NO146170B - Kombinert vinkelforskyvningsmaale- og multiplikasjonsanordning - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en kombinert vinkel-forskyvningsmåle- og multiplikasjons-anordning, omfattende en nivåføler av bobletypen, som reagerer på et vekselstrøms-eksitasjonssignal for å skaffe et utgangssignal med en amplitude proporsjonal med vekselstrøms-eksitasjons-signalets amplitude og følerens vinkelforskyvning fra et referansenivå.

I forbindelse med styringssystemer, missil-utskytnings-systemer, stabile plattformer, nivelleringssystemer for maskin-eringsverktøy og lignende brukes der nå i stor utstrekning elektrolyttiske nivåfølere av bobletypen, med en og to akser. I slike nivåfølere benyttes et fluidum som elektrolytt for å detektere avvik fra et nivå om en eller to akser, avhengig av den anvendte følertype. Når føleren er innkoblet i en passende brokrets som eksiteres ved en vekselstrømsspenning, skaffer den en utgangs-spenning hvis størrelse er proporsjonal med helningsvinkelen, og hvis fase (0-180°) indikerer helningsretningen. 1 forbindelse med mange navigasjonssystemer, f.eks. i tilfellet av kursreferansesystemer, er det vanlig å multiplisere utgangssignalet fra en boblenivåføler med et annet ledd, f.eks. azimut-verdien (AZ). I tidligere kjente systemer finner denne multiplikasjon sted ved hjelp av en separat elektronisk multiplikator som krever ytterligere utstyr og kretser og betydelige utlegg dersom nøyaktige resultater er påkrevet. De elektroniske multiplikasjonskretser krever tilsyn av eksperter, fordi de må kalibreres og trimmes for riktig funksjon.

Ved systemet ifølge den foreliggende oppfinnelse blir imidlertid multiplikasjonen utført i selve boblenivåføleren, hvorved behovet for en særskilt ytterligere elektronisk multiplikator faller bort. Det resulterende system ifølge oppfinnelsen er mindre komplisert og mindre kostbart enn kjente systemer, og det eliminerer også de iboende feil i den elektroniske multiplikator, samtidig som det overflødiggjør behovet for trimming og kalibrering av multiplikatoren.

Særtrekkene ved den foreliggende oppfinnelse fremgår

av de vedføyde krav.

Oppfinnelsen vil i det følgende bli nærmere beskrevet under

henvisning til tegningen.

Fig. 1, 2 og 3 er blokkskjemaer over forskjellige kjente systemer som innbefatter separate elektroniske multiplikatorer til å multiplisere utgangssignalet fra boblenivåføleren med et ytterligere ledd. Fig. 4 er et blokkskjema som anskueliggjør ideen bak den foreliggende oppfinnelse, hvor selve boblenivåføleren benyttes for å utføre den ytterligere multiplikasjonsfunksjon. Fig. 5 er et blokkskjema over et system hvor ideen bak den foreliggende oppfinnelse er realisert. Fig. 6 er et strømløpsskjema for et system som i de fleste henseender svarer til systemet på fig. 5.

Som angitt ovenfor skaffer den foreliggende oppfinnelse et enkelt system til å utføre multiplikasjon av to ledd under bruk av eri boblehelnings- eller nivåføler. Som likeledes forklart er boblehelnings- eller nivåføleren en innretning som fremskaffer et vekselstrømssignal proporsjonalt med følerens vinkelforskyvning (eller helning). Hvis der behøves et utgangssignal som utgjør produktet av følerens vinkelforskyvning og et annet, uavhengig ytre signal, er føleren i henhold til den foreliggende oppfinnelses lære realisert slik at dens utgangssignal automatisk representerer følerens vinkelforskyvning multiplisert med det ytre signal. Følge-lig tjener føleren også som en multiplikator, og denne teknikk eliminerer behovet for en elektronisk oppbygget multiplikator i systemet.

