NO313474B1 - Innretning for bestemmelse av kursvinkelen til et fartöy - Google Patents

Abstract

Det beskrives en fremgangsmåte for utlesing av et gyroapparat. Det som kjennetegner oppfinnelsen er at registreringen av gyrodata skjer ved hjelp av en absoluttvinkelutlesing.For gjennomføring av den nye fremgangsmåte foreslås det et gyroapparat med et gyroavfølingssystem, hvor gyro-avfølfngssystemet er koplet med en dreibar avfølingsbar henholdsvis avfølende innretning.Fremgangsmåten kan også gjennomføres med et gyroapparat med et gyroavfølingssystem, hvor det på siden av gyroapparatet er anordnet en utlesingskomponent (eksempelvis CCD-sensor) som avfølende innretning, som direkte avføler horisontale og vertikale *absolutt-vinkelmarkeringer på gyroapparatet.

Description

Oppfinnelsen vedrører en innretning for bestemmelse av kursvinkelen til et fartøy, fortrinnsvis et skip, som angitt i innledningen til patentkrav 1.

Gyroapparater har vært kjent i lengre tid. I boken "Kreisel-gerate" av Wolf von Fabeck, Vogel-Verlag Wtirzburg (1980) er det teoretiske grunnlag såvel som de enkelte gyrosystemer meget godt beskrevet. Det vises særlig til sidene 255-318.

Et problem ved gyroapparater er datautvinningen i gyrosystemet. Vanligvis har man en sensorgruppe med roterende gyro, som avføles ved hjelp av en brokopling. Ved kursendr-inger blir avfølings-byggegruppen etterført relativt gyrosystemet eksempelvis ved hjelp av en trinnmotor. Denne vinkelverdi blir som regel overført til periferiapparater, som har egnede midler for kursfremvisning og -utlevering. Tilsvarende gyroapparater er kjent fra DE-C 14 73 891 og DE-C 30 11 727.

Fra DE-A-3308358 er det kjent et gyroapparat av den i innledningen til patentkrav 1 definerte type. Det beskrives der en absolutt-kursbestemmelse for fartøy ved hjelp av et gyrokompass. Absoluttvinkelen utleses ved hjelp av en på kulelegemet anbragt strekkode, som endrer sin stilling ved en kursendring, og ved hjelp av en optisk avføling. Det foretas en elektro-optisk absoluttvinkelutlesing og en elektronisk vurdering, som gir de ulike kursdata parallelt med utleseen-heten. Den momentane horisontale vinkelstilling bestemmes, og det foretas en dataoverføring av absoluttvinkelverdiene til gyroperiferiapparater. Det foretas en digital eller analog kursvisning. Det er også anordnet ulike optiske følerinnretninger for registrering av kulelegemets dreiebeve-gelse. Videre er det anordnet en Gray-kode for absoluttvin-kelbestemmelse. Et gyroavfølingssystem er koblet med en avfølingsinnretning. Gyroavfølingssystemet er dreibart opphengt ved hjelp av et kuleledd og er bevegelig langs en sirkelbane. Kompasshuset som bærer gyroavfølingsinnret-ningen, kan ved en fartøysbevegelse etterføres det dreiende gyrosystem ved hjelp av en etterføringsmotor. Ved den avfølende innretning er det anordnet en avfølbar innretning.

Hensikten med oppfinnelsen er å utforme en innretning for bestemmelse av kursvinkelen til et fartøy, som angitt i innledningen til patentkrav 1, på en slik måte at det på enkel måte muliggjøres en nøyaktig registrering av digitale absoluttvinkelinformasjoner.

Denne hensikt oppnås ifølge oppfinnelsen med de trekk som er angitt i patentkrav 1. Ytterligere utførelsesformer av oppfinnelsen er angitt i de uselvstendige patentkrav.

Ifølge oppfinnelsen er etterføringskretsen koblet med en koderingsskive, som kan avføles med en elektro-optisk, elektro-magnetisk, induktiv eller kapasitiv utlesingsinnretning for fastslåing av absolutt-kursvinkelen.

Gyroapparatet kan være opphengt i et universalledd og innbefatte et flytelegeme, som kan være omgitt av en omhylllng som er 360° dreibar relativt flytelegemet om en vertikalakse.

