RU2069876C1

RU2069876C1 - Device for measurement of magnetic declination at sea

Info

Publication number: RU2069876C1
Authority: RU
Inventors: В.В. Любимов
Original assignee: Институт земного магнетизма, ионосферы и распространения радиоволн РАН
Priority date: 1990-12-06
Filing date: 1990-12-06
Publication date: 1996-11-27

Abstract

FIELD: geophysics; marine geophysical magnetic survey. SUBSTANCE: similar datum of readings is arranged on board ship and in towed nonmagnetic gondola. Magnitude of angle of magnetic declination is continuously determined relative to this datum. Device has gondola towed by ship with the aid of cable, flux-gate magnetometer, crystal oscillator with frequency divider, zero level discriminator, two selectors, synchronizing circuit, two pulse shapers, flip-flop control device, two counters, memory recorder and course input unit. Mounted in towed nonmagnetic gondola is swivel device which consists of swivel disk, sensor securing unit, step motor with reduction gear and control circuit. Mounted on swivel disk is sensor of flux-gate magnetometer; disk rotates in horizontal plane. At moment of time when sensor of flux-gate magnetometer is located perpendicularly to plane of magnetic meridian, direction to magnetic meridian is noted and direction to geographic meridian is determined on board ship by means of shipboard navigational machine by averaging the measured magnitudes of ship's course within definite period of time effected by means of course input unit. EFFECT: enhanced accuracy of measurement. 3 dwg

Description

Изобретение относится к геофизике, предназначено для использования при измерении элементов земного магнетизма в процессе проведения морской магнитной съемки. The invention relates to geophysics, is intended for use in measuring the elements of terrestrial magnetism in the process of conducting marine magnetic surveys.

Известно устройство для измерения направления вектора магнитного поля Земли в буксируемой гондоле [1] содержащее немагнитную гондолу, буксируемую за кораблем при помощи кабеля, с размещенной в ней аппаратурой, включающей в себя феррозондовый магнитометр, сельсин, линии связи, синхронный двигатель, усилитель рассогласования, индикатор оси гондолы, кварцевый генератор с делителем частоты, дискриминатор нулевого уровня и селектор со схемой синхронизации и служащей для определения направления магнитного меридиана, а направление географического меридиана определяется на корабле, при помощи гирокомпаса. При этом измерение магнитного склонения сводится к измерению угловой разности между магнитным курсом в гондоле и направлением географического меридиана на корабле. A device for measuring the direction of the Earth's magnetic field vector in a towed nacelle [1] containing a non-magnetic nacelle towed behind the ship with a cable, with the equipment located in it, including a flux-gate magnetometer, selsyn, communication lines, synchronous motor, mismatch amplifier, indicator the axis of the nacelle, a quartz oscillator with a frequency divider, a zero level discriminator and a selector with a synchronization circuit and used to determine the direction of the magnetic meridian, and the direction is geographic The female meridian is determined on the ship using a gyrocompass. In this case, the measurement of magnetic declination is reduced to measuring the angular difference between the magnetic course in the gondola and the direction of the geographic meridian on the ship.

Недостатком такого устройства является то, что в реальных условиях буксировки взаимное положение оси гондолы и курса корабля, принятое за базу отсчета, меняется и зависит от многих факторов, точный учет которых невозможен. Так, например, колебания оси гондолы, связанные с ее асимметрией, асимметрией закрепления буксировочного кабеля, могут достигать нескольких градусов. The disadvantage of this device is that in real conditions of towing the relative position of the axis of the nacelle and the heading of the ship, taken as the reference base, varies and depends on many factors, the exact accounting of which is impossible. So, for example, the oscillations of the axis of the nacelle associated with its asymmetry, the asymmetry of the towing cable securing, can reach several degrees.