Blokkskjemaet på fig. 1 anskueliggjør et tidligere kjent system til å utføre den nødvendige multiplikasjon av boblenivå-følerens vinkelforskyvning og et ytre signal. Det kjente system innbefatter en elektronisk oppbygget multiplikator 10 til å multiplisere to uavhengige likestrømssignaler. Det ene likestrøms-signal utgjør det ytre signal (Ka), og det annet likestrømssignal består av vekselstrømsutgangssignalet fra boblenivåføleren 12

(K 0 sin co t) , demodulert og omformet til likestrøm (KØ) ved hjelp av en demodulator 14. Demodulatoren 14 er av synkrontypen og reagerer på et vekselstrøms-eksitasjonssignal som har konstant amplitude og samme frekvens som det vekselstrøms-eksitasjons-signal som tilføres boblenivåføleren 12.

Det kjente system på fig. 2 viser hvordan signalene i form av vekselstrømmer kan multipliseres,stadig under bruk av en elektronisk multiplikator 14, for å skaffe et utgangssignal som er produktet av de to vekselstrømssignaler. Det kjente system på fig. 3 viser på den annen side hvordan det er mulig i multiplikatoren 14 å multiplisere vekselstrømssignalet fra boblenivåføleren med et ytre likestrømssignal for å skaffe et utgangssignal som utgjør produktet av et vekselstrøms- og et likestrømssignal.

Boblenivåføleren 12 er slik innrettet, at den skaffer en skalafaktor (likespenning/vinkelforskyvning) proporsjonal med følerens vekselstrøms-eksitasjonssignal. Således vil der for et gitt vekselstrøms-eksitasjonssignal og en gitt vinkelforskyvning fremskaffes et vekselstrømssignal med en bestemt amplitude.

Dersom vekselstrøms-eksitasjonen reduseres til halvparten mens vinkelforskyvningen beholdes som angitt ovenfor, vil også ampli-tuden av vekselstrøms-utgangssignalet bli redusert til det halve.

I henhold til den foreliggende oppfinnelse, og som vist på fig. 4, kan derfor selve boblenivåføleren ved eksitering av føleren med et ytre vekselstrømssignal som skal multipliseres med vinkelforskyvningen, benyttes som en multiplikator. Utgangssignalet fra føleren blir automatisk produktet av det ytre vekselstrømssignal og vinkelforskyvningen.

I skjemaet på fig. 5 blir likestrøms-inngangssignalet (Ka)

i en synkron-modulator 20 modulert med et vekselstrøms-referansesignal (sin u> t) , og det modulerte signal filtrert i et filter 22 for å skaffe vekselstrøms-eksitasjonssignalet (Ka sin co t) for boblenivåføleren 12.

Boblenivåføleren er vist skjematisk og eksiteres ved hjelp av en transformator T^. Sekundærviklingen hos transformatoren T. har et jordet midtuttak, og de andre to sekundærklemmer skaffer "push-pull"-signaler som tilføres boblenivåføleren 12. Betrakter man boblenivåføleren som en spenningsdeler, vil kretsen på denne måte, uten helning, være balansert, og utgangssignalet fra boble-føleren være null. Med helning vil utgangssignalet fra bobleføleren være produktet av vinkelforskyvningen og den vekselstrøm som til-svarer likes trøms-inngangssignalet ( K Ø.Ka cos co t) . Utgangssignalet forsterkes i en forsterker 24 og demoduleres i en demodulator 26 for å skaffe et likestrøms-utgangssignal K 0 .Ka. Demodulatoren 26 er en synkron-demodulator og benytter det samme referansesignal som tilføres demodulatoren 20. Imidlertid er det referansesignal som tilføres demodulatoren 26, faseforskjøvet 90°

i forhold til det referansesignal som tilføres modulatoren 20,

for å kompensere for lignende faseforskyvninger i de signaler som passerer den krets som er tilknyttet boblenivåføleren 12.

Kretsen på fig. 6 innbefatter en inngangsklemme 50 som mottar vekselstrøms-referansesignalet (Ka sin to t) , som i dette tilfelle er en rektangelbølge. Inngangsklemmen 50 er forbundet med basis hos en PNP-transistor Q37 via en motstand R146. Emitteren hos transistoren Q37 er forbundet med den positive klemme hos en 15-volt likestrømskilde, og basis er forbundet med denne klemme via en motstand R133. Kollektoren hos transistoren Q37 er via en motstand R134 forbundet med den negative klemme hos 15-volt-kilden og via en motstand R135 forbundet med basis hos en NPN-transistor Q38 og med basis hos PNP-transistor Q39. Transistoren Q37 kan være av typen 2N2907A, NPN-transistoren Q38 kan være av typen 2N2369A, og PNP-transistoren Q39 kan-være av typen 2N5910.

