DE2534347A1

DE2534347A1 - Festkoerperkompass

Info

Publication number: DE2534347A1
Application number: DE19752534347
Authority: DE
Inventors: Robert P Benjamin; Harley D Peter
Original assignee: E Systems Inc
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1974-08-05
Filing date: 1975-08-01
Publication date: 1976-02-19
Also published as: CA1027352A; JPS5141553A; US3952420A; GB1498443A; AR206533A1; JPS5415495B2; BR7504436A; MX3072E

Description

UEXKÜLL Λ STOLQERG PATENTANWÄLTE

BESELERSTRASSE 4

DR. J.-D. FRHR. von UEXKÜLL

OR. ULRICH GRAF STOLBERQ DIPL.-INQ. JÜRGEN SUCHANTKE

Ε-Systems, Inc. Prio: 5. August 1974

P.O.BOX 6030 ^{ÜS 494 62}° - ¹²³³⁴

Dallas, Texas 75222 / V.St.A.

Hamburg, den 31. Juli 1975

Festkörperkompaß

Die Erfindung betrifft einen mit elektronischen Bauelementen aufgebauten Festkörperkompaß.

Es sind bereits Kompasse unter Verwendung von Hall-Sonden zur Feststellung des Steuerkurswinkels bekannt. Der Einsatz von Hall-Sonden in derartigen Kompassen verringert die Anzahl der sich bewegenden Teile bereits beträchtlich. Ein Nachteil dieser bekannten Kompasse liegt aber darin, daß die Hall-Sonden zur Anregung Sinus- und Kosinusschwingungen benötigen, die bislang nur mit analogen Schaltungen verwirklichbar waren. Daher waren digitale Schaltungen mit all ihren Vorteilen in derartigen Kompassen nur begrenzt einsetzbar. Außerdem sprechen die bekannten Kompasse, in denen impulsbreitenmodulierte Signale zur Erzeugung einer Ausgangsgleichspannung integriert werden, relativ langsam auf eine Änderung des Steuerkurswinkels an. Ein weiterer Nachteil der bekannten Aialog-Kompasse liegt

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-ν

in der Verwendung von Ableseskalen, deren Ablesung aufgrund der Skalenbewegung und der Ablesefehler ungenau ist. Kompasse mit sich bewegenden Teilen sind daher unter schwierigen Bedingungen schlecht einsetzbar. Obgleich die Ausgangssignale von Analog-Kompassen in digitale Signale umsetzbar und digital auslesbar sind, benötigt ein derartig digital anzeigender Analog-Kompaß zusätzliche Schaltungs- und Bauelemente, die seine Abmessungen vergrößern und ihn daher auch unwirtschaftlieh machen.

Es ist demgegenüber Aufgabe der Erfindung, einen mit digitalen Festkörperbauelementen aufgebauten Kompaß ohne sich bewegende Teile zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe dient ein Festkörperkompaß, welcher gekennzeichnet ist durch einen Taktgeber zur Erzeugung einer Folge von ersten Taktimpulsen mit einer ersten vorgegebenen Frequenz, durch einen Hall-Generator zur Erzeugung eines dem Steuerkurswinkel zwischen dem magnetischen Nordpol und der Längsachse des Hall-Generators entsprechenden Steuerkurssignals, durch einen mit dem Taktgeber verbundenen und auf dessen Signale ansprechenden Taktimpulsgenerator zur Erzeugung eines Bezugssignals und einer Reihe von zweiten Taktimpulsen, durch eine mit dem Taktimpulsgenerator verbundene und auf die Taktimpulse ansprechbare Treiberschaltung zur Erzeugung von Treibimpulsen für den Hall-Generator, durch einen

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auf die ersten Taktimpulse und die Bezugssignale ansprechenden und mit dem Taktgeber und dem Taktimpulsgenerator verbundenen Start-Signalgenerator zur Erzeugung von einer Reihe von START-Signalen mit einer zweiten vorgegebenen Frequenz, durch einen Zähler für die ersten Taktimpulse, und durch eine auf das START-Signal zur Freigabe des Zählers und Auslösung der ersten Taktimpulse ansprechende und den Hall-Generator und den Taktgeber verbindenden Steuerung zur Sperrung des Zählers, wenn der Zählerstand dem Steuerkurswinkel entspricht.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

Figur 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Kompasses;

Figur 2 ein Blockschaltbild einer ersten Divisionsschaltung aus Figur 1;

Figur 3 ein Blockschaltbild einer zweiten Divisionsschaltung aus Figur 1;

Figur 4 eine schematische Darstellung der Treiberschaltung aus Figur 1;

Figur 5 ein Schaltbild des Start-Signalgenerators aus Figur 1;

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Figur 6 ein Schaltbild des Verstärker-Begrenzers aus Figur 1; Figur 7 ein Schaltbild des Stop-Signalgenerators aus Figur 1; Figur 8 ein Schaltbild der Zählerfreigabeschaltung aus Figur 1;

Figur 9 ein Impulsdiagrainm der verschiedenen erzeugten Signalfolgen; und

Figur 10 ein weiteres Impulsdiagramm.

