen Leiter 54 durch Buchsen 56 flüssigkeitsdicht in das Gehäuseinnere geführt sind.

Fjg. 2 zeigt die Skalenscheibe 18 mehr im einzelnen'die aus lichtdurchlässigem Werkstoff besteht und auf ihrer Oberseite eine Anzahl konzentrischer Codespuren aufweist. Jede Codespur besteht aus einer bestimmten Anzahl von miteinander abwechselnden gleichwinkligen, lichtdurchlässigen und lichtundurchlässigen Segmenten und erzeugt ein Bit eines Mehrbitcodes. Bei diesem Mehrbitcode handelt es sich um einen Gray-Code, bei welchem sich beim Übergang zwischen jeweils zwei benachbarten, jeweils ein Win-

kelgrad der Kompaßteilung darstellenden Codewerten jeweils nur ein einziges Bit ändert. Die Skalenscheibe 18 besitzt neun Codespuren 62α bis 62/, so daß eine Auflösung von einem Winkelgrad erreicht wird. Die innerste Codespur 62ο erzeugt das signifikanteste Bit des Mehrbitcodes.

Gemäß Fig. 1 ist am Rahmen 16 über einem Radius der Skalenscheibe 18 eine optische Abtasteinrichtung 64 angeordnet, die eine Reihe von Fotozellen aufweist. Auf der anderen Seite der Skalenscheibe 18 gegenüber der Abtasteinrichtung 64 befindet sich eine Lichtquelle 68, beispielsweise eine Lichtdiode, deren durch die lichtdurchlässigen Segmente der Codespuren der Skalenscheibe hindurchfallendes Licht von den Fotozellen empfangen wird. Die Abtasteinrichtung 64 erzeugt also jeweils ein Digitalsignal, das den in der jeweiligen Winkelstellung der Skalenscheibe 18 abgetasteten Gray-Codewert darstellt und in einem Signalumsetzer weiterverarbeitet wird, der eine Ausgangsanzeige der jeweiligen Kompaßsteliung liefert.

Der Signalumsetzer ist vorzugsweise in intergrierter Schaltungstechnik aufgebaut und innerhalb des Kompaßgehäuses 10 auf einer auf dem Rahmen 16 angeordneten Schaltungsplatte 17 untergebracht.

Der Signalumsetzer ist in Fig. 3 als Blockschaltbild dargestellt. Die von der Abtasteinrichtung 64 gelieferten, Gray-codierten Signale werden einem Gray-Binär-Umsetzer 70 zugeführt. Hierbei gelangt das signifikanteste Bit der von der Abtasteinrichtung 64 gelieferten Signale über einen Inverter 76. Die Inversion des signifikantesten Bits durch den Inverter 76 ergibt das Komplement der äquivalenten Binärzahl. Die dem Umsetzer 70 zugeführten Signale stellen also eine Gray-codierte Binärzahl mit einem komplementierten signifikantesten Bit dar, und die am Ausgang des Umsetzers 70 erscheinenden Signale stellen die das Komplement der dem jeweils von der Skalenscheibe abgetasteten Gray-Codewert äquivalenten Binärzahl dar.

Die Inversion des signifikantesten Bits kann anstatt mittels eines Inverters 76 auch durch Vertauschung der Codesegmente der entsprehenden Codespur auf der Skalenscheibe erzielt werden.

Die Ausgangssignale des Umsetzers 70 werden unter der Steuerung eines langsamen Taktgebers 80, der die Wiederholungsfrequenz der Skalenscheibenablesung bestimmt, in einen Binärzähler 72 ausgespeichert. Der Zählerstand des Binärzählers 72 wird sodann, gesteuert von Zählimpulsen eines Zählimpulsgebers 78, bis auf einen vorgegebenen Endwert erhöht, der mittels einer Stopschaltung 74 festgestellt wird, die daraufhin ein die Zählimpulserzeugung beendendes Stopsignal abgibt.

Die vom Zählimpulsgeber 78 erzeugten Zählimpulse gelangen außerdem über eine einkanalige Leitung 82 zu einem in einer Fernanzeigeeinheit 84 enthaltenen BCD-Zähler 86, dem eine Anzeigeeinrichtung 88 zur Anzeige des Kompaßkurses nachgeschaltet ist. Der jeweilige erste Impuls der vom Zählimpulsgeber 78 abgegebenen Zählimpulskette wird zur Rückstellung des BCD-Zählers 86 verwendet, weshalb zur Erzielung eines dem jeweiligen Kompaßkurs entsprechenden Zählerstandes des BCD-Zäh!°rs 86 eine Anzahl von Zählimpulsen erforderlich ist, die um Eins größer als die den tatsächlich abgetasteten Kompaßkurs darstellende Zahl ist. Die Stopschaltung 74 erzeugt demgemäß jedesmal dann ein Stopsignal, wenn die Anzahl der vom Zählimpulsge-