Emitterne hos transistorene Q38 og Q39 er jordet. Kollektoren hos transistoren Q38 er forbundet med den positive klemme hos 15-volt-kilden via en motstand R136 og er koblet tilbake til basis via en kondensator C46. Kollektoren hos transistoren Q39 er via en motstand R138 forbundet med den negative klemme hos 15-volt-kilden og er koblet tilbake til basis via en kondensator C4 7. Kollektoren hos transistoren Q38 er forbundet med en jordet motstand R137 og med portelektroden i en felteffekt-transistor Q40, mens kollektoren hos transistoren Q39 er forbundet med en jordet motstand R139 og portelektroden hos en felteffekt-transistor Q41. Transistoren Q40 kan være av typen 2N3378, og transistoren Q41

kan være av typen 2N3824. Likespennings-inngangssignalet (A<*>Z) som skal påmoduleres vekselstrøms-referansesignalet, tilføres kretsen via en inngangsklemme 52. Denne er via en motstand R147 forbundet med slukelektroden hos felteffekt-transistoren Q40 og med kilde-elektroden hos felteffekt-transistoren Q41. Kildeelektroden hos transistoren Q40 er jordet, og slukelektroden hos transistoren. Q41 er forbundet med den negative inngangsklemme til en operasjonsforsterker 54.

Den positive inngangsklemme til forsterkeren 54 er jordet, og utgangen er ført tilbake til den negative inngangsklemme via en motstand R142. Operasjonsforsterkeren 54 kan være av typen LM307. Utgangen fra operasjonsforsterkeren 54 er via motstander R143/ R144 og R145 forbundet med den positive inngangsklemme til en operasjonsforsterker 56,som også kan være av typen LM307. Motstanden R14 3 er også forbundet med en koblingskondensator C48 som er forbundet med den negative inngangsklemme til forsterkeren 56 og med dennes utgangsklemme. Den positive inngangsklemme til forsterkeren 56 er forbundet med en jordet kondensator C49, og utgangsklemmen fra forsterkeren er via en kondensator C50 forbundet med primærviklingen hos en transformator T^, hvis annen side er jordet ved midtuttaket.

Under drift av den hittil beskrevne krets blir det rektangel-bølge-inngangssignal som tilføres klemmen 50, nivåskiftet ved den krets som innbefatter transistoren Q37, og forsterket ved hjelp av den drivkrets som er tilknyttet transistorene Q38 og Q39, for å tilføres felteffekt-transistorene Q40 og Q41 med passende fase. Felteffekt-transistorene virker som brytere og hakker effektivt opp det likespenningssignal som tilføres klemmen 52, med en frekvens svarende til den for vekselspennings-referansesignalet. Det resulterende modulerte vekselstrømssignal føres gjennom den krets som omfatter forsterkerne 54 og 56, hvorav forsterkeren 56 utgjør filteret 22, til koblingstransformatoren T^, slik at det modulerte referansesignal kan tilføres brokretsen hos boblenivå-føleren 12 .

Utgangssignalet fra boblenivåføleren (AZ.KØ.Ka cos to t)

blir gjennom en koblingskondensator C28 tilført den positive klemme på forsterkeren 24,som kan være av typen LM301A. Den positive inngangsklemme til forsterkeren er forbundet med en jordet motstand R91, og utgangsklemmen er via en kondensator C33 og en motstand R99 forbundet med kilde-elektroden hos en felt-ef f ekt-transistor Q30 og med slukelektroden hos en felteffekt-transistor Q29, hvis krets utgjør demodulatoren 26. Felteffekt-transistoren Q29 kan være av typen 2N3378, og felteffekt-transistoren Q30 kan være av typen 2N3824.

Vekselstrøms-referansesignalet (Ka sin to t) blir etter en faseforskyvning på 90° (Ka cos to t) tilført en inngangsklemme 56. Denne er via en motstand R88 forbundet med basis hos en PNP-transistor Q26, som kan være av typen 2N2907A. Den krets som innbefatter transistoren Q38, virker som en nivåskifter for å mellom-koble demodulatorkretsen med det tilførte referansesignal. Emitteren hos transistoren Q26 er forbundet med den positive klemme hos 15-volt-kilden, og basisen er forbundet med denne klemme via en motstand R89. Kollektoren hos transistoren Q26 er via en motstand R9 3 forbundet med den negative klemme hos 15-volt-likespennings-kilden.