Det kan være anordnet en sentralt oppover gjennom en drivskive forløpende akse i form at et forlengelsesrør, på hvis øvre ende det kan være anbragt en horisontal koderingsskive. Denne kan være forbundet med etterføringskretsen og kan således dreie seg med denne.

Videre kan det være anordnet en seriell eller parallell overføringsinnretning for overføring av de målte og beregnede absoluttvinkler til andre apparater, en tilbakemeldingsinnretning for de overførte data, og en ekstra innretning for registrering av fartøyets horisontvinkel. Koderingsskiven kan bære en såkalt Gray-kode. Gyro-avfølingsinnretningen kan ved hjelp av en som en bøyelig aksel arbeidende innretning

være direkte koblet med den dreibare avfølbare innretning.

I gyro-avfølingssystemet kan det være anordnet en brokobling, som ved relativbevegelser mellom gyrosystem og omhylling tilveiebringer et utgangssignal, som ved etterføring ved hjelp av etterføringskretsen kan reduseres til null. Signalene fra den avfølende følerinnretning skal representere absolutte digitale vinkel informasjoner. Gyroapparatet er fortrinnsvis et gyrokompass. Et anordnet, ikke-flyktig lager kan lagre dataene fra absoluttvinkelgiveren direkte etter utlesingen. Som utlesingskomponent kan det sideveis for gyroapparatet være anordnet en CCD-føler.

Ved hjelp av den nye innretning ifølge oppfinnelsen skjer registreringen av gyrodataene direkte ved hjelp av en absoluttvinkelvurdering. Denne absoluttvinkelvurdering kan gjennomføres elektro-optisk, elektro-magnetisk, induktivt eller kapasitivt. De data som man får med absoluttvinkelvur-deringen, kan overføres serielt eller parallelt til andre apparater.

På tegningene viser

Fig. 1 en prinsippskisse av et gyroapparat, hvor vinkelavlesningen ikke skjer direkte på en

gyrokule,

fig. 2 viser en prinsippskisse av et gyroapparat, hvor vinkelutlesingen skjer direkte på en gyrokule

(uten etterføring), og

fig. 3 viser en prinsippskisse av et gyroapparat med

periferiapparater.

Det i fig. 1 viste gyroapparat 1 er et kompass, hvis kuleformede legeme 2 inneholder et nord-visende gyrosystem med to elektrisk drevne gyroløpere. På kjent måte er legemet 2 forsynt med elektrodeflater 3, 4 ved polene og med et ledeband 5 ved ekvator. Legemet flyter i en flytende elektrolytt 6. Elektrolytten utfyller trange spalter mellom de på legemet 2 anordnede elektrodeflater 3, 4, 7, 8. Elektrodeflåtene 7, 8 er anordnet på en omhylling 9 som omgir legemet 2. I det i fig. 1 viste utførelseseksempel består denne omhylling eller dette hus 9 av en nedre, omtrent halvkuleformet del 9a og en likeakset øvre kalottformet del 9b. Hele komponentgruppen er dreibart opplagret om den vertikale akse 13 og er forsynt med et kuleleddlager 10, 10a for avkopling av rulle- og stampebevegeIser (pendelledd).

Etterføringsmomentet overføres ved hjelp av en dreiestiv, vinkelmyk belg 19. Den gjennom elektrodeflåtene 3, 4 på legemet 2 og elektrodeflåtene 7, 8 på huset 9 flytende strøm styrer på i og for seg kjent måte en på bærestativet 12 anordnet etterløpmotor 14, som medfører at huset 9 løper etter legemet 2 om vertikalaksen. Ledebåndet 5 samvirker med de to vendekontaktene 15, 16, og de på denne måten tilveie-bragte signaler blir sammenlignet i en ikke vist brokopling. Dersom rotasjonen av legemet 2 gir et signal til brokoplingen, så vil motoren 14 dreie de to vendekontaktene 15 og 16 helt til brokoplingen ikke lenger leverer et signal (som i DE-C 14 73 891).