Известное устройство для измерения магнитного склонения [2] принятое за прототип, содержит буксируемую за кораблем немагнитную гондолу, феррозондовый магнитометр, линии связи, кварцевый генератор с делителем частоты, дискриминатор нулевого уровня, селектор со схемой синхронизации, два формирователя импульсов, триггер управления, счетчик с регистром памяти, регистратор, гирокомпас с репитером, включающим в себя сельсин-датчик и сельсин-приемник, на котором жестко закреплена катушка диска истинных курсов, два одинаковых поворотных устройства, каждое из которых включает поворотный диск, шаговый двигатель с редуктором и схемой управления. Первое поворотное устройство с закрепленным на нем датчиком феррозондового магнитометра установлено в буксируемой немагнитной гондоле, поворотный диск его закреплен в горизонтальной плоскости. Второе поворотное устройство с синхроконтактом, установленным на поворотном диске, закрепленном в вертикальной плоскости, находится на корабле, в непосредственной близости от одного из репитеров гирокомпаса, на картушке которого на румбе "0" (направление на север) закреплен второй синхроконтакт. Первое и второе поворотное устройство, при их равномерном и синхронном вращении с одинаковой постоянной угловой скоростью и в одном направлении, представляют собой базу углового отсчета на корабле и в буксируемой гондоле. При этом, в каждом цикле измерения величину угла магнитного склонения определяют непрерывно между моментами прохождения базой отсчета направления на географический меридиан на корабле и направления на магнитный меридиан в буксируемой немагнитной гондоле. The known device for measuring magnetic declination [2] adopted as a prototype, contains a non-magnetic gondola towed behind a ship, a flux gate magnetometer, communication lines, a crystal oscillator with a frequency divider, a zero level discriminator, a selector with a synchronization circuit, two pulse shapers, a control trigger, a counter with a memory register, a recorder, a gyrocompass with a repeater, which includes a selsyn sensor and a selsyn receiver, on which a true-disk drive coil is rigidly fixed, two identical rotary devices CTBA, each of which includes a rotary drive, a stepping motor with reducer and the control circuit. The first rotary device with a flux-gate magnetometer sensor mounted on it is installed in a towed non-magnetic nacelle, its rotary disk is mounted in a horizontal plane. The second rotary device with a sync contact mounted on a rotary disk mounted in a vertical plane is located on the ship, in the immediate vicinity of one of the gyrocompass repeaters, on the cart of which on the rumba "0" (north direction) a second sync contact is fixed. The first and second rotary device, when they are uniformly and synchronously rotated with the same constant angular velocity and in one direction, represent the base of the angular reference on the ship and in the towed gondola. Moreover, in each measurement cycle, the magnitude of the magnetic declination angle is determined continuously between the moments when the base passes the direction to the geographic meridian on the ship and the direction to the magnetic meridian in a towed non-magnetic gondola.

Такое устройство предназначено для абсолютных измерений угла магнитного склонения. Однако для определения одного из реперных направлений, в частности, направления на географический меридиан, в этом устройстве используется система синхроконтактов, которые очень ненадежны и требуют достаточно скрупулезной регулировки. Этим синхроконтактам, как и всем типам механических контактов, присуще такое явление как "дребезг", который приводит, в процессе проведения работ, к некоторым "гистерезисным" явлениям срабатывания, что значительно увеличивает зону неопределенности срабатывания и тем самым ухудшает точность определения величины угла магнитного склонения. Such a device is intended for absolute measurements of the angle of magnetic declination. However, to determine one of the reference directions, in particular, the direction to the geographic meridian, this device uses a system of sync contacts, which are very unreliable and require rather scrupulous adjustment. These sync contacts, like all types of mechanical contacts, are characterized by the phenomenon of “bounce”, which leads, during the course of work, to some “hysteretic” actuation phenomena, which significantly increases the actuation uncertainty zone and thereby impairs the accuracy of determining the magnetic declination angle .

