Pierwszenstwo: Opublikowano: 21.XII.1970 61438 KI. 42 o, 9 MKP G 01 p, 5/08 UKD Wspóltwórcy wynalazku: Jerzy Makowicz, Andrzej Owczarski, Zdzislaw Duh Imbor Wlasciciel patentu: Gdanskie Zaklady Radiowe, Gdansk (Polska) Log elektroniczny Wynalazek dotyczy urzadzenia do wzglednego po¬ miaru szybkosci ruchu statków i przebytej przez nie drogi, skladajacego sie z elementów i ukladów elektronicznych i wspólpracujacego ze znana sonda elektromagnetyczna.Zagadnienia pomiaru wzglednej szybkosci ruchu i przebytej drogi statku jest dotychczas rozwiazane przy uzyciu urzadzen dzialajacych na zasadzie wy¬ korzystania dynamicznego cisnienia wzglednego ru¬ chu wody otaczajacej plynacy statek oraz na za¬ sadzie wykorzystania sily elektromotorycznej, wzbu¬ dzanej w wodzie przez zródlo zmiennego pola ma¬ gnetycznego, poruszajace sie wraz ze statkiem.Podwodne czesci logów elektromagnetycznych sa ukladami mechanicznie zwartymi, pozbawionymi czesci ruchomych i niewrazliwymi na zaklócenia ze strony obcych cial zawartych w wodzie morskiej, z tego powodu logi elektromagnetyczne znajduja co¬ raz szersze zastosowanie, wypierajac mniej dosko¬ nale logi cisnieniowe i turbinowe.Czesc urzadzenia znanego logu elektromagnetycz¬ nego, zawarta we wnetrzu statku, sklada sie z zasi¬ lacza, ukladu elektrycznej kompensacji sygnalu za¬ klócajacego i elektromechanicznego ukladu nadaz- negó, zakonczonego obrotowa tarcza z naniesionymi oznaczeniami szybkosci. Do pomiaru przebytej drogi opisany log zawiera zegar i uklad mechanicznego calkowania, sprzezone z omówionym ukladem po¬ miaru predkosci.Eksploatacja opisanego urzadzenia jest klopotliwa z powodu koniecznosci ochrony precyzyjnych me¬ chanizmów przed zabrudzeniem, korozja i uszkodze¬ niami mechanicznymi. Opory tarcia wewnatrz ru¬ chomych mechanizmów powoduja bledy pomiaru 5 predkosci, zwlaszcza predkosci malych. Pomiar prze¬ bytej drogi jest takze obarczony bledem tym wiek¬ szym, im dluzsza jest mierzona droga oraz. im wie¬ cej zmian szybkosci statku zachodzi podczas jej trwania. Wymaganie dokladnosci pomiaru za po- io moca opisanego logu jest sprzeczne z wymaganiem odpornosci tego urzadzenia na wszelkie wplywy de¬ strukcyjne i z tego powodu przyrzady tego*rodzaju nie calkowicie zaspakajaja praktyczne potrzeby na¬ wigacji morskiej. Najczesciej wskazywanym man- 15 kamentem jest zbyt wysoki próg nieczulosci, zwia¬ zany z praca mechanizmów.Celem wynalazku jest rozszerzenie zakresu po¬ miarowego logu elektromagnetycznego na szybkos¬ ci male oraz zmniejszenie zakresu nieczulosci logu 20 wzgledem zmian mierzonej predkosci i drogi. Do osiagniecia tego celu okazalo sie niezbedne opra¬ cowanie elektronicznego ukladu przetwarzajacego slabe sygnaly wyjsciowe sondy elektromagnetycznej na cyfrowe wskazania szybkosci i przebytej drogi. 25 Rozwiazanie tego zadania osiagnieto przez pola¬ czenie z wyjsciem znanej sondy elektromagnetycz¬ nej znanego, w zasadzie, elektronicznego woltomie¬ rza cyfrowego o ukladzie nadaznym i uzupelnienie tego woltomierza zespolem samoczynnie selekcjonu- 30 jacym, wedlug kata fazowego, sygnal uzyteczny od, 6143861438 n znacznie mocniejszego, lecz zawsze o —~ przesunie¬ tego fazowo, sygnalu zaklócajacego. Jako zespól se¬ lekcjonujacy zastosowano z korzyscia detektor fa- zoczuly, wlaczony miedzy wezel sumujacy, a licznik impulsów woltomierza i dodatkowo polaczony z za¬ silaczem sondy. Tak zestawiony uklad wskazuje w sposób cyfrowy wartosc proporcjonalna do aktual¬ nej predkosci ruchu