Ved en kursendring vil det kuleformede legeme 2 beholde sin stilling i rommet. De på huset 9 anbragte vendekontakter 15, 16 føres etter denne bevegelse av legemet 2 av motoren 14. Dette skjer ved hjelp av en removerføring 17, 18. De to vendekontakter 15, 16 er elektrisk forbundne med hverandre over brokoplingen. Når brokoplingens utgangssignal er null, stopper elektromotoren 14. Motoren 14 kan være en trinnmotor eller også en likestrømmotor. På denne måten overføres legemets 2 bevegelse til huset 9. Huset 9 på sin side er direkte forbundet med drivskiven 17 ved hjelp av den elastiske belg 19. Sentralt fra drivskiven 17 går det opp en aksel 20 på hvis øvre ende det er anordnet en avfølingsskive 21. Denne avfølingsskive 21 (eksempelvis en koderingsskive med Gray-kode) avføles på egnet måte (eksempelvis elektro-optisk, induktivt, kapasitivt).

På undersiden av akselen 20 er det et kuleleddlager. Denne opphengingen og befestigelsen av huset 9 med vendekontaktene 15, 16 er beskrevet detaljert i DE-C 30 11 727. Utførelsen gir en meget høy aksial stivhet mellom avfølingsskiven 21 og huset 9, uten at denne stivhet yter noen merkbar motstand mot en dreie- og rullebevegelse av huset 9.

Prinsippet med utlesing ved hjelp av en absoluttvinkel-innkoder 21, 22a, 22b (oppløsningsevne fra 2<12> til 2<16>) muliggjør en absoluttvinkel-vurdering av gyroapparatet 1. Denne vurdering kan være elektrooptisk, elektromagnetisk, induktiv, kapasitiv, osv. Signalene inneholder absoluttvinkelen, som ved hjelp av en elektrisk innretning 23 eksempelvis kan overføres til gyroperiferiapparater 25. Dette er vist i fig. 3.

Det i fig. 1 viste gyrokompass 1 med azimut-aksevurdering (kursvinkelgivning) må minst innbefatte en egnet høyopp-løsnings-absoluttvinkel-innkoder 21, 22a, 22b med avfølings-skive 21 (fortrinnsvis Gray-kode; elektrooptisk, elektro-magnetisk, kapasitiv eller induktiv). Absoluttvinkelmålingen med de tilhørende skalaer på avfølingsskiven 21 er kjent fra før. Absoluttvinkel-innkoderen er direkte festet på sin dreibart opplagrede akse 13 ved hjelp av et universalledd 10, 10a, 10b (eksempelvis kjent fra DE-C 30 11 727) for avkopling av rulle- og stampebevegelser, eksempelvis vibrasjoner i en farkost, fortrinnsvis et skip. Absolutt-vinkelregistreringen 360° rundt gyrosystemaksen skjer ved en direkte påflensing av innkoderen 21, 22a, 22b på etterfør-ingskretsen 15, 16.

Under universalleddet 10, 10a, 10b, med direkte kopling, befinner det sentrerte, berøringsfritt lagrede gyrosystem 2 seg. Utførelsen med væskebærelageret 6 er eksempelvis kjent fra DE-PS 14 73 891. Gyrosystemet 2 avfølges på egnet måte (vendekontakter, ledebånd, brokopling, eksempelvis som kjent fra DE-PS 14 73 891), og avføllngsgruppen vil ved kurs-endringer etterføres gyrosystemet eksempelvis ved hjelp av en trinnmotor 14.

Med denne type direkte kopling mellom vinkelgiveren 21 og avføllngsgruppen 15, 16 oppnås en kursverdiregistrering som utmerker seg ved at den ikke inneholder noen gir-overførings-feil (girtoleranser, tanndelingsnøyaktighet), slik at det således oppnås en betydelig øking av nøyaktigheten. Videre utmerker registreringen seg ved at det oppnås et serie- eller parallell-utgangssignal, som.på en rask og kostnadsgunstig måte kan bearbeides med etterkoplet digital elektronikk. Registreringen vil også være absolutt og entydig (dvs. at ved en mekanisk forstilling henholdsvis etter et spenningsutfall, vil man med en gang kunne oppnå en feilfri vinkelinformasjon igjen).

På denne måten får således de forskjellige periferiapparater 25 (datterkompass, selvstyring, radar, posisjonsmottager osv.) forstyrrelsesfrie signaler, uten desynkronisering. Kursregistreringen skjer på en entydig måte og helt girløst og vil eksempelvis etter et spenningsutfall eller en mekanisk forstilling eller lignende, med en gang igjen gi entydige vinkelinformasjoner. Periferiapparatene 25 blir styrt absolutt, i serie eller parallelt, på en entydig måte.