Устройство, содержащее буксируемую за кораблем при помощи кабеля немагнитную гондолу, электрически связанную с аппаратурой, установленной на корабле, и содержащую поворотное устройство, включающее в себя поворотный диск, шаговый двигатель с редуктором и схемой управления, причем электрический вход шагового двигателя соединен с выходом схемы управления, а на поворотном диске, установленном в горизонтальной плоскости, закреплен датчик феррозондового магнитометра, соединенный через дискриминатор нулевого уровня со входом первого формирователя импульсов, выход которого через линию связи кабеля соединен со входом аппаратуры, установленной на корабле, содержащей кварцевый генератор с делителем частоты, первый селектор, схему синхронизации, триггерное устройство управления, второй формирователь импульсов, первый счетчик, регистр памяти и регистратор, при этом выход блока ввода курса соединен с первым входом второго счетчика, выход которого через второй формирователь импульсов соединен с первым входом триггерного устройства управления, выход кварцевого генератора соединен с первым входом блока ввода курса, со входом схемы синхронизации и со входом делителя частоты, выход которого соединен с первым входом второго селектора, первым входом первого селектора и, через линию связи кабеля, с первым входом схемы управления, расположенной в гондоле, выход первого селектора соединен с первым входом первого счетчика, второй вход которого соединен со вторым выходом схемы синхронизации, а выход соединен со вторым входом регистра памяти, первый вход которого соединен с первым выходом схемы синхронизации, а выход соединен со входом регистра, при этом третий выход схемы синхронизации соединен с третьим входом триггерного устройства управления, а четвертый выход схемы синхронизации через линию связи кабеля соединен со вторым входом схемы управления, второй выход триггерного устройства управления соединен со вторым входом первого селектора, а первый выход триггерного устройства управления соединен со вторым входом второго селектора, выход которого соединен со вторым входом второго счетчика, а второй вход триггерного устройства управления соединен через линию связи кабеля с выходом первого формирователя импульсов, расположенного в гондоле, при этом пятый выход схемы синхронизации соединен со вторым входом блока ввода курса, согласно изобретению, дополнительно введен узел фиксации датчика, входящий в состав поворотного устройства, установленный в немагнитной гондоле, вход которого механически связан с поворотным диском, а выход подключен к третьему входу схемы управления, а третий вход блока ввода курса подключен к выходным информационным шинам судовой навигационной машины. A device comprising a non-magnetic nacelle towed behind a ship with a cable, electrically connected to equipment installed on the ship, and comprising a rotary device including a rotary disk, a stepper motor with a gearbox and a control circuit, wherein the electrical input of the stepper motor is connected to the output of the control circuit and on a rotary disk mounted in a horizontal plane, a flux-gate magnetometer sensor is fixed, connected through a zero-level discriminator to the input of the first form pulse changer, the output of which through the cable communication line is connected to the input of the equipment installed on the ship, containing a crystal oscillator with a frequency divider, a first selector, a synchronization circuit, a trigger control device, a second pulse shaper, a first counter, a memory register and a recorder, while the output the course input unit is connected to the first input of the second counter, the output of which through the second pulse shaper is connected to the first input of the trigger control device, the output of the crystal oscillator is inen with the first input of the heading input unit, with the input of the synchronization circuit and with the input of the frequency divider, the output of which is connected to the first input of the second selector, the first input of the first selector and, through the cable communication line, with the first input of the control circuit located in the gondola, the output of the first the selector is connected to the first input of the first counter, the second input of which is connected to the second output of the synchronization circuit, and the output is connected to the second input of the memory register, the first input of which is connected to the first output of the synchronization circuit, and the output is single with the input of the register, while the third output of the synchronization circuit is connected to the third input of the trigger control device, and the fourth output of the synchronization circuit is connected via a cable communication line to the second input of the control circuit, the second output of the trigger control device is connected to the second input of the first selector, and the first output the trigger control device is connected to the second input of the second selector, the output of which is connected to the second input of the second counter, and the second input of the trigger control device is connected through the cable communication line with the output of the first pulse former located in the nacelle, while the fifth output of the synchronization circuit is connected to the second input of the heading input unit, according to the invention, an additional sensor fixing unit is included, which is part of the rotary device installed in a non-magnetic nacelle, the input of which mechanically connected to the rotary disk, and the output is connected to the third input of the control circuit, and the third input of the heading input unit is connected to the output information buses of the ship’s navigation machine.

