NO115698B - - Google Patents

Description

Elektrisk signalanordning for angivelse av vinkelstillingen i magnetiske kompass.

Foreliggende oppfinnelse angår en elektrisk

signalanordning for angivelse av vinkelstillingen

i magnetiske kompass, som omfatter en dreibart

lagret permanentmagnet, som samvirker med en

signalsender forbundet med en fjerntliggende

signalmottager som er i stand til å avgi informasjon angående vinkelstillingen av permanentmagneten, idet signålsenderen er dannet av en

ring av ferromagnetisk, ikke permanentmagnetisk material med mer enn to seriekoblete innbyrdes like spoler som påtrykkes en vekselspenning, og hvor signalmottageren også er dannet

av en ring av ferromagnetisk, ikke permanentmagnetisk material og omfatter like mange

seriekoblete, innbyrdes like spoler, som påtrykkes samme vekselspenning, idet forbindelses-puunktet mellom to og to nabospoler i signålsenderen er elektrisk forbundet med det tilsvarende forbindelsespunkt mellom to nabospoler

i mottageren, og en dreibart lagret kjerne av

ferromagnetisk material som er anordnet i mottager-ringen og danner den del som avgir informasj onen.

En lignende anordning er kjent fra det hollandske patent nr. 70 944, hvor signålsenderen, henholdsvis signalmottageren hver omfatter tre spoler og den dreibart lagrete kjerne av ferromagnetisk material innenfor mottagerringen er en diametralt magnetisert, fritt dreibar permanentmagnet i form av en rund skive.

Den kjente innretning er beregnet til fjern-angivelse av størrelser, idet den dreibare kjerne i mottageren driver en viser slik at dens meget lille dreiemoment er tilstrekkelig.

Den kjente innretning er ikke beregnet for og egner seg i seg selv heller ikke for å avgi en informasjon i form av et utgangssignal som kan brukes for påvirkning av et fenomen som signålsenderen reagerer på. Det lille dreiemoment som står til rådighet har også den mangel at anvis- ningene kan bli unøyaktige som følge av frik-sjonsdreiemomentet i lagre for den dreibare kjernen.

Foreliggende oppfinnelse går ut på en elektrisk signalanordning av den art som er beskre-vet ovenfor hvor mottageren er innrettet til å avgi et utgangssignal som informasjon med tilstrekkelig styrke, f. eks. til å føres til en elektro-nisk forsterker i en automatisk styreinnretning, og nøyaktigheten av informasj onen kan ikke på-virkes av en uheldig virkning av friksjons-dreie-momentet i lagre for kjernen.

Det særegne ved signalanordningen i henhold til oppfinnelsen består i at spolene i signålsenderen, henholdsvis signalmotttageren, er anordnet i et like antall og at mottagerkjemen bærer en eneste vikling som er forbundet med en forsterker, og at kjernen ikke er fritt dreibar men kan innstilles i omkretsretningen i forhold til mottagerringen.

Det skal bemerkes at for å oppnå dette er det ikke tilstrekkelig å erstatte permanentmagneten i mottageren i innretningen, som er kjent fra det hollandske patent, med en kjerne som ikke er fritt dreibar, men innstillbar, og som omfatter en eneste vikling slik som brukt i anordningen i henhold til oppfinnelsen, da den kjente mottager omfatter tre spoler som er fordelt over omkretsen av den ferromagnetiske ring slik at de suksessive, forskjellig rettede magnetiske pulser under hver halvperiode av den påtrykte vekselspenning ikke kan kombineres til en eneste resultant, og spolen har derfor intet nøytralt punkt hvor den spenning som induseres i spolen og virker som informasjon kan være null.

Bruken av et like antall spoler, som er større enn to i signålsenderen og signalmottageren i henhold til oppfinnelsen bevirker at de magnetiske induksjoner i signalmottageren får samme retning under begge halvperioder av den påtrykte vekselspenning, slik at det er mulig å oppnå et nøytralt punkt for den dreibart lagrete spole i signalmottageren, dvs. en stilling hvor det magnetiske felt som påvirker denne er rettet slik i forhold til spolevindingene at det ikke induseres noen spenning.

Det er hensiktsmessig å anbringe spolene i signalmottagerringen på eke-formete, innoverrettede fremspring på ringen. Følgen er at de magnetiske felt blir rettet mot sentret av den dreibare kjerne, hvorved anordningen blir mer følsom og gir et sterkere utgangssignal.