I motsetning til fig. 1 er gyroapparatet 101 i fig. 2 utført slik at absoluttvinkelinformasjonen ligger direkte på legemet 102. Legemet 102 har eksemelvis to skalaer 124, 126, anordnet i en innbyrdes vinkel på 90°. Fordelaktig er en skala 124 lagt om legemets 102 ekvator. Utlesingen av skalaene 124, 126 kan i denne utførelse fortrinnsvis skje på en absolutt måte ved hjelp av CCD-følere 115, 116 og egnet forkoplet optikk.

Dreier legemet 102 seg, så registreres dette av sensorene 115, 116, og det avgis en i samsvar med de to signaler beregnet vinkelinformasjon. Er sensorene 115, 116 flatemessig fordelt i det minste i horisontal og vertikal retning over husets 109 omfang, så kan man gi avkall på en etterføring og det utledede signal kan så gis til en regneenhet 123 for tilveiebringelse av et utgangssignal, som overfører absoluttvinkelinformasjonen til periferiapparater 125 (ytterligere deler av gyrokompasset er som i fig. 1 og har tilsvarende nummerering i en 100-serie).

Den i fig. 3 viste dataoverføring av absoluttvinkel-informasjon kan skje i serie eller parallelt. Periferiapparatene 25, 125 melder den mottatte informasjon tilbake til den elektroniske overføringsinnretning 23, 123 (eksempelvis regneenhet) for således å sikre en feilfri dataoverføring.

I periferiapparatene 25, 125 kan absoluttvinkelen anvises analogt 200 såvel som digitalt 201. Eventuelt kan absoluttvinkelen også bearbeides elektronisk i en computer 202 for ytterligere kursberegninger.

Med en slik dataoverføring kan de anvisende periferiapparater (eksempelvis datterkompass) 25, 125 bli selvinnstillende, dvs. at etter et strømbrudd henholdsvis etter et brudd i dataoverføringen, vil periferiapparatene 25, 125 med en gang igjen få en absoluttvinkel-informasjon, som kan anvendes særlig for selvinnstilling av en analoganvisning 201. Det er bare ved starten av systemet at analoganvisningen 201 må bringes i samsvar med digitalanvisningen 202. Dette kan skje manuelt eller automatisk, når analoganvisningen 201 har en tilsvarende utlesbar markering.

Den særlige fordel ved systemet ses å være at absoluttverdi-registreringen 360" rundt gyrosystemets akse kan skje ved hjelp av en direkte påflensing av sensorer 115, 116. Dette muliggjør en entydig, absolutt og girfri kursregistrering, som eksempelvis ved spenningsutfall, mekanisk forstilling osv. med en gang igjen vil levere en entydig vinkelinformasjon. Særlig den seriemessige dataoverføring til periferiapparatene 25, 125 medfører den fordel at disse kan styres absolutt på entydig måte.

Det oppnås en meget nøyaktig kursvinkelregistrering med få komponenter. Det parallelle eller seriemessige utgangssignal kan bearbeides på enkel måte i etterfølgende digitalelektro-nikk 201, 202. De ifølge kjent teknikk oppbyggede sensorer 115, 116 vil ved direkte utlesing av gyrolegemet gi en overføringsfeilfri, absolutt vinkelinformasjon.

I kombinasjon med eksempelvis treakse- (x,y,z)-målende akselerasjonsmålere 131 på gyroapparatets basis 112 kan det fra den nordorientert, horisontalstilte gyro i tillegg beregnes en horisontalvinkelinformasjon som kan gis til periferiapparater 25, 125.

Claims (18)

1. Innretning for bestemmelse av kursvinkelen til et fartøy, fortrinnsvis et skip, med et gyroapparat (1) bestående av et gyrosystem (2) og en dette omgivende omhylling (9a, 9b), idet gyroapparatet (1) er koblet med fartøyet, og med et gyro-avfølingssystem bestående av en avfølingsinnretning med kontakter (15, 16) og av en avfølbar innretning for tilveiebringelse av signaler i samsvar med en vinkelmessig relativbevegelse mellom gyrosystemet og omhyllingen, hvilke signaler kan benyttes for styring av andre apparater, karakterisert ved en etterføringskrets (14, 17) for etterføring av omhyllingen (9a, 9b) relativt gyrosystemets (2) bevegelse, idet etterfø-ringskretsen (14, 17) er koblet med en koderingsskive (21) som kan avføles med en elektro-optisk, en elektro-magnetisk, en induktiv eller en kapasitiv utlesingsinnretning (22a, 22b) for fastslåing av absolutt-kursvinkelen.