wody wzgledem sondy.Okazala sie równiez korzystna odmiana powyz¬ szego rozwiazania, w której funkcje wezla sumu¬ jacego (-napiecie mierzone i napiecie sprzezenia zwrotnego) oraz zespolu selekcjonujacego fazowo wykonuje uklad impulsowo kluczowanego kompa¬ ratora napiec. Do tego komparatora sa doprowa¬ dzane: mierzone napiecie z sondy i napiecie sprze¬ zenia zwrotnego, celem ich porównywania oraz klu¬ czujace napiecie impulsowe z dodatkowego ukladu formujacego, sprzezonego z zasilaczem sondy. Pra¬ ca komparatora odbywa sie w czasie krótkotrwalych impulsów, gdy skladowa zaklócajaca mierzonego na¬ piecia zmienia polaryzacje i nie wplywa na wynik porównania.Z wyjsciem opisanego komparatora jest polaczo¬ ny uklad logiczny, sterowany takze przez wymie¬ niony uklad formujacy, przelaczajacy impulsowe napiecia bledu na dwa rózne wyjscia w zaleznosci od polaryzacji napiecia bledu. Rozdzielone impulsy róznej biegunowosci sa doprowadzane do wejsc na- wrotnego licznika woltomierza.Cyfrowo-elektryczna forma wyniku pomiaru szyb¬ kosci ruchu statku, uzyskiwana na wyjsciu wolto¬ mierza, umozliwia jednoczesny pomiar przebywanej drogi przez calkowanie, w ukladzie elektronicznym, wyniku pomiaru szybkosci, wzgledem czasu. Do te¬ go icelu zastosowano posredni licznik impulsów, zlo¬ zony z przerzutników, zródlo impulsów sterujacych, . generator taktu, najkorzystniej sprzezony z wymie¬ nionym zródlem impulsów oraz uklady bramkujace, sterowane przez wymieniony generator taktu, wla¬ czone miedzy zródlo impulsów sterujacych, a odej¬ mujace wejscie licznika posredniego, miedzy oba wymienione liczniki oraz miedzy wejscie, a licznik nawrdtmy woltomierza.Ponadto w ukladzie calkowania zastosowano su¬ mator impulsów, polaczony bezposrednio, lub, ko¬ rzystniej, przez dzielnik czestotliwosci z wejsciem licznika posredniego. Stwierdzono przy tym, ze zró¬ dla impulsów elektrycznych o róznych czestotliwos¬ ciach moga byc z korzyscia zastapione jednym ge¬ neratorem w polaczeniu z dzielnikami czestotli¬ wosci.Pomiar przebytej drogi odbywa* sie w opisanym ukladzie dzieki okresowemu przepisywaniu w krót¬ kich, równych odstepach czasu, aktualnego stanu licznika woltomierza na przerzutniki licznika po¬ sredniego i sumowaniu, w sposób narastajacy, im¬ pulsów sterujacych, potrzebnych do kasowania, w kazdym z tych krótkich okresów, stanu licznika posredniego do zera. Po kazdym skasowaniu, sygnal zera stanu tego licznika, dzialajac na uklad bram¬ kujacy, wlaczony miedzy zródlo impulsów steruja¬ cych a licznik posredni, przerywa dalszy przeplyw tych impulsów do licznika i do sumatora.Aktualny stan sumatora jest proporcjonalny do sumy iloczynów: stalych okresów taktu i róznych, w ogólnosci dla kazdego z tych okresów, stanów licznika pomiaru szybkosci. W opisanym ukladzie, podczas jego pracy poruszaja sie tylko nosniki la- 5 dunku elektrycznego wewnatrz przewodników, a wiec nie wystepuje tarcie ruchomych mechanizmów.Wynalazek jest objasniony za pomoca dwu przy¬ kladów wykonania na rysunku, na którym fig. t przedstawia strukturalny schemat logu wedlug wy- 10 nalazku, a fig. 2 przedstawia strukturalny schemat logu wedlug odmiany wynalazku. Zródlem sygnalu pomiarowego jest elektromagnetyczna sonda 1, z której sygnal ten, obarczony znaczna skladowa za¬ li klócajaca, rózniaca sie fazowo o ——- od skladowej 15 2 uzytecznej, jest doprowadzany do recznie nastawial- nego kompensatora 2 napiecia zaklócajacego. Kom¬ pensacja zachodzi przez sumowanie sie w tym ukla¬ dzie napiecia wyjsciowego sondy i synchronicznie 20 z nim zmiennego napiecia doprowadzanego z zasila¬ cza 3 przez nastawny przesuwnik fazy i dzielnik amplitudy 4. Wstepnie skorygowany przez kompen¬ sacje sygnal uzyteczny jest doprowadzany przez przelacznik P — K do wezla sumujacego 6; stano- 25 wiacego wejscie ukladu woltomierza cyfrowego.Wymieniony przelacznik w pozycji K tworzy po¬ laczenie wejscia woltomierza z zespolem dzielni¬ ków 5, w którym z napiecia zasilajacego jest wy¬ twarzane napiecie wzorcowe, sluzace do sprawdza- 30 nia logu. Wezel sumujacy 6 wytwarza napiecie ble¬ du, czyli róznicy miedzy aktualna amplituda uzy¬ tecznej skladowej napiecia wejsciowego, a ampli¬ tuda napiecia sprzezenia zwrotnego, które jest do¬ prowadzane przez zespól kalibracji 7 z przetworni- 35 ka cyfrowo-analogowego 8.Po wzmocnieniu zmienne napiecie bledu podlega ostatecznej korekcie i jednoczesnej przemianie, w detektorze fazoczulym 9, na napiecie wolnozmienne o polaryzacji i poziomie zaleznych od kata fazowe- 40 go i amplitudy napiecia wyjsciowego wezla sumu¬ jacego 6. W komparatorze napiecia 10 tor mierzone¬ go sygnalu jest rozdzielony na dwa niezalezne tory.Dwuprzewodowe wyjscie komparatora jest polaczo¬ ne z ukladem bramkujacym, który sklada sie z bra- 45 mek iloczynowych Ij oraz I2 przepuszczajacych do licznika sygnaly znaku liczenia alternatywnie: do¬ dawania, gdy bramka Ix jest otwarta, lub odejmo¬ wania, gdy jest otwarta bramka I2 to znaczy w za¬ leznosci od stanu napiec na wyjsciach komparatora 30 10 oraz od chwilowego stanu napiecia taktu wpro¬ wadzanego synfazowo do obu bramek.W torze sygnalu obejmowania bramka iloczynowa I2, oprócz polaczen z komparatorem i generatorem taktu posiada równiez polaczenie z deszyfratorem 55 11 zera stanu wskaznika szybkosci. Dzieki temu przypadkowe impulsy nie moga cofnac stanu liczni¬ ka 12 ze stanu zero do stanu zblizonego do maksi¬ mum, co byloby niepozadane glównie ze wzgledu na pomiar przebytej drogi.^ Wyjscia przerzutników licznika 12 sa polaczone zarówno z dwójkowo-dziesiatkowyin dekoderem 13,. jak równiez z przetwornikiem cyfrowo-analogowym 8 oraz z ukladem bramkujacym 15, który otrzymu¬ je napiecie taktu, lecz zanegowane w stosunku do 65 napiecia taktu, wprowadzanego do bramek iloczy-61438 nowych I± i I2. Przez uklad bramkujacy 15 sygnaly stanów przerzutników licznika 12 wymuszaja ana¬ logiczne stany przerzutników licznika 17, lecz tylko w tych czesciach okresu taktu, w których bramki ukladu 15 sa otwarte, a bramki It i I2 zamkniete.Dzieki temu przepisywanie stanu licznika wolto¬ mierza na licznik posredni 17 odbywa sie zawsze w ustalonym stanie licznika 12 woltomierza. Genera¬ tor 20 dostarcza impulsy elektryczne, o najwyzszej w urzadzeniu czestotliwosci powtarzania, przez bra¬ mke iloczynowa 19 do odejmujacego wejscia liczni¬ ka posredniego i jednoczesnie, przez dzielnik 21, do sumatora22. • * .W dluzszej czesci kazdego okresu taktu, gdy zam¬ knieta jest bramka przepisywania 15 miedzy licz¬ nikami 12 i 17, bramka iloczynowa 19 przepuszcza . impulsy sterujace w sposób uwarunkowany dodat¬ kowo od stanu napiecia wyjsciowego z deszyfratora 18 zera stanu licznika 17. Deszyfrator zera 18, sta¬ nowiacy uklad sumy logicznej, przerywa swój syg¬ nal wyjsciowy, gdy do wszystkich jego wejsc zo¬ stana doprowadzone stany zero z przerzutników licznika posredniego. W ten sposób bramka iloczy¬ nowa 19, do której, jako czynnik, wchodzi sygnal wyjsciowy deszyfratora 18, przerywa przeplyw im¬ pulsów sterujacych do licznika 17 i sumatora 22.Liczba impulsów sterujacych,' niezbedna do ska¬ sowania w kazdym okresie taktu, stanu licznika 17, zostaje równoczesnie dostarczona, przez dzielnik 21 do sumatora 22, w którym jest sukcesywnie sumo¬ wana i eksponowana w dziesiatkowym ukladzie po¬ zycyjnym, jako miara przebytej drogi.W urzadzeniu wykonanym zastosowano sumator elektromechaniczny, poprzedzony przelaczalnym dzielnikiem czestotliwosci, przy czym przelacznik stosunku podzialu jest sprzezony z przelaczalnym " dzielnikiem napiecia w zespole kalibracji 7 i z przelacznikiem pozycji przecinka dziesietnego, wy¬ swietlanego na wskazniku szybkosci W.Opisane sprzezenie przelaczników umozliwia w eksploatacji zmiany zakresów pomiaru szybkosci bez naruszania poprawnosci pomiaru przebywanej drogi.W przedstawionym na fig. 2 strukturalnym sche¬ macie logu wedlug odmiany wynalazku, do wyjscia sondy elektromagnetycznej 1 jest przylaczony impul- sowo-kluczowany komparator napiecia 23. Do tego komparatora sa, oprócz sygnalu mierzonego, dopro-, wadzane takze: napiecie sprzezenia zwrotnego z przetwornika cyfrowo-analogowego 8 przez nastaw¬ ny tlumik 7 oraz, z zespolu formujacego 24, napie¬ cie impulsowe o czestotliwosci dwukrotnie wyzszej od czestotliwosci zasilania sondy i fazie zgodnej z ekstremami amplitudy uzytecznej skladowej napie¬ cia wyjsciowego sondy. Wspólczynnik wypelnienia tego impulsowego napiecia jest maly.Komparacja zachodzi tylko podczas tych krótko¬ trwalych impulsów. Wynik porównywania, napiecia bledu, ma z tego powodu postac impulsów o pola¬ ryzacji zaleznej od chwilowego znaku przyspiesze¬ nia ruchu sondy wzgledem wody. Skladowa zakló¬ cajaca mierzonego napiecia, pochodzaca od zasila¬ nia sondy, ma znaczna amplitude, lecz faze rózna o -=- wzgledem fazy skladowej uzytecznej i dzieki temu podczas impulsowego porównywania napiecia mierzonego z napieciem sprzezenia zwrotnego, syn- fazowym ze skladowa uzyteczna, wplyw skladowej zaklócajacej jest pomijalnie maly, poniewaz w chwi- 5 lach dzialania komparatora skladowa zaklócajaca zmienia znak i ma wartosc bliska zera.Zespól formujacy 24 dostarcza ponadto dwu na¬ piec impulsowych o czestotliwosci zasilania, z któ¬ rych jedno jest synfazowe z maksimami skladowej io uzytecznej napiecia sondy, a drugie przesuniete o pól okresu wzgledem pierwszego. Te dwa napiecia sa doprowadzane osobno do dwu bramek iloczyno- wych I8 i I4, stanowiacych lacznie uklad logiczny 25.Do obu tych bramek jest takze wprowadzane na- 15 piecie bledu z wyjscia komparatora 23.Lteieki opisanemu polaczeniu na wyjsciach ukla¬ du logicznego 25 pojawiaja sie unipolarne impulsy elektryczne alternatywnie: na wyjsciu bramki I8, lub bramki I4, zaleznie od znaku przyspieszenia ru- 20 chu sondy wzgledem wody, lub tez nie wystepuja zadne impulsy, gdy szybkosc ruchu sondy jest sta¬ la. W celu zmiany znaku liczenia impulsów wytwa¬ rzanych w opisanym ukladzie, urzadzenie zawiera znany uklad zmiany znaku, polaczony z oboma 25 wyjsciami ukladu logicznego 25 i z licznikiem na- wrotnym 12 woltomierza. Pozostale zespoly urzadze¬ nia i sposób ich polaczenia oraz dzialanie sa ana¬ logiczne, jak w przykladzie pierwszym.Log wykonany wedlug wynalazku umozliwia przy- 30 laczenie dowolnej liczby wtórnych wskazników cy¬ frowych szybkosci i drogi, zainstalowanych w odle¬ glych pomieszczeniach statku, a takze umozliwia wykorzystanie wyjsciowych sygnalów .elektrycznych w systemie automatycznej nawigacji. 35 PL