Signalanordningen i henhold til oppfinnelsen egner seg til å arbeide over en forsterker, f. eks. servomotoren i styremaskinen for et far-tøy eller et fly for automatisk korrigering av opptredende avvikelser i forhold til en viss kurs, som var foreskrevet ved at den dreibare innstill-bare kjerne i signalmottageren var innstilt i en viss stilling.

Det er også mulig å bruke signalanordningen i henhold til oppfinnelsen for drift av et varsels-anlegg over en forsterker, idet varsel-anlegget, f. eks. omfatter en eller flere summere som kan avgi et varselsignal, hvis den kurs som følges av skibet eller flyet og har en avvikelse i forhold til den innstilte kurs, som overskrider en viss verdi, f. eks. 10°.

Anordningen i henhold til oppfinnelsen har den store fordel at den raskt og lett kan kobles til et foreliggende magnetisk kompass hvorved mulighetene for bruk av dette kan utvides betraktelig.

For at signålsenderen i henhold til oppfinnelsen ikke skal utøve en ikke ønsket innflytelse på stillingen av permanentmagneten, f. eks. en kompassnål, som den samvirker med, er det å anbefale å anbringe signålsenderen på en slik måte at avstanden mellom det vannrette symmetriplan for permanentmagneten og det vannrette symmetriplan for signålsenderen er minst lik den dobbelte lengde av permanentmagneten.

Det skal bemerkes at anordningen i henhold til oppfinnelsen også i enkelte tilfeller kan brukes uten permanentmagnet, da signålsenderen reagerer på endringer i sin stilling i forhold til det j ordmagnetiske felt, og anordninger nygir derved et utgangssignal med en slik styrke at det kan utnyttes.

De bruksmuligheter som er antydet ovenfor er bare nevnt som eksempler. Det er selvsagt mulig å bruke anordningen i henhold til oppfinnelsen hvor som helst hvor det er ønskelig å fjern-overføre en stillings-avvikelse for frem-bringelse av et sterkt signal.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere ved hjelp av et eksempel som er vist på vedføyde tegninger. Fig. 1 viser skjemaet for en anordning i henhold til oppfinnelsen, tilpasset styremaskinen for et skib. Fig. 2 viser et sideriss av signålsenderen i anordningen, hvor også de magnetiske kraftlin-jer er antydet. Fig. 3 viser skjemaet for strømkretsen for

spolene i signålsenderen og signalmottageren.

En vekselstrømkilde 1 i fig. 1 avgir over led-ningene a og g en vekselstrøm gjennom en spoleanordning 2 viklet på en ring 3 av magnetiser-bart material. Ringen 3 som fortrinnsvis er av mu-metall, eller annet egnet ferromagnetisk material, er anordnet konsentrisk under eller over magneten 4 i et magnetkompass, som ikke er ytterligere vist, i en konstruksjon som er forutsatt kjent.

Spoleanordningen 2 er dannet av seks innbyrdes like spoler og har fem uttak b—f. Ringen 3 med sin spoleanordning 2 danner signålsenderen. En ledning 5 forbinder hver sender med en signalmottager, som er anordnet på et annet sted og som består av en ring 6 av ferromagnetisk, ikke permanentmagnetisk material med seks innoverrettede ben 7 som hver bærer en spole 8.

De seks spoler 8 er forbundet i serie og er forbundet med vekselstrømkilden 1 gjennom punktene a<1>og g\ slik at den vekselstrøm som flyter gjennom spolene 8 induserer et magnetisk felt i hvert av benene 7, et felt som er rettet innover under den ene halvperiode av veksel-strømmen og utover under den annen halvperiode. De magnetiske virkninger som fremkalles av strømtilførselen til hver av de seks ben 8 i mottageren, kompenserer hverandre og danner intet merkbart vekselfelt i midten av ringen 6. En skive 9 av ferromagnetisk, ikke perma nentmagnetisk material er dreibart lagret konsentrisk med ringen 6 og bærer en vinding 10 hvis utgangsklemmer ligger i innbyrdes paral-lelle plan, idet vindingen er forbundet gjennom ledere 11 og 12 med en automatisk styreanord-ning 13 i det skib hvor anlegget er innbygget.

Skiven 9 kan innstilles over 360° og ved hjelp av en knapp med en viser 14 og skala 15 kan stillingen av skiven innstilles i forhold til ring-kjernen 6 som er fast anbragt i skibet.