2. Innretning ifølge krav 1,karakteriser t v e d at gyroapparatet (1) er opphengt i et universalledd (10a), og innbefatter et flytelegeme (2), som er omgitt av den nevnte omhylling (9a, 9b), som er 360° dreibar relativt flytelegemet (2) om en vertikalakse (13).

3. Innretning ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at gyrosystemet (2) har en, eventuelt fra universalleddet (10, 10a) utgående, oppover gjennom et forlengelsesrør (20) forlenget aksel (20), på hvis øvre ende koderingsskiven (21) er anbragt, idet den for-lengede aksel (20) rager opp og sentralt gjennom en drivskive (17) i etterføringskretsen (17, 14), og koderingsskiven (21) er flenset direkte til etterføringskretsen (17, 14).

4. Innretning ifølge et av kravene 1 til 3, karakterisert ved en seriell eller parallell overføringsinnretning (23, 123) for overføring av de målte og beregnede absoluttvinkler til andre apparater.

5 . Innretning ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved en tilbakemeldingsinnretning for kontrollsending av de til andre apparater sendte data fra absoluttvinkel-utlesingsinnretning en absoluttvinkel-vurderingsinnretning i gyroapparatet (1).

6. Innretning ifølge et av kravene 1 til 5, karakterisert ved en ekstra innretning for måling av fartøyets horisontvinkel.

7. Innretning ifølge et av kravene 1 til 6, karakterisert ved at koderingsskiven (21) har en Gray-kode.

8. Innretning ifølge et av kravene 1 til 7, karakterisert ved at gyro-avfølingsinn-retningen er direkte koblet med en dreibart, avfølbar innretning ved hjelp av en belg (19).

9. Innretning ifølge et av kravene 1 til 8, karakterisert ved at det i gyro-avfølings-systemet er anordnet en brokobling, som ved relativbevegelser mellom gyrosystemet (2) og omhyllingen (9a, 9b) tilveiebringer et utgangssignal, som kan reduseres til null ved etterføringen med etterføringsskretsen (14, 17).

10. Innretning ifølge et av kravene 1 til 9, karakterisert ved at det på den avfølbare del av gyro-avfølingssystemet er anbragt minst ett med den avfølende innretning lesbart informasjonsspor.

11. Innretning ifølge et av kravene 1 til 10, karakterisert ved at signalene fra den avfølende følerinnretning (22a 22b;115, 116) representerer absolutte digitale vinkelinformasjoner.

12. Innretning ifølge et av kravene 1 til 11, karakterisert ved en om gyrosystemet (2) bevegelig anordnet avfølingskomponentgruppe, som kan etterføres relativt gyrosystemets relativbevegelse.

13. Innretning ifølge krav 12, karakterisert ved at en absoluttvinkelgiver er koblet direkte med avfølingskomponentgruppen.

14. Innretning ifølge ett av kravene 1 til 13, karakterisert ved at gyroaparatet er et gyrokompass.

15. Innretning ifølge et av kravene 1 til 14, karakterisert ved et ikke-flyktig lager for direkte lagring av en absoluttvinkelgivers data etter utlesingen.

16. Innretning ifølge et av kravene 14 til 15, karakterisert ved at det på gyrosystemet (102) er anbragt to innbyrdes loddrett innrettede skalaer (124, 126) som kan utleses ved hjelp av minst en avfølings-innretning (115, 116).

17. Innretning ifølge et av kravene 1 til 16, karakterisert ved at det på den dreiende avfølte del av gyrosystemet (102) er anbragt to innbyrdes i rett vinkel innrettede informasjonsspor (124, 126), at det rundt den avfølte del er anbragt en avfølingsinnretning (115, 116) med minst en utlesingskomponent, som avføler infor-masjonssporene samtidig eller etter hverandre, og at utgangssignalene er digitale absoluttvinkel-informasjoner.

18. Innretning ifølge et av kravene 14 til 17, karakterisert ved at den sideveis relativt gyroapparatet anordnede utlesingskomponent er en CCD-føler.