NO155320B - Pendelenhet omfattende en pendel og en uttaksdel som er tilknyttet pendelen. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelsen angår en pendelenhet, omfattende

en pendel og en uttaksdel som er tilknyttet pendelen og er innrettet til å avgi et elektrisk utgangssignal, avhengig av pendelens forskyvning som resultat av påvirkning utenfra på enheten.

Uttaksdelen er innrettet til å avgi et signal som avhenger

av pendelenhetens skråstilling og en elektrisk krets mottar uttakssignalet for å avgi et utgangssignal som representerer bare de forandringer i pendelstillingen som ligger under en på forhånd bestemt hastighet. Pendelenheten kan tilknyttes et gyrokompass og den på forhånd bestemte hastighet kan velges slik at den tillater kretsens utgang å følge forandringer i pendelutgangen som finner sted med en hastighet som ventes å opptre under normal drift, mens kretsens utgang hindres i å føle forandringer ved større hastighet som kan oppstå på grunn av akselerasjoner av et fartøy der gyrokompasset er montert, akselerasjoner som kan skyldes kursforandringer for et skip eller skipets rulling om en akse mellom nord-syd og øst-vest aksene.

En ytterligere forbedring kan oppnås ved å innføre en passende begrensning av utgangen fra pendelenhetens uttaksdel.

Pendelenheter med tilhørende elektriske kretser og elektriske kretser som egner seg for pendelenheter, er tidligere kjent bl.a. fra US PS 3.494.204 og 3.710.234. Også britisk patent 1.404.939 beskriver en pendelenhet der det inngår en elektrisk krets, men ingen av de nevnte eller andre kjente løsninger oppviser de egenskaper som man er kommet frem til ved foreliggende oppfinnelse.

Oppfinnelsen er kjennetegnet ved de i kravene gjengitte

trekk og vil i det følgende bli forklart nærmere under henvisning til tegningene der: Fig. 1 skjematisk viser en krets i henhold til oppfinnelsen og

hver av fig. 2-9 viser utgangen fra kretsen på grunnlag av en tilhørende inngang.

Kretsen i henhold til oppfinnelsen slik den er vist

på fig. 1, omfatter en første forsterker A^ med to inngangs-klemmer, hvorav en utgjør kretsens inngangsklemme. Utgangs-klemmen for forsterkeren er koplet gjennom en motstand R

til inngangsklemmen for den ytterligere forsterker A^. En kapa-sitans C er koplet over forsterkeren Ap hvis utgangsklemme avgir kretsens utgang. Utgangen fra forsterkeren A^ er koplet til den annen inngangsklemme for forsterkeren A^.

Hvis en spenning e^ påtrykkes inngangsklemmen for kretsen føres forsterkeren A^ en utgang e2 til forsterkeren A^ som virker som en integrator på grunn av kapasitansen C. Når utgangen fra forsterkeren A^ tilbakekoples til forsterkeren A-^, virker denne som en komparator eller sammenlikningsanordning.

Utgangen e^ fra forsterkeren A-^ kopler mellom + E og

-E, der E er en konstant og fortegnet for E avhenger av fortegnet for (e^-e^). Forsterkeren A^ kan ha høy forsterknings-grad og en hurtig følsomhet slik at hysterese og tidsforsink-else blir meget små. Da forsterkeren A^ virker som en integrator, vil

Når D er Heaviside operator, vil således

avhengig av fortegnet for (e^ - e^). På denne måte vil. e^, alltid forandre seg med denne hastighet. Verdien kan ikke være stabil og heller ikke kan den forandre seg ved noen som helst annen hastighet.

Den oppførsel den viste krets har ved påvirkning av enkle spenningssignaler ved inngangen vil i det følgende bli beskrevet under henvisning til fig. 2 og 3.