Блок ввода курса, согласно изобретению, включает в себя третий счетчик, второй и третий делители частоты, первый и второй триггеры управления, второй и третий регистры памяти, третий и четвертый селекторы, третий и четвертый формирователи импульсов, реверсивный счетчик, коммутатор и блок ручной установки кода (БРУК), выход которого подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входом третьего формирователя импульсов и вторым входом второго регистра памяти, первый вход и выход которого подключены соответственно ко второму входу третьего формирователя импульсов и ко второму входу реверсивного счетчика, выход которого соединен со вторым входом первого триггера управления, а первый вход подключен к выходу и одноименному входу соответственно третьего и четвертого селекторов, выход первого триггера управления соединен со вторым входом третьего селектора, первый вход которого подключен ко входу второго делителя частоты и является первым входом блока ввода курса, а первый вход первого триггера управления соединен с одноименными выходом и входом соответственно третьего формирователя импульсов и второго триггера управления, выход которого подключен ко второму входу четвертого селектора, к которому подключен также и вход четвертого формирователя импульсов, третий вход второго триггера управления соединен с выходом второго делителя частоты, а второй вход второго триггера управления является вторым входом блока ввода курса, выход четвертого селектора подключен к первому входу третьего делителя частоты, второй вход которого соединен с одноименными выходом и входом соответственно четвертого формирователя импульсов и третьего счетчика, а выход третьего делителя частоты подключен к первому входу третьего счетчика, выход которого соединен со вторым входом третьего регистра памяти, первый вход которого подключен к первому выходу четвертого формирователя импульсов, а выход третьего регистра памяти является выходом блока ввода курса, третий вход которого подключен ко второму входу коммутатора. The course input unit according to the invention includes a third counter, second and third frequency dividers, first and second control triggers, second and third memory registers, third and fourth selectors, third and fourth pulse shapers, a reversible counter, a switch and a manual installation unit code (BRUK), the output of which is connected to the first input of the switch, the first and second outputs of which are connected respectively to the input of the third pulse shaper and the second input of the second memory register, the first input and output of which Connected respectively to the second input of the third pulse shaper and to the second input of the reverse counter, the output of which is connected to the second input of the first control trigger, and the first input is connected to the output and the same input of the third and fourth selectors respectively, the output of the first control trigger is connected to the second input of the third selector , the first input of which is connected to the input of the second frequency divider and is the first input of the heading input unit, and the first input of the first control trigger is connected to the same the output and the input of the third pulse shaper and the second control trigger, the output of which is connected to the second input of the fourth selector, to which the input of the fourth pulse shaper is connected, the third input of the second control trigger is connected to the output of the second frequency divider, and the second input of the second control trigger is the second input of the course input unit, the output of the fourth selector is connected to the first input of the third frequency divider, the second input of which is connected to the output of the same name m and the input of the fourth pulse shaper and the third counter, respectively, and the output of the third frequency divider is connected to the first input of the third counter, the output of which is connected to the second input of the third memory register, the first input of which is connected to the first output of the fourth pulse shaper, and the output of the third memory register is the output of the course input unit, the third input of which is connected to the second input of the switch.

Отличие предлагаемого устройства от прототипа состоит в том, что в прототипе направление на географический меридиан определяется оператором визуально, а в предлагаемом устройстве эту функцию осуществляет система: навигационная машина блок ввода курса второй счетчик. При этом блок ввода курса формирует на своем выходе код, соответствующий среднему текущему курсу корабля на выбранном оператором интервале осреднения. The difference between the proposed device and the prototype is that in the prototype the direction to the geographic meridian is determined visually by the operator, and in the proposed device, this function is performed by the system: navigation machine, course input unit, second counter. At the same time, the course input unit generates at its output a code corresponding to the average current ship course at the averaging interval selected by the operator.