Figur 1 zeigt einen mit einem Taktgeber 1 verbundenen Puffar 3 zur Erzeugung von ersten Taktimpulsen CL mit einer ersten vorgegebenen Frequenz. Mittels einer Divisionsschaltung 5 wird die Frequenz der Taktimpulse CL durch einen Faktor 30 geteilt. Das Ausgangssignal T der ersten Divisionsschaltung wird an eine zweite Divisionsschaltung 7 gelegt, die wiederum um einen Faktor 12 unterteilt. Die beiden Divisionsschaltungen 5 und 7 teilen die Taktimpulse CL somit um einen Faktor 360 herunter. Die zweite Divisionsschaltung 7 versorgt eine Treiberschaltung 9 mit Taktimpulsen T1, T2, T3 und T4. Außerdem erzeugt die zweite Divisionsschaltung 7 ein Bezugssignal REF für einen Inverter 11. Die Treiberschaltung 9 liefert Treibimpulse an den Klemmen 16, 18, 20, 22, 24 und 26 für einen Hall-Gene rator, bestehend aus einer Querrichtungs-Hall-Sonde 13 und einer Steuerkurs-Hall-Sonde 15. Die Treibimpulse werden an

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- r-

die Eingänge 17 und 19 der Querrichtungssonde 13 und an die Eingänge 21 und 23 der Steuerkurssonde 15 gelegt. Ein Ausgang 25 der Steuerkurssonde ist geerdet, und ein anderer Ausgang 27 wird mit der Treiberschaltung 9 verglichen und mit einem Ausgang 29 der Querrichtungssonde 13 verbunden. Der andere Ausgang 31 der Querrichtungssonde 13 liefert ein Steuer kurssignal H an eine Verstärker- und Begrenzerschaltung 33. Die Verstärker-Begrenzerschaltung 33 formt das Steuerkurssignal H zu einer Rechteckspannung H1 für einen Stop-SignaL-generator 35.

Ein Start-Signalgenerator 37 erhält einen Taktimpuls an einem Eingang und ein invertiertes Bezugssignal REF vom Ausgang des Inverters 11. Der Start-Signalgenerator 37 liefert einen invertierten Taktimpuls CL für den Stop-Signalgenerator 35. Außerdem liefert der Start-Signalgenerator 37 einen Rückstellimpuls RESET, einen Start-Impuls START und einen invertierten Abtastimpuls STROBE. Der Start-Impuls START, der Stop-Impuls STOP und der invertierte Abtastimpuls STROBE werden an eine Zählerfreigabeschaltung 39 gelegt. Ein Zählerfreigabeimpuls CE wird an ein UND-Gatter 41 zusammen mit dem Taktimpuls CL geführt. Das UND-Gatter 41 liefert einen gegateten Taktimpuls GCL an einen Zähler 43. Der Zähler 43 erhält außerdem den RESET-Impuls vom Start-Signalgenerator 37 und liefert in der vorliegenden Ausführungsform ein dreistellig binär kodiertes Signal an einen Speicher 45. Der STROBE-Impuls vom Start-Signal-

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generator 37 wird über einen Inverter 47 geführt und als STROBE-Impuls an den Speicher 45 gelegt, der ein dreistelliges/ binär kodiertes Signal an eine Anzeige oder Ausleseeinheit 49 liefert.

Die ersten und zweiten Divisionsschaltungen 5 und 7 bilden einen Taktimpulsgenerator, während der Verstärker-Begrenzer 33/ der Stop-Signalgenerator 35, die Zählerfreigabeschaltung 39 und das Gatter 41 zusammen eine Steuerung bilden. In einer Ausführung der Erfindung entspricht logisch "0" dem Erdpotential und logisch "1" etwa 9 Volt.

Figur 2 zeigt die erste Divisionsschaltung 5 in Einzelheiten. Der Taktimpuls CL liegt am Eingang 51 einer integrierten Schaltung C1. Die Anschlüsse 53 und 55 der integrierten Schaltung C1 sind miteinander verbunden und bilden dadurch einen durch zehn teilenden Schaltkreis. Der Anschluß 55 liegt außerdem an den Taktimpulsanschlüssen von zwei D-Flip-Flops FF1 und FF2. Die Stell- und Rückstellanschlüsse der Flip-Flops FF1 und FF2 sind geerdet. Der Q-Ausgang des FF1 ist mit dem Dateneingang des Flip-Flops FF2 verbunden. Der Q-Ausgang von FF1 liegt außerdem am Eingang eines Gatters 57. Der andere Eingang des Gatters 57 ist mit dem Q-Ausgang des Flip-Flops FF2 verbunden. Der Ausgang des Gatters 57 liegt am Dateneingang des Flip-Flops FF1. Der invertierte Q-Ausgang von FF2 liefert den Ausgangsim-

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puls T der ersten Divisionsschaltung 5. Die Anordnung der Flip-Flops FF1 und FF2 bildet eine durch drei teilende Schaltung.

Figur 3 zeigt die internen Verbindungen der zweiten Divisionsschaltung 7 in Einzelheiten. Der Eingangsimpuls T wird an die Anschlüsse 59 und 61 der integrierten Schaltungen C2 bzw. C3 gelegt. Alle drei erwähnten integrierten Schaltungen C1, C2 und C3 sind RCA-integrierte Schaltungen Nr. CD 4018AE, und alle Flip-Flops sind RCA-Flip-Flops Nr. CD4O13AE. Ein anderer Eingang 63 der integrierten Schaltung C2 ist mit dem Ausgang eines Gatters 65 verbunden. Ein zweiter Eingang 67 der integrierten Schaltung C3 liegt an einem Ausgang 69 der integrierten Schaltung C2. Ein weiterer Ausgang 71 von C2 liefert den Taktimpuls T1. Ein Ausgang 73 des IC C3 liefert den Taktimpuls T2 und am Ausgang 75 von C2 erscheint der Ausgangsimpuls T3. Der Ausgang 75 von IC. C2 liegt außerdem über einen Inverter 77 an einem Eingang des Gatters 65. Der andere Eingang des Gatters 65 ist mit dem Ausgang 79 verbunden. Der Ausgang 81 von IC C3 liefert das Bezugssignal REF, während am Ausgang 83 von IC C3 der Taktimpuls T4 erscheint.