Den vekselspenning som induseres ved hjelp av signålsenderen i spolen 10 overføres til forsterkeren 16 som forsterker signalene og bevirker energisering av styremaskinen 17, som ikke skal beskrives nærmere, og fører endelig til for-stilling av roret 18.

En børste 19 som er mekanisk forbundet med rattet, nedsetter rorutslaget til en proporsjonal spenningsendring ved hjelp av en kjent Wheatstone-bro — som består av en vekselstrømkilde 20 og ikke variable motstandselementer 21 og 22. Den spenning som frembringes ved innstilling av roret mellom forbindelsene 23 og 24 er proporsjonal, med ror-utslaget og Wheatstone-broen er fortrinnsvis innstilt slik at spenningen er null når roret ligger midtskips, slik at når roret slår ut i forskjellige retninger vil det også frembringes vekselspenninger med en faseforskjell på 180°.

Vekselspenningen, som er proporsjonal med rorutslaget mellom lederne 23 og 24 på inn-gangsklemmene til en forsterker 16 blir trukket fra den vekselspenning som induseres ved hjelp av signålsenderen i spolen 10, og hvis en av dem reagerer på at faseforholdet og frekvensen er innbyrdes nøyaktig, vil de to spenninger kompensere hverandre ved et visst, r.orutslag, slik at forsterkeren 16 ikke lenger mottar noe inngangssignal og styremaskinen 17 og roret 18 vil være stille.

I ledningen 5, fig. 1 og 3, er det anordnet særskilte ledere som forbinder grenene b—f i senderen med grenene b<1>—f<1>i mottageren slik at spolene ab, bc, cd osv. i senderen er parallell-koblet med vedkommende spoler a<1>^, b<3>c\c<1>d' osv. i mottageren.

Virkemåte.

Under påvirkning av kraftlinjene for magneten 4 i den stilling som er vist i fig. 1, blir bløttjernringen 3 magnetisert slik at det i forskjellige ringpartier dannes poler, slik som vist i fig. 1.

Når strømmen flyter i retningen I, fig. 1 og 3, blir magnetiseringen ved hjelp av strømmen i ringpartiene fg og ab trukket fra den som be-virkes av nålen i magnetkompasset, mens de to magnetiske påvirkninger adderes i partiene cd og de, slik at med en nøyaktig dimensjonering oppnås en metning i bløtt jernet. Frekvensen for vekselspenningen fra kilden 1 er valgt slik at selve induksjonen for hver spole i det vesentlige er bestemmende for dens impedans, slik at ved metning i jernet i spolen, vil dens impedans bli betraktelig nedsatt.

Fig. 3 viser virkningen av denne impedans-nedsettelse. Strømmen I fra vekselstrømkilden blir delt i to deler ved hjelp av mottageren a<1>og g<1>og ved hjelp av senderen ag. Hvis det ikke var noen dempning ved for-magnetisering som følge av kompass-magneten, ville de samme brøkdeler av spenningen foreligge i spolene a1^1, b'0<1>osv. i mottageren og ab, bc, cd osv. i senderen, forutsatt at de er dimensjonert innbyrdes like hvorved forbindelsesledningene bb<1>og cc<1>osv. ville være strømløse.

Spolene cd og de i senderen er imidlertid mettet under den halvperiode hvor strømmen har retningen I hvorved impedansen i disse spoler blir nedsatt og de derved opptar en del av strømmen gjennom mottageren som ellers ville flyte gjennom spolene cM<1>og d^<1>.

I den tid strømmen flyter i retningen I<1>vil delene fg og ab i senderen mettes ved hjelp av de magnetiske påvirkninger som samvirker i disse deler, slik at strømmen gjennom spolene gf og ba blir avdelt, og strømmen i spoledelene g1^og b<1>a<1>følgelig blir nedsatt.

I mottageren vil dette bevirke at strømstyr-ken i spolene cM<1>og d^1 holder seg i retningen F, hvilket medfører at det i de ben hvor disse spoler er viklet, under den halvperiode hvor strømmen flyter i retning I<1>, samtidig vil foreligge magnetiske induksj onspulser som er rettet mot midten av mottagerspolen 10, pulser som i dette øyeblikk ikke er -fullstendig kompensert ved hjelp av magnetiske induksj onspulser som også er rettet mot midten av spolen 10 i de mot-satte spoler g1^ ogb^1.