Большой вклад в погрешность измерения направления на географический меридиан вносит динамика хода судна (качка, рыскание, крен, дифферент и т.д.). Высокая точность измерений достигается в предлагаемом устройстве тем, что в качестве информации о курсе корабля применяется код с выхода судовой навигационной машины, поступающий автоматически с определенной тактовой частотой на третий вход блока ввода курса, который содержит информацию о текущем курсе корабля с точностью до десятых долей угл.градуса, в отличие от прототипа, где точность определения курса корабля определяется ручной установкой его оператором по репитеру гирокомпаса. A great contribution to the error in measuring the direction to the geographic meridian is made by the dynamics of the vessel's motion (pitching, yaw, roll, trim, etc.). High accuracy of measurements is achieved in the proposed device by the fact that as the information about the ship’s course, a code is used from the output of the ship’s navigation machine, which arrives automatically with a certain clock frequency to the third input of the heading input unit, which contains information about the current ship’s course with an accuracy of tenths of an angle . degree, in contrast to the prototype, where the accuracy of determining the ship's course is determined by manual installation of it by the operator on the gyrocompass repeater.

Так как в общем случае частота "тактовых импульсов" (частота поступления кода с выходных шин судовой навигационной машины на вход блока ввода курса) отличается от частоты, формируемой кварцевым генератором и не совпадает с частотой вращения поворотного диска в буксируемой гондоле, то их синхронизация осуществляется при помощи блока ввода курса и схемы синхронизации. И не суть важно значение частоты поступления кода на вход блока ввода курса, как важно то обстоятельство, насколько точно подобран интервал осреднения, от чего и зависит, главным образом, точность измерения (точность определения направления на географический меридиан) при проведении абсолютных измерений угла магнитного склонения на море. Поэтому блок ввода курса в предлагаемом устройстве выполняет следующие функции:
синхронизацию предлагаемого устройства с судовой навигационной машиной;
автоматический ввод параллельного двоично-десятичного кода о курсе судна с судовой навигационной машины в стандарте КАМАК или КОП (канала общего пользования по ГОСТ 26.003-80);
ручной ввод параллельного двоично-десятичного кода о курсе судна оператором при помощи встроенных переключателей;
осреднение, на выбранном оператором временном интервале, значений курса судна;
выдача, по команде управления, параллельного четырехразрядного двоично-десятичного кода, соответствующего осредненному значению курса судна.Since in the general case the frequency of the “clock pulses” (the frequency of the code from the output tires of the ship’s navigation machine to the input of the heading input unit) differs from the frequency generated by the crystal oscillator and does not coincide with the speed of the rotary disk in the towed nacelle, they are synchronized with help block input course and synchronization circuit. And it doesn’t matter, the value of the frequency of the code entering the input of the course input unit, how important is the fact how accurately the averaging interval is selected, which mainly depends on the measurement accuracy (the accuracy of determining the direction to the geographic meridian) when conducting absolute measurements of the magnetic declination angle on the sea. Therefore, the course input unit in the proposed device performs the following functions:
synchronization of the proposed device with a ship navigation machine;
automatic entry of a parallel binary decimal code for the heading of the vessel from the ship's navigation machine in the KAMAK or KOP standard (public channel in accordance with GOST 26.003-80);
manual entry of a parallel binary decimal course code by the operator using the built-in switches;
averaging, at the time interval chosen by the operator, the ship heading values;
issuing, at the command of the control, a parallel four-digit binary decimal code corresponding to the average value of the ship's heading.

Как видно из перечисленных основных функций блока ввода курса, этот блок является довольно специфическим и не похож своим построением ни на один из существующих известных стандартных блоков преобразователей кодов. Специфика применения счетчиков определенного объема, определяемого числом шагов выбранного шагового двигателя, необходимых для совершения поворотным диском одного полного оборота вокруг оси, накладывает жесткую схему построения и синхронизации всего блока, а также входящего в его состав управляемого делителя частоты, коэффициент деления которого определяется степенью необходимого осреднения значений курса и устанавливается оператором вручную, при помощи переключателя. As can be seen from the listed main functions of the course input block, this block is quite specific and does not resemble any of the existing known standard blocks of code converters in its construction. The specifics of using counters of a certain volume, determined by the number of steps of the selected stepper motor, necessary for the rotary disk to make one full revolution around the axis, imposes a rigid scheme for constructing and synchronizing the entire unit, as well as the controllable frequency divider included in it, the division coefficient of which is determined by the degree of necessary averaging course values and is set manually by the operator using the switch.

Отличительной особенностью блока ввода курса является также и то обстоятельство, что он совмещает в себя функции преобразователя двоично-десятичного кода из стандарта КАМАК (по КОП) в нестандартный параллельный четырехразрядный двоично-десятичный код и функцию нониусного преобразователя временного интервала и частотомера средних значений. Такой симбиоз (оптимальный для данной схемы) в стандартных блоках ввода неизвестен, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". A distinctive feature of the course input unit is also the fact that it combines the functions of a binary decimal code converter from the CAMAC standard (by CPC) to a non-standard parallel four-digit binary decimal code and the function of the nonius converter of the time interval and the average frequency counter. Such a symbiosis (optimal for this scheme) in standard input units is unknown, which allows us to conclude that the criterion of "significant differences" is met.

На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения магнитного склонения на море; на фиг. 2 блок-схема блока ввода курса предлагаемого устройства; на фиг. 3 схема конкретной реализации блока ввода курса прототипа. In FIG. 1 is a block diagram of an apparatus for measuring magnetic declination at sea; in FIG. 2 is a block diagram of a course input unit of a device; in FIG. 3 is a diagram of a specific implementation of the prototype course input block.

В немагнитной гондоле 1 (см. фиг. 1), буксируемой за кораблем 2, расположено поворотное устройство 3, включающее в себя поворотный диск 4, соединенный при помощи редуктора 5 с выходом шагового двигателя 6, вход которого подключен к выходу схемы 7 управления, третий вход которой соединен с выходом узла 8 фиксации датчика, вход которого механически соединен с поворотным диском 4. На поворотном диске 4 закреплен датчик 9 феррозондового магнитометра 10, выход которого через дискриминатор 11 нулевого уровня подключен ко входу формирователя 12 импульсов. In a non-magnetic nacelle 1 (see Fig. 1), towed behind the ship 2, there is a rotary device 3, which includes a rotary disk 4 connected by a gear 5 to the output of the stepper motor 6, the input of which is connected to the output of the control circuit 7, the third the input of which is connected to the output of the sensor fixing unit 8, the input of which is mechanically connected to the rotary disk 4. A sensor 9 of the flux-gate magnetometer 10 is fixed to the rotary disk 4, the output of which is connected through the discriminator 11 of the zero level to the input of the pulse shaper 12.

Буксируемая немагнитная гондола 1 соединена с аппаратурой, расположенной на борту корабля 2, при помощи немагнитного кабеля 13. Бортовая аппаратура содержит триггерное устройство 14 управления, схему 15 синхронизации, кварцевый генератор 16 с делителем 17 частоты, первый и второй селекторы 18 и 24, первый и второй счетчики 19 и 23, регистр 20 памяти, регистратор 21, блок ввода 22 курса и второй формирователь 25 импульсов. The towed non-magnetic nacelle 1 is connected to the equipment located on board the ship 2 using a non-magnetic cable 13. The on-board equipment contains a trigger control device 14, a synchronization circuit 15, a crystal oscillator 16 with a frequency divider 17, the first and second selectors 18 and 24, the first and the second counters 19 and 23, the memory register 20, the registrar 21, the input unit 22 of the course and the second driver 25 pulses.

Блок ввода 22 курса (см. фиг. 2) включает в себя два делителя частоты 26 и 27, два триггера управления 28 и 29, два селектора 30 и 31, два формирователя импульсов 32 и 33, два регистра памяти 34 и 35, счетчик 36, БРУК 37 с коммутатором 38 и реверсивным счетчиком 39. The input block 22 of the course (see Fig. 2) includes two frequency dividers 26 and 27, two control triggers 28 and 29, two selectors 30 and 31, two pulse shapers 32 and 33, two memory registers 34 and 35, counter 36 , BRUK 37 with a switch 38 and a reverse counter 39.