In der ersten integrierten Schaltung C1 entsprechen die Anschlüsse 51, 53 und 55 jeweils den mit den Herstellungsbe zeichnungen versehenen Anschlüssen CL, D und Q5. Die vom Hersteller mit R, PE und J1-J5 bezeichneten Anschlüsse sind alle bei 85 geerdet. In der zweiten integrierten Schaltung C2 entsprechen die Anschlüsse 59, 63, 71, 75 und 69 jeweils den

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• ί ·

mit den Herstellungsbezeichnungen CL, D, Q1, Q4 und Q5 bezeichneten Anschlüssen. In der dritten integrierten Schaltung C3 entsprechen die Anschlüsse 61, 67, 73, 79, 81 und 83 jeweils den mit den Herstellungsbezeichnungen gekennzeichneten Anschlüssen CL, D, Q2, Q3, Q4 und Q5. In beiden ICs C2 und C3 sind die vom Hersteller mit R, PE und J1 bis J5 bezeichneten Anschlüsse jeweils gemäß den Bezugszeichen 87 und 89 geerdet. Es bleiben auch Anschlüsse der drei ICs C1, C2 und C3 sowie der Flip-Flops unangeschlossen. Die dargestellten Verbindungen der ICs C2 und C3 bilden eine durch 12 teilende Schaltung mit besonders zum Treiben von Hall-Generatoren geeigneten Wellenformen, die einen Anteil von niederen harmonischen Schwingungen sowie eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen.

Figur 4 zeigt die internen Verbindungen der Treiberschaltung in Einzelheiten. Der Taktimpuls T1 liegt an einem Inverter 91, dessen Ausgang über einen Widerstand 93 mit der Basis eines Transistors 95 verbunden ist. Der Taktimpuls T2 liegt am Eingang eines Inverters 97, dessen Ausgang mit dem Eingang eines weiteren Inverters 99 verbunden ist und dessen Ausgang wiederum über einen Widerstand 101 an der Basis eines Transistors 103 liegt. Der Taktimpuls T3 liegt an einem Inverter 105, dessen Ausgang über einen Widerstand 107 an der Basis eines Transistors 109 liegt. Der Taktimpuls T4 wird an einen Inverter 111 geführt, dessen Ausgangssignal an den Eingang eines weiteren Inverters 113 gelegt wird und vom Ausgang des Inverters 113

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.4.

über einen Widerstand 115 der Basis eines Transistors 117 zugeführt wird. Die Emitteranschlüsse der vier Transistoren 95, 103, 109 und 117 sind alle positiv vorgespannt, beispielsweise mit 9 Volt. Der Kollektoranschluß des Transistors 95 liegt über einen Widerstand 119 an einem Anschluß eines Kondensators 121. Der andere Anschluß des Kondensators 121 ist über einen Widerstand 123 mit dem Kollektoranschluß des Transistors 103 verbunden. Auf ähnliche Weise ist der Kollektor des Transistors 109 über einen Widerstand 125 mit einem Anschluß eines Kondensators 127 verbunden. Der andere Anschluß des Kondensators liegt über einen Widerstand 129 am Kollektor des Transistors 117. Die Primärwicklung eines Transformators TR1 liegt an den beiden Anschlüssen des Kondensators 121. Auf ähnliche Weise liegt die Primärwicklung eines zweiten Transformators TR2 an den beiden Anschlüssen des Kondensators 127. Die Primärwicklungen der beiden Transformatoren TR1 und TR2 weisen jeweils eine geerdete Mittelanzapfung auf. Zwischen den beiden Enden der Sekundärwicklung des Transformators TR1 liegt ein Potentiometer 131. Zwischen den Anschlüssen der Sekundärwicklung des zweiten Transformators TR2 liegt ebenfalls ein Potentiometer 133. Der Schleifer des Potentiometers 131 ist mit der Klemme 18, und der Schleifer des Potentiometers 133 mit der Klemme 24 verbunden. Ein Endanschluß des Potentiometers 131 liegt an der Klemme 16, das andere Ende an der Klemme 20. In ähnlicher Weise liegen die Anschlüsse des Potentiometers 133 an den Klemmen 22 und 26. Mittels der Potentiometer 131 und

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133 sind unabgeglichene Hall-Generatoren abgleichbar. Die an den Klemmen 16, 18, 20, 22, 24 und 26 auftretenden Treiboder Anregungsimpulse werden auf die in Figur 1 gezeigte Weise an die Hall-Sonden gelegt. Die Transistoren 95 und 103 sind Schalter für eine erste Folge von Taktimpulsen T1 und T2, und die Transistoren 109 und 117 sind zweite Schalter für eine zweite Folge von Taktimpulsen T3 und T4. Der Kondensator 121 und die Primärwicklung des Transformators TR1 bilden einen ersten, und der Kondensator 127 und die Primärwicklung des Transformators TR2 einen zweiten Schwingkreis.