Under denne halvperiode vil følgelig de magnetiske induksjoner i alle sider ikke kompensere hverandre og det frembringes et resulterende felt i spolen 10 med en retning som vist ved hjelp av den pil som er helt opptrukket i fig. 1.

I den etterfølgende halvperiode av vekselspenningen, når strømretningen er I, vil spolene a<]>b<l>og f<i>g<1>i mottageren føre en strøm og frembringe en magnetisk induksjon i de tilhørende ben av jernkjernen 6, rettet utover og ikke fullstendig kompensert ved hjelp av magnetiske induksjoner, som også er rettet utover, i benene for spolene c<1>d<1>og d^1. Denne utoverrettede induksjon, som foreligger samtidig i begge ben, jfr. strekpunkterte piler, kan igjen settes sammen til en magnetisk retning i spolen 10, slik som vist ved hjelp av den strekpunkterte pil i fig. 1.

Induksjonen under begge halvperioder av strømmmen i systemet vil følgelig frembringe halv-sinusf ormede induksj onspulser med samme retning.

Det er således mulig å innstille spolen 10, f. eks. ved dreining med hånden, på en slik måte at retningen for den magnetiske induksjon i bæ-reren for spolen 10 faller sammen med planet for vindingene på spolen 10, slik at det ikke induseres noen elektromagnetisk kraft, altså nøytral stilling. Hvis spolen blir dreiet bort fra denne stilling med hånden, vil de halv-sinusformede magnetiske pulser på klemmene 11 og 12 for spolen 10 fremkalle en elektromagnetisk kraft som er proporsjonal i amplitude med sinus til drei-ningsvinkelen i forhold til nøytral-stillingen, og med en frekvens som går opp til det dobbelte av frekvensen for vekselstrømkilden 1 og med en faseforskyvning på 180° til begge sider av nøy-tralstillingen.

Da sinus for små vinkler er nesten proporsjonal med vinkel-størrelsen, vil det følgelig frembringes en spenning på klemmene 11 og 12 som er omtrent proporsjonal med vinkel-for-skj ellen mellom stillingen av kompasskiven med magneten 4 i forhold til den fast anbragte ring 3, kursen for skibet, og stillingen av spolebæreren 10 med viseren 14 i forhold til den fast anbragte ring 6 og skalaen 15, den kurs som skal styres.

Generatoren 20 må selvsagt ha en frekvens som er lik det dobbelte av frekvensen for generatoren 1 for å subtrahere mot-spenningen som frembringes ved utslaget av roret, fra spenningen på 11 og 12.

I den stilling som er vist i fig. 1 blir spolene bc og fe i mottageren magnetisert i begge mag-netiseringsretninger over samme lengder, slik at metnings-virkningene i begge strøm-retninger I og I<1>også er like. På grunn herav har de ingen innvirkning på dannelsen av et feilsignal.

Dette endrer seg imidlertid når magneten kommer til en annen stilling og ikke lenger er symmetrisk i forhold til spolene. Følgen er at disse spoler vil bidra til å danne det magnetiske felt i mottageren 6, hvorved dette felt endres i retning og spolen 10 må forskyves til en annen stilling for å finne nøytral-stillingen.

Claims (1)

1. Elektrisk signalanlegg for angivelse av vinkelstillingen i magnetiske kompass, som omfatter en dreibart lagret permanentmagnet som samvirker med en signalsender forbundet med en fjerntliggende signalmottager som avgir informasjon angående vinkelstillingen av permanentmagneten, idet signålsenderen er dannet av en ring av ferromagnetisk, ikke permanentmagnetisk material med mer enn to seriekoblete, innbyrdes like spoler som påtrykkes en vekselspenning, og hvor signalmottageren også er dannet av en ring av ferromagnetisk, ikke permanentmagnetisk material og omfatter like mange serieforbundne innbyrdes like spoler som påtrykkes samme vekselspenning, idet forbindel-sespunktet mellom to nabospoler i signålsenderen er elektrisk forbundet med det tilsvarende forbindelsespunkt mellom to nabospoler i signalmottageren, og en dreibart lagret kjerne av ferromagnetisk material er anordnet i mottagerringen og danner den del som avgir informasjo-nen, karakterisert ved at spolene i signålsenderen, henholdsvis i signalmottageren er anordnet i et like antall og at kjernen i mottageren bærer en eneste vikling, som er forbundet med en forsterker, og at kjernen ikke er fritt dreibar men kan innstilles i omkretsretningen i forhold til mottagerringen.