DE2342793C3 - Fernablesbarer Magnetkompaß - Google Patents
Fernablesbarer MagnetkompaßInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen fernablesbaren Magnetkompaß nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Ein solcher Magnetkompaß ist aus der US-PS 3S67327 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 MeßbrUckenausgangssignal 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 2714204 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 schalfingstechnischem 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 der 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 Signalumsetzers 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 Skalenscheibc 18 ist mittig ein zylindrischer Magnet 32 angeordnet, dessen magnetische
Achse parallel zur Nord-Süd-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 Einfüllöffnung 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 Gehäuseinncre
geführt sind.
Fig. 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 Winkelgrad
der Kompaßteilung darstellenden Codewerten jeweils nur ein einziges Bit ändert. Die Skalenscheibe
18 besitzt neun Codespuren 62« bis 62/. so daß eine Auflösung von einem Winkelgrad erreicht
wird. Die innerste Codespur 62 a 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
ίο aufweist. Auf der anderen Seite der Skalenscheibc 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 Kompaßstellung liefert.
Der Signalumsetzer ist vorzugsweise in intergrierter Schaltungstechnik aufgebaut und innerhalb des Kompaßgehäuses
10 auf einer auf dem Rahmen 16 angeordneten Schaltungsplatte 17 untergebracht.
2r> Der Signalumsetzer ist in Fig. 3 als Blockschaltbild
dargestellt. Die von der Abtasteinrichtung 64 gelieferten, Gray-codierten Signale werden einem Gray-Binär-Umsetzer70
zugeführt. Hierbei gelangt das signifikanteste Bit der von der Abtasteinrichtung 64
jo 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 komplemen-
j-> tierten 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.
mi Die Inversion des signifikantesten Bits kann anstatt
mittels eines Inverters 76 auch durch Vertauschung der Codesegmente der entsprehenden Codespur aul
der Skalenscheibe erzielt werden.
Die Ausgangssignale des Umsetzers 70 werden uii-
4--, ter 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 Zählimpuls-
-,(i gebers 78, bis auf einen vorgegebenen Endweri
erhöht, der mittels einer Stopschaltung 74 festgestellt wird, die daraufhin ein die Zählimpulserzeugung beendendes
Stopsignal abgibt.
Die vom Zählimpulsgeber 78 erzeugten Zähliin-
Vy pulse 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
b0 Zählimpulsgeber 78 abgegebenen Zähiimpulskette
wird zur Rückstellung des BCD-Zählers 86 verwendet, weshalb zur Erzielung eines dem jeweiligen Kompaßkurs
entsprechenden Zählerstandes des BCD-Zählers 86 eine Anzahl von Zählimpulsen erforderlich
b5 ist, di? 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 Zählimpulsne-
ber 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 ilen jeweiligen Kompaßkurs darstellende, in den BCD-Zähler einzubringende
Kurswenzahl 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 Ausgangs*, ^nal
des Umsetzers 70 ermöglicht die Verwendung •.•!•ίο·»
in eii;er Richtung zählenden Zählers, der weni-'er
komplex als ein sonst erforderlicher reversible; 'Hier
in zwei Richtungen zählender Zähler ist. Aulkulem gestattet diese Beziehung der Codewerte die direkte
Erzeugung eines den jeweiligen Kompaßkurs darstellenden Ausgangssignalsohne zusätzliche Codeumsetzungen.
Bei der eben erwähnten Skalenscheibcncodieiung
zählt der Binärzähler 72 also jeweils bis zu einem Endwert, der das Binäräquivalcnt der Dezimalzahl
436 darstellt.
Gemäß Fig. 4B ist es in Abwandlung des obigen Ausführungsbeispiels auch moglieh, die Skalenscheibe
mit einer im Gegenuhr/.eigersinn umlaufenden
Folge von Gray-Codewerlen zu codieren,
wobei dann der von der Abtasteinrichtung jeweils abgetastete Codewert eine komplementär codierte
Darstellung des Kompaßkurses ist und da^
signifikanteste Bit nichl mehr invertiert zu werden braucht.
Hier/u 3 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. Fernablesbarei Magnetkompaß mit einem
sich nach dem Erdmagnetfeld ausrichtenden ">
mpaßrotorJQQftifäüföiuX/Jer 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-
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
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 lichtundurchlässigen 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 to
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 v-,
d)
BCD-Zähler urid 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 y}
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- b0
zeichnet, daß der Signalumsetzer einen das signifikanteste Bit des Gray-codierten Ausgangssignals
der Abtasteinrichtung (64) vor der Gray-Binär-Umsetzung invertierenden Inverter (76) aufweist.
3. Kompaß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
EI | Miscellaneous see part 3 | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |