DE2536140A1 - Digitalmagnetkompass - Google Patents

Description

!'Etat Fran9ais represente parle
Delegue Ministeriel pour l'Armement

14, rue Saint-Dominique

75997 P A RIS / Frankreich

Unser Zeichen: E 848

Digitalmagnetkompass

Die Erfindung betrifft Verbesserungen an Digitalmagnetkompassen.

Bei dem technischen Gebiet der Erfindung handelt es sich um die Messung der nach dem Magnetkompass anliegenden Kurse.

Es sind bereits Digitalkompasse bekannt, die eine Scheibe oder einen mit konstanter Geschwindigkeit um eine vertikale Achse in Drehung versetzten Zeiger, einen Oszillator, einen Impulszähler und Einrichtungen zum Feststellen der Richtung des terrestrischen Magnetfeldes, welche um dieselbe Achse wie der Zeiger in Drehung versetzt werden, enthalten.

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Ein solcher Kompass führt eine Impulszählung durch, die dann beginnt, wenn der drehbare Zeiger an einer Markierung vorbeigeht, die die Richtung materialisiert, deren Winkellage in bezug auf den magnetischen Nordpol man messen möchte, und die dann aufhört, wenn der Zeiger zu dem magnetischen Nordpol gerichtet ist.

Die Einrichtungen zum Feststellen der Richtung des Magnetfeldes können beispielsweise aus einer Induktionsspule mit horizontaler Achse bestehen, welche eine oszillierende induzierte Spannung liefert, die durch ein Maximum hindurchgeht, wenn die Achse der Spule zu der Horizontalkomponente des terrestrischen Magnetfeldes senkrecht ist.

Ausserdetn sind bereits Digitalkompasse bekannt, bei welchen die zum Feststellen der Richtung des terrestrischen Magnetfeldes verwendeten Einrichtungen aus einer drehbaren Hall-Effekt-Sonde bestehen, die ebenfalls ein oszillierendes elektrisches Signal abgibt.

Diese bekannten Anordnungen haben den grossen Nachteil, dass die zum Feststellen der Richtung des terrestrischen Magnetfeldes verwendeten Einrichtungen drehbare Anordnungen sind, in denen elektrische Signale entstehen, was es erforderlich macht, drehbare elektrische Kontakte zu verwenden, beispielsweise auf einem Kollektor schleifende Bürsten, um die elektrischen Signale zu gewinnen.

Das Vorhandensein von drehbaren Kontakten hat die Nachteile zur Folge, die dieser Art von elektrischer Verbindung innewohnen, insbesondere den Energieverbrauch aufgrund von Reibungen, den Verschleiss der Bürsten und die Erzeugung von elektrischen Lichtbogen, die zur Entstehung von Störsignalen führen, welche die Messungen stören können.

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Das Ziel der Verbesserungen nach der Erfindung besteht darin, das Vorhandensein von drehbaren oder beweglichen Kontakten vollständig zu beseitigen.

Ein Magnetkompass nach der Erfindung enthält in an sich bekannter Weise einen um eine vertikale Achse mit konstanter Geschwindigkeit in Drehung versetzten Zeiger/ Einrichtungen zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals bei jedem Vorbeigang dieses Zeigers an einer Markierung, welche eine bestimmte Position in bezug auf die Richtung einnimmt, deren Azimut in bezug auf die Horizontalkomponente des terrestrischen Magnetfeldes man messen möchte/ Einrichtungen zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals, wenn der Zeiger eine bestimmte Position in bezug auf die Richtung des terrestrischen Magnetfeldes einnimmt/ einen Oszillator mit konstanter Frequenz und einen Impulszähler, der die von dem Oszillator zwischen den elektrischen Signalen gelieferten Impulse zählt.

Das Ziel der Erfindung wird mittels eines Weicheisenstabes, der gleichzeitig mit dem Zeiger um eine vertikale Achse in Drehung versetzt wird, gegenüber der er exzentrisch angeordnet ist, und mittels einer feststehenden Induktionsspule erreicht.

Das Magnetfeld, das durch das terrestrische Magnetfeld in dem Weicheisenstab induziert wird, ändert sich während der Drehung des Stabes. Der durch die Spule hindurchgehende Fluss des induzierten Magnetfeldes ändert sich gleichzeitig und man gewinnt an den Klemmen der Spule eine oszillierende induzierte Spannung, die durch Null hindurchgeht, wenn der Weicheisenstab mit dem terrestrischen Magnetfeld fluchtet. Der Nullwert dieser induzierten Spannung bildet das zweite elektrische Signal. Dieses Signal erscheint an den Klemmen einer feststehenden Spule.

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Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird das erste Signal in an sich bekannter Weise durch den Vorbeigang des drehbaren Zeigers an einem photoelektrischen Detektor erzeugt.

Das Ergebnis der Erfindung ist ein neues Produkt, welches aus einem verbesserten Digitalkompass besteht, der in der Messchaltung keinen drehbaren oder beweglichen elektrischen Kontakt enthält.

Mehrere Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung, auf die die Erfindung nicht beschränkt ist, sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch einen

Kompass nach der Erfindung.

Fig. 2 einen Horizontalschnitt längs der

Linie Il-Il von Fig. 1, und

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine weitere

Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen in seiner Gesamtheit mit der Bezugszahl 1 bezeichneten Magnetkompass.

Dieser Kompass besteht aus einem vertikalen zylindrischen Gehäuse 7, welches eine Achse xxl hat. In dem Gehäuse 2 ist ein elektrischer Synchronmotor 3 angeordnet, der über Leiter 4 gespeist wird. Der Motor 3 versetzt eine horizontale Scheibe 5 über eine Welle 6 um die Achse xxl mit konstanter Geschwindigkeit in Drehung.

Auf der Scheibe 5 und auf einem Radius derselben ist ein

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Weicheisenstab 7 angeordnet. Der Kompass befindet sich beispielsweise im Innern eines Fahrzeuges, das sich in einer in Fig. 2 durch den Vektor V dargestellten Richtung bewegt, und es soll der magnetische Azimut dieses Kurses, d.h. der Winkel θ digital gemessen werden, den der Vektor V mit der Horizontalkomponente des durch den Vektor H dargestellten terrestrischen Magnetfeldes bildet.

Das Gehäuse 2 enthält eine feststehende Markierung 8, die in einer Richtung angeordnet ist, welche mit dem Kurs des Fahrzeuges einen bestimmten Winkel bildet.

In den Fig. 1 und 2 ist die Markierung 8 auf dem Radius des Gehäuses befestigt, der mit dem Kurs des Fahrzeuges zusammenfällt.

Die Markierung 8 besteht beispielsweise aus einem photoelektrischen Empfänger, der gegenüber einer Lichtquelle angeordnet ist, die vorzugsweise aus dem Ende 9 einer optischen Faser 10 besteht, deren anderes Ende einer ausserhalb des Gehäuses 2 angeordneten Lichtquelle gegenüberliegt. Die Scheibe 5 ist lichtundurchlässig und hat einen Schlitz 19, dessen Durchgang zwischen der Lichtquelle 9 und dem Empfänger 8 ein erstes elektrisches Signal erzeugt, welches über einen Leiter 12 zu einem Kasten 13 geleitet wird, der die elektronischen Schaltungen enthält.

Um die Welle 6 herum ist eine feststehende Induktionsspule 14 angeordnet. Der Stab 7 und der Schlitz 19, die beide mit der Scheibe 5 fest verbunden sind, bilden einen unveränderlichen Winkel miteinander. Beispielsweise liegen sie einander diametral gegenüber, wie in Fig. 2 gezeigt.

Das terrestrische Magnetfeld H induziert in dem Stab 7 ein

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Magnetfeld, welches sich abwechselnd ändert und durch ein Maximum hindurchgeht, wenn der Stab 7 zu dem Magnetfeld H parallel ist. Der Fluss dieses induzierten Magnetfeldes durch die Spule 14 hindurch ändert sich sinusförmig und in der Spule 14 wird eine oszillierende Spannung induziert. Der Durchgang dieser Spannung durch Null ist leicht feststellbar und erlaubt, ein zweites elektrisches Signal zu verursachen,welches über einen Leiter 15 dem Kasten 13 zugeführt wird.

Es sind die im Innern des Kastens 13 untergebrachten elektronischen Schaltungen dargestellt worden, die das digitale Messen der Zeitspanne erlauben, die zwischen dem ersten und dem zweiten Signal verstreicht, wobei diese Zeitspanne eine analoge Darstellung des magnetischen Azimuts θ des Kurses V ist. Diese Schaltungen sind in der Elektronik bekannt und es ist deshalb nicht erforderlich, sie im einzelnen zu beschreiben. Sie bestehen beispielsweise aus einem Oszillator 0, der Impulse mit konstanter Frequenz aussendet und mit einem Impulszähler C über eine UND-Schaltung verbunden ist. Der zweite Eingang dieser UND-Schaltung ist mit dem Ausgang eines bistabilen Multivibrators B verbunden, dessen beide Eingänge mit den Leitern 12 und 15 verbunden sind. Der Multivibrator B gibt ein Rechtecksignal während des Zeitintervalls ab, das zwischen dem Aussenden des ersten und des zweiten Signals liegt, die aus dem Gehäuse 2 stammen, und die UND-Schaltung lässt während dieses Zeitintervalls die Impulse durch.

Fig. 3 zeigt in Draufsicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Scheibe 5 nicht mehr vorhanden ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein Weicheisenstab 16 an einem seiner Enden senkrecht an einer vertikalen Welle 17 befestigt, die durch einen Synchronmotor mit konstanter Geschwindigkeit in' Drehung versetzt wird. -

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Eine feststehende Induktionsspule 18 ist um die Welle 17 herum angeordnet.

Das Gehäuse 2 enthält, wie in dem vorhergehenden Fall, einen photoelektrischen Empfänger 8 gegenüber einer Lichtquelle 9, die beiderseits der Ebene, in der sich der Stab 16 dreht und am Ende eines zu dem Kurs Vo des Fahrzeuges parallelen Radius angeordnet sind. Durch den Durchgang des Stabes 16, der lichtundurchlässig ist, zwischen der Lichtquelle 9 und dem Empfänger 8 wird dieser verdunkelt und verursacht das erste elektrische Signal, während das zweite Signal immer dem Zeitpunkt entspricht, in welchem der Stab 16 mit dem Feld H fluchtet und in welchem die in der Spule 18 induzierte Spannung durch Null geht.

Im Rahmen der Erfindung bietet sich dem Fachmann die Möglichkeit, verschiedene Bauteile durch bekannte äquivalente Einrichtungen zu ersetzen.

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Claims (6)

2536H0 Patentansprüche :

1./Magnetkompass zum digitalen Messen des Azimuts einer gegebenen Richtung in bezug auf das terrestrische Magnetfeld, mit einem um eine vertikale Achse mit konstanter Geschwindigkeit in Drehung versetzten Zeiger, mit Einrichtungen zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals bei jedem Vorbeigang des Zeigers an einer Markierung, die eine bestimmte Lage in bezug auf die gegebene Richtung einnimmt, mit Einrichtungen zum Erzeugen eines zweiten elektrischen Signals, wenn der Zeiger eine bestimmte Lage in bezug-auf die Richtung des terrestrischen Magnetfeldes einnimmt, mit einem Oszillator mit konstanter Frequenz und mit einem Impulszähler, der die von dem Oszillator zwischen den elektrischen Signalen abgegebenen Impulse zählt, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Erzeugen des zweiten Signals einerseits einen Weicheisenstab, der gleichzeitig mit dem Zeiger um die vertikale Achse in Drehung versetzt wird, gegenüber der er exzentrisch angeordnet ist, und andererseits eine feststehende Induktionsspule enthalten.

2. Magnetkompass nach Anspruch 1, mit einer durch einen Synchronmotor um eine vertikale Achse in Drehung versetzten horizontalen Scheibe, dadurch gekennzeichnet, dass der Weicheisenstab auf einem Radius der Scheibe angeordnet ist.

3. Magnetkompass nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule koaxial zu der Antriebswelle der Scheibe angeordnet ist.

4. Magnetkompass nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Weicheisenstab mit einem seiner Enden an einer zu ihm senkrechten Welle befestigt ist, die mit konstanter Geschwindigkeit angetrieben wird.

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5. Magnetkompass nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehende Spule zu der Welle koaxial ist.

6. Magnetkompass nach einem der Ansprüche 1 bis 5, der im Innern eines zylindrischen Gehäuses untergebracht ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtungen zum Erzeugen des ersten elektrischen Signals aus einem gegenüber einer Lichtquelle angeordneten photoelektrischen Empfänger bestehen, die beiderseits der Ebene angeordnet sind, in der sich der Weicheisenstab dreht, und dass der Empfänger und die Lichtquelle an dem Gehäuse des Magnetkompasses an dem Ende des Radius befestigt sind, der in der Richtung liegt, deren magnetisches Azimut gemessen werden soll.

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