Работа устройства осуществляется следующим образом (см. фиг. 1). Значение текущего курса корабля 2, выраженное в цифровой форме, с соответствующих выходных шин судовой навигационной машины поступает в виде кода в темпе, определяемом темпом судовой навигационной машины, на третий вход блока ввода 22 курса. При этом, на первый вход блока ввода 22 курса поступают импульсы частоты f_o с выхода кварцевого генератора 16. По команде схемы 15 синхронизации, поступающей на второй вход блока ввода 22 курса, на его выходе формируется код, соответствующий среднему значению курса корабля с учетом его рыскания (за выбранный оператором промежуток времени), который записывается в счетчик 23. Объем счетчика 23 равен числу шагов шагового двигателя 6, необходимых для того, чтобы поворотный диск 4 совершил полный оборот вокруг оси. Например, если дискретность поворота диска 4 равна 1 угл. градусу, то объем счетчика 23 будет равен N 360 и число импульсов, записанных в счетчике 23 будет соответствовать текущему значению курса корабля, выраженному в угловых градусах.The operation of the device is as follows (see Fig. 1). The value of the current heading of ship 2, expressed in digital form, from the corresponding output tires of the ship’s navigation machine comes in the form of a code at a pace determined by the pace of the ship’s navigation machine to the third input of the 22 course input unit. In this case, the first input of the input unit 22 of the course receives pulses of frequency f _o from the output of the crystal oscillator 16. According to the command of the synchronization circuit 15, received at the second input of the input unit 22 of the course, a code is generated at its output that corresponds to the average value of the ship's course, taking into account its yaw (for the time interval chosen by the operator), which is recorded in the counter 23. The volume of the counter 23 is equal to the number of steps of the stepper motor 6, necessary for the rotary disk 4 to complete a complete revolution around the axis. For example, if the discreteness of rotation of the disk 4 is equal to 1 angle. degree, then the volume of the counter 23 will be equal to N 360 and the number of pulses recorded in the counter 23 will correspond to the current value of the ship's course, expressed in angular degrees.

В исходном состоянии на первом и втором выходах триггерного устройства 14 управления сформированы потенциалы, соответствующие лог. "0", селекторы 18 и 24 закрыты, в счетчике 23 записан код, соответствующий среднему значению текущего курса корабля, а датчик 9 феррозондового магнитометра 10 расположен перпендикулярно продольной оси буксируемой немагнитной гондолы 1. По команде схемы 15 синхронизации на втором ее выходе формируется положительный импульс, который устанавливает счетчик 19 в нулевое состояние, а на третьем выходе схемы 15 синхронизации формируется импульс, который устанавливает на первом выходе триггерного устройства 14 управления потенциал, соответствующий лог. "1". При этом открывается селектор 24 и синхроимпульсы частоты f_o/n, формируемой кварцевым генератором 16 и делителем 17 частоты поступают на второй (счетный) вход счетчика 23. Одновременно, на четвертом выходе схемы 15 синхронизации формируется потенциал, соответствующий лог. "1", и начинает вращаться с постоянной угловой скоростью в одном направлении, например, по часовой стрелке, поворотный диск 4 в буксируемой немагнитной гондоле 1. Скорость вращения поворотного диска 4 определяется частотой синхроимпульсов f_o/n, формируемых кварцевым генератором 16 и делителем 17 частоты, которые поступают через первый вход схемы 7 управления на вход шагового двигателя 6. Каждый синхроимпульс с частотой f_o/n поворачивает ротор шагового двигателя 6 на один шаг, а поворотный диск 4 на определенный угол δα, соответствующий выбранной разрешающей способности по углу. Плавность поворота поворотного диска 4 определяется коэффициентом редукции редуктора 5.In the initial state, potentials corresponding to the log are generated at the first and second outputs of the trigger control device 14. “0”, selectors 18 and 24 are closed, a code corresponding to the average value of the current heading of the ship is recorded in counter 23, and the sensor 9 of the fluxgate magnetometer 10 is located perpendicular to the longitudinal axis of the towed non-magnetic nacelle 1. A positive pulse is generated at the second synchronization circuit 15 command , which sets the counter 19 to zero, and a pulse is generated at the third output of the synchronization circuit 15, which sets the potential corresponding to the log at the first output of the trigger control device 14. "1". This opens the selector 24 and the clock pulses of the frequency f _o / n generated by the quartz oscillator 16 and the frequency divider 17 are fed to the second (counting) input of the counter 23. At the same time, a potential corresponding to the log is generated at the fourth output of the synchronization circuit 15. "1", and begins to rotate at a constant angular speed in one direction, for example, clockwise, the rotary disk 4 in a towed non-magnetic nacelle 1. The rotational speed of the rotary disk 4 is determined by the frequency of the clock pulses f _o / n generated by the crystal oscillator 16 and the divider 17 the frequencies that come through the first input of the control circuit 7 to the input of the stepper motor 6. Each clock pulse with a frequency f _o / n rotates the rotor of the stepper motor 6 by one step, and the rotary disk 4 by a certain angle δα corresponding to the selected resolution by angle. The smoothness of rotation of the rotary disk 4 is determined by the reduction coefficient of the gearbox 5.