Figur 5 zeigt die internen Verbindungen des Start-Signalgenerators 37 in Einzelheiten. Die Flip-Flop-Schaltung FF3 erhält am Taktimpulseingang den Taktimpuls CL, und am Dateneingang das invertierte Bezugssignal REF. Der Taktimpuls CL liegt außerdem an einem Inverter 135, von dem ein invertiertes Signal CL an den Taktimpulseingang eines weiteren Flip-Flops FF4 geführt wird. Der invertierte Taktimpuls CL erscheint außerdem am Ausgang des Start-Signalgenerators 37. Der Q-Ausgang des Flip-Flops FF3 ist mit dem Dateneingang des Flip-Flops FF4 verbunden. Der Q-Ausgang von FF3 liefert außerdem das START-Ausgangssignal. Die Stell- und Rückstellanschlüsse der beiden Flip-Flops FF3 und FF4 sind beide geerdet. Der Q-Ausgang von FF4 liegt an einem Eingang eines Gatters 137, an dessen anderem Eingang das START-Signal liegt. Am Ausgang des Gatters 137 erscheint der RESET-Impuls des

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Start-Signalgenerators 37. Das REF-Signal liegt außerdem an einem Eingang eines weiteren Gatters 139. Der andere Eingang des Gatters 139 ist mit dem Q-Ausgang des Flip-Flops FF3 verbunden. Am Ausgang des Gatters 139 erscheint das STROBE-Signal als Ausgang des Start-Signalgenerators 37.

Figur 6 zeigt die Verstärker-Begrenzerschaltung 33 in Einzelheiten. Das Steuerkurssignal H von den Hall-Sonden 13 und 15 liegt an einem Ende der Primärwicklung eines Transformators T3, deren anderes Ende geerdet ist. Zwischen den Enden der Sekundärwicklung des Transformators TR3 liegt ein Kondensator 141, der zusammen mit der Sekundärwicklung einen Schwingkreis bildet. Ein Anschluß des Kondensators 141 liegt an einem Spannungsteiler, bestehend aus den Widerständen 144 und 143 sowie an einem Eingang eines Verstärkers 145. Der Widerstand 143 ist mit seinem anderen Ende geerdet. Das andere Ende des Kondensators 141 liegt an einem zweiten Eingang des Verstärkers 145. Das andere Ende des Widerstandes 144 liegt an einer positiven Spannung, die auch dem Verstärker 145 zugeführt wird. Der Verstärker 145 liegt einerseits direkt sowie über einen Widerstand 147 auf Erdpotential. Das Eingangssignal zum Verstärker 145 ist im wesentlichen sinusförmig. Diese Sinusform wurde aufgrund der Filterwirkung von TR1 und Kondensator 121, TR2 und Kondensator 127 sowie TR3 und Kondensator 141 digital erzeugt. Der Verstärker 145 verstärkt und begrenzt das sinusförmige Eingangssignal im wesentlichen zu einem Rechtecksignal für die weitere digitale Verarbeitung. Am Ausgang des Verstärkers 145 erscheint ein invertier-

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• ff, ·

tes geändertes Steuerkurssignal H1, das wiederum über einen Inverter 149 geführt wird, um ein geändertes Steuerkurssignal H1 aus der Verstärker-Begrenzerschaltung 33 zu erhalten.

Figur 7 zeigt den Stop-Signalgenerator 35 mit zwei Flip-Flops FF5 und FF6. Das geänderte Steuerkurssignal H1 liegt am Taktimpulseingang von FF5. Am Dateneingang von FF5 liegt eine positive Bezugsspannung entsprechend logisch "1". Die Stelleingänge von FF5 und FF6 sowie der Rückstelleingang von FF6 sind geerdet. Der Q-Ausgang von FF5 liegt am Dateneingang yon FF6 und liefert außerdem das STOP-Signal aus dem Stop-Signalgenerator 35. Der invertierte Taktimpuls CL liegt am Taktimpulseingang von FF6. Der Q-Ausgang von FF6 ist mit dem Rückstelleingang von FF5 rückverbunden.

Figur 8 zeigt den Aufbau der Zählerfreigabeschaltung 39 in Einzelheiten, bestehend aus einem Flip-Flop FF7, einem Inverter 151 und einem Gatter 153. Das START-Signal liegt an dem Taktimpulseingang von FF7, dessen Dateneingang auf logisch "1" oder einem positiven Bezugspotential liegt. Das STOP-Signal liegt an dem Rückstelleingang von FF7 und der Stelleingang ist geerdet. Der STROBE-Impuls liegt an dem Inverter 151, dessen Ausgang mit dem Eingang des Gatters 153 verbunden ist. Der andere Eingang des Gatters 153 ist mit dem Q-Ausgang von FF7 verbunden. Am Ausgang des Gatters 153 erscheint das von der Zählerfreigabeschaltung 139 erzeugte Zählerfreigabesignal CE.