Fig. 2 viser utgangen e^ for en konstant inngang e1-Komparatordelen av kretsen vil kontinuerlig kople opp og ned og lade og utlade integratordelen slik at e^ er en trapesbølge med en middelverdi svarende til e^. Fig. 3 viser en trinnforandring i e^ ved t = 0. En tid før t = 0, vil e-^ = 0 og e^ ha en middelverdi på 0. Etter t = 0 vil e^ = A volt og e^ øke med en konstant steilhet inntil e^ - e^ og deretter holdes e^ på en middelverdi på A og det lille trapesformede forløp vil være som tidligere. På fig. 2 og 3 er amplituden på den trapesformede bølge overdrevet slik at den i det hele tatt kan vises, men i praksis vil den trapesformede bølge være forsvinnende liten. Virkemåten for kretsen som en hastighetsbegrensende krets i tilknytning til et gyrokompass vil i det følgende bli beskrevet nærmere under henvisning til fig. 1, k og 5- Ved denne anvendelse blir inngangen e^ tilført fra et uttak PO tilknyttet gyrokompasspendelen PM. Inngangen e^ er en spenning hvis for-tegn og størrelse avhenger av gyrokompassets helningsvinkel etter likningen

der K er en skalakonstant.

6 er gyrokompassets helningsvinkel

t er pendelens tidskonstant

a er nord-syd-akselerasjonen og

g er tyngdekraftens akselerasjonskonstant.

Hvis gyrokompasset er ombord på et fartøy som ligger stille og med kompasset stabilt og klar til bruk, vil 6 være lik null og e^ være lik null. Nu lar man fartøyet bli utsatt for en nord-syd eller syd-nord akselerasjon eller en kompo-nent av en slik akselerasjon, f.eks. på grunn av en hastighetsforandring i rett kurs eller en sving under fart eller en kombinasjon av disse.

På fig. 4 er akselerasjonen idealisert som en trinn-akselerasjon, og passende verdier er innført som eksempel. Trinnakselerasjonen er vist som 'a' = 0,15 m/sek. 2 i løpet av ett minutt svarende til en nord-syd hastighetsforandring på

17§ knop. Pendelens tidskonstant er vist som | minutt og e, og e^ er gjengitt som 10 millivolt/meter sekund som kan skrives som 170 millivolt/grad av stabil pendelhelning. Denne spennings-skala er helt tilfeldig valgt.

Hvis man begynner ved t = 0 vil e^ øke eksponensielt mot 150 millivolt-nivået mens akselerasjonen varer og e^ øker med en konstant hastighet. Ved t = 1 min. opphører akselerasjonen, og e^ faller nu eksponensielt mot null. Ved t = 1.9 min. vil e^ være større enn e, og e^ begynner da å falle med samme konstante hastighet. I dette eksempel er steilheten for e^ valgt som 11 millivolt/min. av tiden, e^, og e^ har samme skala i stabil tilstand og en kontinuerlig forandring av e^ ved denne hastighet (11,0 millivolt/min.) vil bli frembrakt av en pendel som heller kontinuerlig med en hastighet på <*>J grader/time. Fra t = 1,9 min. faller derfor e^ med den konstante hastighet inntil e^ igjen er større enn e^ ved t = 4,2 min., og fra dette punkt og videre vil e^ følge e^ når e^ nærmer seg null. Det skraverte område under e^ linjen er proporsjonal med en nord-syd hastighetsforandring på omtrent 5 knop som skal sammenliknes med den opprinnelige akselerasjonsomhylningskurve på 17§ knop.

Kretsen vil være mer effektiv hvis det velges en mindre verdi for steilheten i e^ linjen, men en tilstrekkelig hastighet må naturligvis velges for at kompasset skal arbeide til-fredsstillende .

Spenningen e-, tillates å forandre seg tilstrekkelig hurtig til å følge forandringene i e^ på grunn av normal gyro-kompassdrift, men spenningen tillates ikke å forandre seg tilstrekkelig hurtig til å' følge større hastighetsforandringer for e^ som skyldes fartøyets akselerasjon. Hvis pendelen er utstyrt med stoppanordninger eller elektriske komponenter for å begrense kan egenskapene forbedres ytterligere. Fig. 5 viser det til-feilet da er begrenset til 50 millivolt. Akselerasjons-inngangen er som tidligere, og dette gjelder også skalaene, pendlene, tidskonstant og steilheten for e^. Dennegang er arealet under e^ proporsjonalt med en hastighetsforandring på

3 knop.

Den hastighetsbegrensende krets i henhold til oppfinnelsen kan også benyttes til reduksjon av den type gyrokompass-feil som vanligvis betegnes med "interkardinal rullefeil". Ved en utførelse av gyrokompass med pendelstyring der gyrokompasset er opphengt for å svinge om den nominelle horisontale nord-syd-akse og er bunntungt, oppstår denne feil ved svingning av gyro-skopet når det er opphengt på denne måte, kombinert med svingning av pendelen om den horisontale nominelle øst-vest-akse. Slik kombinert svingning finner ofte sted når et gyrokompass benyttes ombord på et skip. Hvis gyrokompasset er plasert over skipets rullesentrum, noe det normalt er, vil det finne sted sykliske horisontale akselerasjoner som skyldes skipets rulling og hvis det ruller om en akse som ikke er nøyaktig nord-syd eller nøyaktig øst-vest, men "interkardinal", vil slik akselerasjon føre til den kombinerte svingning det gjelder, noe som kan føre til en feil i gyrokompasset. Denne feil er tilnærmet proporsjonal med produktet av de to svingeamplituder. Hvis pendelens utgangssignal behandles i en krets i henhold til oppfinnelsen blir svingeamplituden for signalet sterkt redusert med tilsvar-ende reduksjon av denne spesielle feil. Virkemåten for kretsen i henhold til oppfinnelsen vil bli videre forstått under henvisning til fig. 6, 7 og 8 som viser utgangene e^ fra kretsen for sinusformede innganger e^, der den maksimale forandringshastighet for e^ er betydelig større enn den konstante hastighet som er valgt for e^ i hvert tilfelle. Av disse tre figurer vil man se hvorledes kretsen behandler slike sinusformede innganger og at: (i) Utgangen er en trapesformet bølge med samme frekvens som inngangen.

(ii) Utgangsamplituden er så godt som uav-

hengig av inngangsamplituden.

(iii) Utgangsamplituden er tilnærmet omvendt proporsjonal med inngangsfrekvensen.

I praksis vil forandringshastigheten for e, være valgt for å sikre at kretsen i stor utstrekning demper slike rullesignalinnganger. Fig. 9 likner på fig. 6, 7 og 8, men viser mulige verdier som eksempel. Både millivolt skalaen og tidsskalaen er tre ganger større enn de som er benyttet på

fig. 4 og 5- Steilheten for e^ vil derfor være som tidligere, og pendelens tidskonstant er også som før. Inngangssignalet har en amplitude og en frekvens som lett kunne komme fra en pendel ombord på et skip som ruller. Utgangens bølgeform e^ bestemmes derfor av virkningen fra kretsen på grunnlag av inngangssignalet e^.

Den hastighetsbegrensende krets i henhold til oppfinnelsen kan også anvendes i en gyro vertikal. Ved en type gyro vertikaler med pendelstyring finnes det to pendler som måler helning og om innbyrdes perpendikulære horisontale akser, og hvis gyro vertikalen er montert på et fartøy, vil begge pendler bli påvirket ved horisontal akselerasjon av dette far-tøy. Kretsen i henhold til oppfinnelsen kan benyttes med en slik krets for hver pendel, til dempning av akselerasjonens virkning på samme måte som beskrevet for et gyrokompass.

Man ser således at oppfinnelsen tilveiebringer en enkel krets som kan anvendes på mange måter og særlig, men ikke utelukkende, for å bedre egenskapene ved et gyrokompass når det gjelder dets følsomhet overfor akselerasjon.

Kretsen kan forsynes i det minste delvis med digitale komponenter i stedet for de analoge komponenter som her er beskrevet.

Claims (4)

1. Pendelenhet omfattende eri pendel og en uttaksdel som er tilknyttet pendelen og er innrettet til å avgi et elektrisk utgangssignal avhengig av pendelens forskyvning som resultat av påvirkning utenfra på enheten, karakterisert ved at den innbefatter en elektrisk krets med en integrator og en komparator, der integratoren avgir enhetens utgangssignal og komparatoren mottar både det førstnevnte signal og utgangssignalet, hvor-ved enhetens utgangssignal bare representerer slike forandringer i det førstnevnte signal som ligger under en på forhånd bestemt forandringshastighet.

2. Pendelenhet som angitt i krav 1, karakterisert ved at integratoren omfatter en forsterker og en kondensator i en tilbakekoblingssløyfe til denne og ved at komparatoren omfatter en differensialforsterker.

3. Pendelenhet som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved signalbegrensende anordninger som er innrettet il å tre i virksomhet mellom uttaksdelen og komparatoren.

4. Pendelenhet som angitt i krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved stoppanordninger for begrensning av pendelens forskyvning.