her 78 abgegebenen Zählimpulse, welche gleich der Differenz zwischen dem durch das Ausgangssignal des Umsetzers 70 eingestellten Anfangszählerstand und dem Endzählerstand des Binärzählers 72 ist, um Eins größer als die unmittelbar den jeweiligen Kompaßkurs darstellende, in den BCD-Zähler einzubringende Kurswertzahl ist.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel werden gemäß Fig. 4 A Gray-Codewerte verwendet, die Dezimalzahlen von 76 bis 435 entsprechen, wobei das Gray-Codeäquivalent von 76 den Kompaßkurs 0° und das Gray-Codeäquivalent von 435 den Kompaßkurs 359° darstellt. Das Dezimaläquivalent des von der Skalenscheibe 18 abgetasteten Gray-codierten Eingangssignals und das hinzuaddierte Dezimaläquivalent des binärcodierten Ausgangssignals des Umsetzes 70 ergeben die Dezimalzahl 511. Ausgehend von dieser Beziehung sind die relativen Werte zwischen dem Gray-codierten Eingangssignal und dem, dem Binärzähler 72 zugeführten binärcodierten Ausgangssignal leicht bestimmbar. Die wechselseitige Beziehung zwischen dem Gray-codierten Eingangssignal und dem umgesetzten binärcodierten Ausgangssigna des Umsetzers 70 ermöglicht die Verwendung eines in einer Richtung zählenden Zählers, der wenigei komplex als ein sonst erforderlicher reversibler odei

■"' in zwei Richtungen zählender Zähler ist. Außerdem gestattet diese Beziehung der Codewerte die direkte Erzeugung eines den jeweiligen Kompaßkurs darstellenden Ausgangssignals ohne zusätzliche Codeumsetzungen.

H) Bei der eben erwähnten Skalenscheibencodierung zählt der Binärzähler 72 also jeweils bis zu einem Endwert, der das Binäräquivalent der Dezimalzahl 436 darstellt.

Gemäß Fig. 4 B ist es in Abwandlung des obigen

i> Ausführungsbeispiels auch möglich, die Skalenscheibe mit einer im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Folge von Gray-Codewerten zu codieren wobei dann der von der Abtasteinrichtung jeweils abgetastete Codewert eine komplementär co·

2» dierte Darstellung des Kompaßkurses ist und da; signifikanteste Bit nicht mehr invertiert zu werder braucht.

Hierzu 3 Blatl Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Fernablesbarei Magnetkompaß mit einem sich nach dem Erdmagnetfeld ausrichtenden '< Kompaßrohr, der eine optisch abtastbare codierte Skalenscheibe mit die Kompaßkurse darstellenden Codewerten aufweist, weiter mit einer die Skalenscheibe abtastenden optischen Abtasteinrichtung, die jeweils ein den jeweiligen Kompaß- ι» kurs darstellendes Ausgangssignal erzeugt, ferner mit einem dieses Ausgangssignal in ein Anzeigesignal umsetzenden Signalumsetzer und mit einer den jeweils abgetasteten Kurs anzeigenden Anzeigeeinrichtung, gekennzeichnet durch die r> Kombination folgender Merkmale:

a) Die Skalenscheibe (18) ist digital im Gray-Code codiert und weist eine Anzahl von jeweils einem Bit zugeordneten konzentrischen Codespuren (62) mit jeweils einer Anzahl von abwechselnd angeordneten lichtdurchlässigen und (ichtundurchlässigen Segmenten auf und die Abtasteinrichtung (64) enthält eine der Codespurenanzahl entsprechende Anzahl von jeweils einer Codespur zugeordneten lichtempfindlichen Fühlern,

b) der Signalumsetzer weist einen der Abtasteinrichtung nachgeschalteten Gray-Binär-Umsetzer (70) auf, der den jeweils abgetasteten, Gray-codierten Kurswert in ein das «1 Komplement des zugehörigen Binäräquivalents darstellendes Signal umsetzt,

c) der Signalumsetzer weist ferner einen auf das genannte Komplement des abgetasteten Kurswerts setzbaren Binärzähler (72), einen r> Zählimpulsgeber (78), dessen Impulse den Zählerstand des Binärzählers fortwährend um jeweils Eins erhöhen, einen BCD-Zähler (86), dessen Zählerstand durch die Impulse des Zählimpulsgebers vom Zählerstand Null aus ebenfalls um jeweils Eins erhöht wird und dessen Ausgangssignal der Anzeigeeinrichtung (88) zugeführt wird, und eine Stopschaltung (74) zum Anhalten des Zählimpulsgebers auf, und 4-,

d) BCD-Zähler und die Anzeigeeinrichtung sind nur durch eine einkanalige, die Impulse des Zählimpulsgebers führende Leitung (82) mit der übrigen Kompaßanordnung verbunden und der BCD-Zähler wird während jedes Meßvorgangs durch den ersten vom Zählimpulsgeber abgegebenen Impuls auf Null rückgestellt, und die Stopschaltung gibt jeweils dann ein Stopsignal an den Zählimpulsgeber ab, wenn die Anzahl der von diesem erzeugten Zählimpulse um Eins größer als die unmittelbar den jeweiligen Kompaßkurs darstellende, in den BCD-Zähler einzubringende Kurswertzahl ist.

2. Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekenn- bo zeichnet, daß der Signalumsetzer einen das signifikanteste Bit des Gray-codierten Ausgangssignals der Abtasteinrichtung (64) vor der Gray-Binär-Urnsetzung invertierenden Inverter (76) aufweist.

3. Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekenn- _b5 zeichnet, daß die Gray-Codewerte in einer im Gegenuhrzeigersinn umlaufenden Folge auf der Skalenscheibe (18) aufgetragen sind und jeweils das Komplement des Gray-Codewerts des zugehörigen Kompaßkurses darstellen.

4. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Skalenscheibe (18) aufgetragene Folge von Gray-codierten Kurswerten den Dezimalzahlen von 76 bis 435 entspricht.