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Im Betrieb liefert der Taktgeber 1 im wesentlichen Rechteckimpulse mit einer ersten vorgegebenen Frequenz an einen Puffer 3, der seinerseits Taktimpulse CL an die erste und zweite Divisionsschaltung 5 bzw. 7 liefert. Figur 10 zeigt die Kurvenform des am Ausgang des Puffers 3 erscheinenden Taktimpulses CL. Mittels der ersten und zweiten Divisionsschaltungen 5 und 7 ist der Taktimpuls CL durch 360 teilbar, d.h. für jeweils 360 positive Flanken der ersten Taktimpulse CL ergibt sich jeweils eine positive Flanke in den von der zweiten Divisionsschaltung 7 stammenden Impulsen REF, T1, T2, T3 und T4. Die Bezugsspannung REF fällt auf logisch ¹JO", also auf etwa 0 Volt oder Erdpotential, unmittelbar vor dem Zeitpunkt 0 in Figur 9 ab. Das Bezugssignal REF nimmt seinen höheren Wert an, also steigt auf logisch "1" entsprechend 9 Volt, zwischen den Taktimpulsen 119 und 120. Zur Erläuterung wird ein Auslesezyklus mit 360 positiven Flanken des Taktimpulses CL beschrieben. Das Bezugssignal REF wird durch den Inverter 11 invertiert und ist in Figur 10 dargestellt. Die gestrichelten Linien in Figur 10 entsprechen einer Folge von Taktimpulsen gemäß der Abszissenmarkierung. Ατη Dateneingang des Flip-Flops FF3 des Start-Signalgenerators 37 erscheint das invertierte REF-Bezugssignal und an seinem Taktimpulseingang der Taktimpuls CL. Erscheint an einem D-Flip-Flop logisch "1" am Dateneingang, dann geht der Q-Ausgang des Flip-Flops mit der nächsten positiven Flanke des am Taktimpulseingang auftretenden Impulses von "0" auf "1". Da das invertierte Bezugssignal REF unmit-

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telbar vor jedem Auslesezyklus, also zwischen den Zählungen 359 und O oder 360 von "0" auf "1" geht, geht das START-Signal am Ausgang von FF3 ebenfalls mit dem nächsten ansteigenden Taktimpuls CL von "0" auf "1". Somit geht das START-Signal am Anfang jedes Auslesezyklusses bei der Zählung Null von "0" auf "1", wie es Figur 10 zeigt. Auf ähnliche Weise geht das am Ausgang Q des D-Flip-Flops auftretende Signal mit der nächsten positiven Flanke am Taktimpulseingang von "1" auf "0", wenn das am Dateneingang auftretende Signal abfällt. Geht daher das invertierte Bezugssignal REF nach dem Zählimpuls 119 von "1" auf "0", dann geht das START-Signal beim Zählimpuls 120 mit einer positiven Flanke des Taktimpulses auf logisch "0". Das in Figur 10 dargestellte START-Signal wird demnach nur einmal je Auslesezyklus erzeugt.

Die Beziehung der Taktimpulse T1, T2, T3 und T4 untereinander ist in Figur 9 dargestellt. Die Inverter innerhalb der Treiberschaltung 9 legen die Impulse ΤΪ, T2, T~3 und T4 an die Transistoren 95, 103, 109, bzw. 117. die Transistoren leiten, wenn an ihrer Basis logisch "0" erscheint. Sobald die Transistoren 95 oder 103 leitfähig sind, werden positive Impulse in dem Schwingkreis, bestehend aus dem Kondensator 121 und der Primärwicklung des Tranformators TR1 erzeugt. Die Parameter des Kondensators 121 und der Primärwicklung des Transformators TR1 sind so gewählt, daß der Schwingkreis ein Signal mit einer Periode von 360 Taktimpulsen erzeugt, also mit der gleichen Periode wie für den Auslesezyklus. Sind die Tran-

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sistoren 109 oder 117 leitfähig, dann kann der aus dem Kondensator 127 und der Primärwicklung des Transformators TR2 bestehende Schwingkreis schwingen. Auch in diesem Schwingkreis sind die Parameter so gewählt, daß er 360 Taktimpulse liefert. In Figur 9 befindet sich ΤΪ zwischen den Taktimpulsen 120 und 240 auf logisch "0", und der Transistor 95 ist daher unmittelbar von vor dem Taktimpuls 120 bis kurz vor dem Taktimpuls 240 gesperrt. D.h., daß der Transistor 95 120 Taktimpulse lang leitfähig ist, die symmetrisch zu einem unmittelbar vor dem 180-sten Taktimpuls liegenden Zeitpunkt angeordnet sind. Der Taktimpuls T2 geht unmittelbar vor dem Taktimpuls 300 von "1" auf "0" und bleibt auf logisch "0" bis unmittelbar vor dem Taktimpuls 60 des nächsten Auslesezyklus. Somit leitet der Transistor 103 über einen Zeitraum von 120 Taktimpulsen, die symmetrisch zu einem unmittelbar vor dem Anfang jedes Auslesezyklus liegenden Zeitpunktes liegen. Befindet sich T~3 auf logisch "0", dann leitet der Transistor 109 und aktiviert den aus dem Kondensator 127 und der Primärwicklung des Tranformators TR2 gebildeten Schwingkreis über einen Zeitraum von 120 Taktimpulsen, die symmetrisch zu einem unmittelbar vor dem Taktimpuls 270 liegenden Zeitpunkt liegen. Der Transistor 117 leitet bei auf logisch "0" liegendem Taktimpuls T4 für einen Zeitraum von 120 Taktimpulsen, welcher symmetrisch zu einem unmittelbar vor dem Taktimpuls 90 liegenden Zeitpunkt liegt. Die Wirkung der aufeinanderfolgenden Aktivierung der beiden Schwingkreise von zwei verschiedenen Seiten liegt in der Er-