Via en motstand R92 er kollektoren hos transistoren Q26 forbundet med basiselektrodene hos et par drivtransistorer Q27

og Q28. Transistoren Q27 er en NPN-transistor, som kan være av typen 2N2369A, og transistoren Q28 er en PNP-transistor som kan være av typen 2N5910. Kollektoren hos transistoren Q27 er via en motstand R95 forbundet med den positive klemme hos 15-volt-like-spenningskilden, og kollektoren hos transistoren Q28 er via en motstand R96 forbundet med den negative klemme hos denne kilde.

Til .kollektor og basis hos transistoren Q27 er der koblet en kondensator C51, og til kollektor og basis hos transistoren Q28

er der koblet en kondensator C52.

Kollektoren hos transistoren Q27 er forbundet med portelektroden hos felteffekt-transistoren Q29 og med. en jordet motstand R97. Kollektoren hos transistoren Q28 er forbundet med portelektroden hos felteffekt-transistoren Q30 og med en jordet motstand R98. Det resulterende likestrøms-utgangssignal fra felteffekt-transistorene tilføres en likestrømsforsterker 58,

som kan være av typen LM308A, og utgangssignalet fra forsterkeren tilføres en utgangsklemme 60, hvor likespennings-utgangssignalet KØ.AZ fremskaffes.

Således skaffer den foreliggende oppfinnelse et enkelt og effektivt system hvor en boblenivåføler også benyttes som en multiplikator, slik at det blir mulig å utlede et utgangssignal som indikerer vinkelforskyvningen multiplisert med et ytre ledd, uten å behøve ytterligere elektroniske multiplikatorkretser i systemet.

Det skal selvsagt forstås at der, skjønt spesielle utførelsesformer for oppfinnelsen er blitt anskueliggjort og beskrevet, kan foretas modifikasjoner. Patentkravene er således ment å dekke alle de modifikasjoner som ligger innenfor opp-finnelsens ramme.

Claims (4)

1. Kombinert vinkelforskyvningsmåle- og multiplikasjons-anordning omfattende en nivåføler (12) av bobletypen, som reagerer på et vekselstrømseksitasjonssignal (Ka«sin cot) for å skaffe et utgangssignal (Kø-Ka-sin cot) med en amplitude proporsjonal med vekselstrøms-eksitasjonssignalets amplitude og følerens vinkelforskyvning fra et referansenivå, karakterisert ved en modulator (20) sammenkoblet med nivåføleren (12) for å tilføre vekselstrømseksitasjonssignalet (Ka«sin cot) til denne, idet modulatoren oppviser et første inngangskretsorgan (50) for tilførsel av et vekselstrøms-referansesignal (sin toti og et annet inngangskretsorgan (52) for tilførsel av et ytterligere signal (Ka) sam skal amplitude-moduleres på vekselstrøms-referansesignalet, og en utgangskrets (24, 26) forbundet med nivåføleren (12) for fra denne å utlede et utgangssignal (Kø.Ka) med en amplitude som er representativ for produktet av nivåfølerens vinkelforskyvning fra referansenivået og det ytterligere inngangs-signals amplitude.

2. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at utgangskretsen (24, 26) innbefatter en demodulator (26) til å gjenvinne utgangssignalet (Kø-Ka).

3. Anordning som angitt i krav 1, karakterisert ved at det ytterligere inngangssignal (Ka) er et likestrøms-signal, og at utgangssignalet (Kø-Ka) er et likestrømssignal med en amplitude som er representativ for det ytterligere signals amplitude multiplisert med nivåfølerens (12) vinkelforskyvning fra referansenivået.

4. Anordning som angitt i krav 2, karakterisert ved at modulatoren (20) og demodulatoren (26) er av synkrontypen, og at systemet innbefatter kretsorganer (56) til å inn-føre vekselstrøms-referansesignalet (sin-cot) i demodulatoren faseforskjøvet i forhold til vekselstrøms-referansesignalet slik dette tilføres modulatoren.