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zeugung von Treib- oder Anregungsimpulsen in Sinus- oder Kosinusform aus Taktimpulsen, die im wesentlichen rechteckig sind. Der erste, aus dem Kondensator 121 und der Primärwicklung des Transformators TR1 gebildete Schwingkreis liefert einen Kosinusimpuls an den Klemmen 16 und 20 der Treiberschaltung 9. Dieser Kosinusimpuls hat eine dem Auslesezyklus entsprechende Periode von 360 Taktimpulsen beginnend zur Zeit 0 in Figur 10. Der zweite Schwingkreis, bestehend aus dem Kondensator 127 und der Primärwicklung des Transformators TR2 erzeugt ein sinusförmiges Treib- oder Anregungssignal an den Klemmen 22 und 26 der Treiberschaltung 9, welches eine Periode von 360 Taktimpulsen oder einen Auslesezyklus hat, der mit dem Zeitpunkt 0 in Figur 10 beginnt.

Durch die besondere Anordnung der Steuerkurs- und der Querrichtungs-Hall-Sonde sowie deren Verbindung untereinander werden die Ausgangssignale der Steuerkurs-Hall-Sonde 15 und der Querrichtungs-Hall-Sonde 13 zur Erzeugung des Steuerkurssignals H zusammengefaßt, das im vorliegenden Fall sinusförmig ist und eine Periode von 360 Taktimpulsen oder von einem Auslesezyklus hat, jedoch bezüglich der O-Achse um einen der Größe des im Uhrzeigersinn gemessenen Steuerkurswinkels zwischen der Längsachse der Steuerkurs-Hall-Sonde 15 und dem magnetischen Nordpol entsprechenden Betrag versetzt ist. Da ein Auslesezyklus 360 Taktimpulse aufweist und die Treiberschaltung 9 Sinus- und Kosinusschwingungen mit einer Periode von 360° er-

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zeugt, die mit den 360 Taktimpulsen eines Auslesezyklus zusammenfallen, so entspricht der Zählerstand, bei dem das sinusförmige Steuerkurssignal das erste Mal positiv bezüglich der O-Achse wird, dem im Uhrzeigersinn gemessenen Steuerkurswinkel in Grad zwischen dem magnetischen Nordpol und der Längsachse der Steuerkurs-Hall-Sonde 15. Daher wird durch Bestimmung des Zählerstandes, bei dem das Steuerkurssignal H während jedes Auslesezyklus zum ersten Mal positiv wird, der Winkel zwischen dem magnetischen Nordpol und der Steuerkurs-Hall-Sonde 15 bestimmt.

Es sei angenommen, daß die Steuerkurs-Hall-Sonde 15 einen Winkel von 120 im Uhrzeigersinn zum magnetischen Nordpol einschließt. Die in Figur 6 dargestellte Verstärker-Begrenzerschaltung 33 kann das sinusförmige Steuerkurssignal verstärken und anschließend zur Erzeugung eines geänderten Steuerkurssignals H1 gemäß Figur 10 begrenzen. Beträgt der Winkel für die Steuerkurs-Hall-Sonde 15 120°, dann wird das geänderte Steuerkurssignal H1 nach dem 120-sten Zählimpuls während des Auslesezyklus positiv. Die Verstärkung der Verstärker-Begrenzerschaltung 33 ist so gewählt, daß das geänderte Steuerkurssignal H1 innerhalb eines halben Zählimpulses von seinem Nulldurchgang an gerechnet logisch "1" erreicht. Das geänderte Steuerkurssignal H1 geht nach 180 Zählimpulsen beim Zählerstand 300 auf logisch "0" runter.

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Das geänderte Steuerkurssignal H1 erscheint am Taktimpulseingang von FF5 des Stop-Signalgenerators 35. Da der Dateneingang von FF5 auf einer logisch "1"-Bezugsspannung liegt, geht der Q-Ausgang von FF5 oder das STOP-Signal von "0" auf "1", wenn das geänderte Steuerkurssignal H1 von "0" auf "1" geht. Nach Figur 10 geht das geänderte Steuerkurssignal H1 nach einem Zählerstand von 120 von "0" auf "1" und das STOP-Signal geht nachfolgend auf logisch "1". Wenn das STOP-Signal von "0" auf "1" geht, dann geht der Q-Ausgang von FF6 mit der nächsten an seinem Taktimpulseingang auftretenden positiven Flanke von "0" auf "1", da der Q-Ausgang von FF5 mit dem Dateneingang von FF6 verbunden ist. Somit geht der Q-Ausgang von FF6 in der Mitte zwischen den Zählimpulsen 120 und 121 auf "1", wenn die nächste positive Flanke von ClJ erscheint. Da der Q-Ausgang von FF6 mit dem Rückstelleingang von FF5 rückverbunden ist, wird FF5 beim Sprung des Q-Ausgangssignales auf "1" von FF6 rückgestellt und der Q-Ausgang von FF5 geht wieder auf logisch "O" runter und erwartet die nächste positive Flanke des geänderten Steuerkurssignals H1 während des nächsten Auslesezyklus. Auf diese Weise wird ein STOP-Signal nach einer mit einem START-Signal beginnenden Anzahl von Taktimpulsen erzeugt, welche dem Winkel zwischen dem magnetischen Nordpol und der Steuerkurs-Hall-Sonde 15 entsprechen.

Am Taktimpulseingang von FF7 der Zählerfreigabeschaltung 39 gemäß Figur 8 tritt das START-Signal auf. Ea der Dateneingang

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von FF7 auf logisch "1" liegt, geht der Q-Ausgang von FF7 mit einem positiv laufenden Impuls des START-Signals auf "0". Das STOP-Signal liegt am Rückstelleingang von FF7 und FF7 wird daher zurückgestellt, wenn das STOP-Signal auftritt, wobei der Q-Ausgang von FF7 wiederum auf "1" geht. Im vorliegenden Fall, bei dem das STOP-Signal nach einem Zählerstand von 120 auf "1" geht, geht der Q-Ausgang von FF7 bzw. das an ihm auftretende Signal FF7 beim Zählerstand 0 in Abhängigkeit vom START-Signal auf "0" und in Abhängigkeit vom STOP-Signal nach einer Zählung von 120 Zählimpulsen wieder auf "1".

Das STROBE-Signal des Start-Signalgenerators 37 gemäß Figur geht auf ¹¹O", wenn das REF-Signal auf "1" und der Q-Ausgang von FF3 ebenfalls auf "1" liegt. Da das Q-Ausgangssignal von FF3 im wesentlichen der invertierte Q-Ausgang von FF3 des START-Signals ist, geht das STROBE-Signal zu einem Zeitpunkt auf "O", der einem Zählerstand von 359-1/2 entspricht und bei einem Zählerstand von 360 oder O gemäß Figur 10 wieder auf Il A Il

Das STROBE-Signal wird im Inverter 151 der Zählerfreigabeschaltung gemäß Figur 8 invertiert und mit dem Ausgang FF7 an das Gatter 153 gelegt. Sind beide Signale STROBE und FF7 auf logisch "O", dann liegt das Zählerfreigabesignal CE auf logisch "1". Somit geht das CE-Signal beim Zählerstand O auf "1" und zwischen den Zählimpulsen 120 und 121 wieder auf logisch "0" runter, da der Winkel zwischen dem magnetischen Nordpol

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und der Steuerkurs-Hall-Sonde 120 beträgt. Hieraus folgt, daß das CE-Signal während jedes Auslesezyklus zu einem Zeitpunkt, der dem Zählerstand 0 in Abhängigkeit von der Erzeugung eines START-Signals entspricht auf logisch "1", und während jedes Auslesezyklus zu einem von dem STOP-Signal bestimmten Zeitpunkt auf logisch "0" liegt. Da das Intervall zwischen einem START-Signal und einem STOP-Signal der Anzahl der Grade der Abweichung der Steuerkurs-Hall-Sonde 15 vom magnetischen Nordpol entspricht, liegt das Zählerfreigabesignal während jedes Auslesezyklus solange hoch, wie es dem Steuerkurswinkel entspricht.

Das in Figur 1 dargestellte Gatter 41 gestattet die übertragung von Taktimpulsen CL an den Zähler 43, während gleichzeitig das Zählerfreigabesignal CE auf "1" liegt. Während des Auslesezyklus liest der Zähler daher eine Anzahl von Taktimpulsen ein, die der Anzahl von Graden entsprechen, die zwischen dem magnetischen Nordpol und der Längsachse der Hall-Sonde 15 liegen. Dieser Zählerstand wird in Form eines dreistelligen binär kodierten Dezimalsignals an den Speicher 45 übertragen. Der Speicher 45 spricht auf das zwischen den Zählimpulsen 359 und 0 am Ende jedes Auslesezyklus auftretende STROBE-Signal an, und hält den zu diesem Zeitpunkt im Zähler vorhandenen Zählerstand zur übertragung an eine Auslese- oder Anzeigeeinheit 49 fest. Die übertragung an die Anzeigeeinheit 49 erfolgt während des nächstfolgenden Zyklus, während dem der Steuerkurs-

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winkel erneut festgestellt wird. Der Speicher hält den Zählerstand solange fest, bis das nächstfolgende STROBE-Signal oder Auslesesignal erscheint und im Speicher 45 der neue Zählerstand an die Stelle des alten Zählerstandes tritt.

Das RESET-Signal wird von dem Start-Signalgenerator 37 gemäß Figur 5 erzeugt. Das RESET-Signal geht immer auf "1", wenn das START-Signal auf "1" liegt und der Q-Ausgang von FF4 oder FF4 auf "1" geht. Somit geht das RESET-Signal bei einem Zählerstand Null auf "1", aber vor dem Zählerstand 1 auf logisch "O" wieder runter. Auf diese Weise überträgt das STROBE-Signal den Zählerstand im Zähler 43 tatsächlich an den Speicher nach 359 Zählimpulsen, um sicherzustellen, daß ein Abweichungswinkel von 359° einlesbar ist, und nachdem dieser Zählerstand im Speicher 45 festgehalten wurde, wird der Zähler 43 zurückgestellt, um den Zählvorgang für den nächsten Auslesezyklus auszulösen.

Auf diese Weise ist ein Festkörperkompaß ohne sich bewegende Teile geschaffen, welcher alle benötigten Signale von einem einzigen Taktgeberoszillator ableitet, der im wesentlichen eine Rechteckschwingung liefert.

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Claims

2S3A347 Ansprüche

1. JFestkörperkompaß, gekennzeichnet durch einen Taktgeber

zur Erzeugung von einer Folge von ersten Taktimpulsen mit einer ersten vorgegebenen Frequenz, durch einen Hall-Generator zur Erzeugung eines dem Steuerkurswinkel zwischen dem magnetischen Nordpol und der Längsachse des Hall-Generators entsprechenden Steuerkurssignals, durch einen mit dem Taktgeber verbundenen und auf dessen Signale ansprechenden Taktimpulsgenerator zur Erzeugung eines Bezugssignals und einer Reihe von zweiten Taktimpulsen, durch eine mit dem Taktimpulsgenerator verbundene und auf die Taktimpulse ansprechbare Treiberschaltung zur Erzeugung von Treibimpulsen für den Hall-Generator, durch einen auf die ersten Taktimpulse und die Bezugssignale ansprechenden und mit dem Taktgeber und dem Taktimpulsgenerator verbundenen Start-Signalgenerator zur Erzeugung von einer Reihe von START-Signalen mit einer zweiten vorgegebenen Frequenz, durch einen Zähler für die ersten Taktimpulse, und durch eine auf das START-Signal zur Freigabe des Zählers und Auslösung der ersten Taktimpulse ansprechende und den Hall-Generator und den Taktgeber verbindenden Steuerung zur Sperrung des Zählers, wenn der Zählerstand dem Steuerkurswinkel entspricht.

2. Kompaß nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Signalgenerator zur Erzeugung von jeweils einem START-Signal für jede vorgegebene Anzahl von ersten Taktimpulsen.

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3. Kompaß nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen Signalgenerator zur Erzeugung eines START-Signals für jeweils 360 Taktimpulse.

4. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine.-jmit der zweiten vorgegebenen Frequenz arbeitende Synchronisierschaltung für die START-Signale und der Treibsignale, wobei das Steuerkurssignal bezüglich des START-Signals zeitlich um einen Betrag verschoben ist, der dem Steuerkurswinkel zwischen dem magnetischen Nordpol und dem Steuerkurs entspricht.

5. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Taktimpulsgenerator eine die ersten Taktimpulse durch 360 runterteilende und das Bezugssignal sowie die zweiten Taktimpulse liefernde Divisionsschaltung aufweist, wobei jedes der START-Signale den Beginn eines den Steuerkurswinkel messenden Abfragezyklus bildet und der Treiber auf die zweiten Taktsignale zur Erzeugung von zu den START-Signalen synchronen Sinus- und Kosinusschwingungen mit zweiter vorgegebener Frequenz für den Hall-Generator anspricht.

6. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch den Hall-Generator bildende Steuerkurssonde und Querrichtungssonde, wobei die Steuerkurssonde bezüglich der Längsachse des Ilall-Generatorn ausgerichtet ist und die Hall-Sonden Eingangs- und Ausgangsklemmen aufweisen,

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durch erste auf eine erste Signalfolge von zweiten Taktimpulsen ansprechende Schalter zur Erzeugung eines ersten Schaltimpulses, durch eine erste auf die ersten Schaltimpulse ansprechende Schaltung zur Erzeugung der Sinusschwingung, durch zweite auf eine zweite Signalfolge von zweiten Taktimpulsen ansprechende Schalter zur Erzeugung von zweiten Schaltimpulsen, und durch eine zweite auf die zweiten Schaltimpulse ansprechende Schaltung zur Erzeugung der Kosinusschwingung, durch eine Schaltung zum Anlegen der Sinusschwingung an die Eingangsklemmen der Querrichtungssonde, durch eine Schaltung zum Anlegen der Kosinusschwingung an die Eingangsklemmen der Steuerkurssonde, und durch eine die Ausgangsklemmen der Steuerkurs- und der Querrichtungssonde verbindende elektronische Schaltung zur Erzeugung des Steuerkurssignals.

7. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Verstärker für das Steuerkurssignal und durch eine Begrenzungsschaltung zum Abschneiden des verstärkten Steuerkurssignals zur Erzeugung eines geänderten Steuerkurssignals mit einer nach dem letzten Start-Impuls verzögert auftretenden steilen Flanke, wobei die Anzahl der während der Verzögerungszeit erzeugten ersten Taktimpulse der Anzahl von Graden des Steuerkurswinkels entspricht.

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8. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch einen auf das geänderte Steuerkurssignal ansprechenden STOP-Signalgenerator zur Erzeugung eines STOP-Signals nach dem Auftreten einer steilen Flanke des geänderten Steuerkurssignals, durch eine auf das START-Signal und das STOP-Signal ansprechende Zählerfreigabeschaltung zur Erzeugung eines Zählerfreigabesignals während aufeinanderfolgender START- und STOP-Signale, und durch eine auf die ersten Taktimpulse und die Zählerfreigabesignale ansprechende Gatterschaltung zur übertragung der ersten Taktimpulse- an den Zähler während des Auftretens eines Zählerfreigabesignals.

9. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch einen mit dem Zähler verbundenen Rückstellimpulsgenerator zur Erzeugung eines Rückstellimpulses am Ende jedes Auslesezyklus.

10. Kompaß nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch einen mit dem Zähler verbundenen Speicher, durch eine mit dem Speicher verbundene Anzeige, durch einen Auslesesignalgenerator zur Erzeugung eines Auslesesignals am Ende jedes Abfragezyklus, und durch eine Schaltung zur übertragung des Auslesesignals an den Speicher, wobei der Speicher mittels des Auslesesignals einmal je Auslesezyklus vor dem Rückstellen des Zählers abfragbar ist.

su:hu:bü

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