Синхроимпульсы частотой f_o/n через сектор 24 поступают на второй вход счетчика 23 до тех пор, пока его объем полностью не заполнится. Когда счетчик 23 обнулится, на выходе формирователя 25 импульсов формируется короткий положительный импульс, который устанавливает триггерное устройство 14 управления в состояние, соответствующее лог. "0" и лог. "1", на его соответственно первом и втором выходах. Обнуление счетчика 23 соответствует индикации направления на север, т.е. направлению на географический меридиан. При этом открывается селектор 18 и синхроимпульсы частотой f_o/n, каждый из которых соответствует определенному углу поворота диска 4, поступают на первый (счетный) вход счетчика 19.The clock pulses of frequency f _o / n through the sector 24 are supplied to the second input of the counter 23 until its volume is completely filled. When the counter 23 is reset to zero, a short positive pulse is generated at the output of the pulse shaper 25, which sets the trigger control device 14 to a state corresponding to the log. "0" and the log. "1", at its first and second outputs respectively. Zeroing the counter 23 corresponds to the indication of the direction to the north, i.e. direction to the geographical meridian. This opens the selector 18 and the clock pulses of frequency f _o / n, each of which corresponds to a certain angle of rotation of the disk 4, are fed to the first (counting) input of the counter 19.

При прохождении поворотным диском 4 направления на магнитный меридиан, на выходе формирователя 12 импульсов формируется короткий импульс-репер. Это происходит в момент времени, когда счетчик 9 феррозондового магнитометра 10 располагается перпендикулярно плоскости магнитного меридиана, а напряжение на выходе феррозондового магнитометра 10 в этот момент равно нулю. Дискриминатор 11 нулевого уровня преобразует нулевое напряжение в заданный уровень напряжения. Короткий импульс, соответствующий реперу, с выхода формирователя 12 импульсов поступает на второй вход триггерного устройства 14 управления и устанавливает на его втором выходе потенциал, соответствующий лог. "0". Селектор 18 закрывается, а в счетчике 19, объем которого равен объему счетчика 23, фиксируется код, соответствующий углу между направлениями на географический и на магнитный меридианы, т.е. угол магнитного склонения, выраженный в угловых единицах с точностью, определяемой выбранной ценой единицы счета наименьшего разряда счетчика 19. На первом выходе схемы 15 синхронизации формируется короткий положительный код, зафиксированный в счетчике 19, в регистр 20 памяти. Затем информация из регистра 20 памяти переписывается в регистратор 21. При этом цикл измерения заканчивается, а поворотный диск 4 продолжает вращаться до тех пор, пока датчик 9 феррозондового магнитометра 10 не расположится перпендикулярно продольной оси буксируемой немагнитной гондолы 1, т.е. установится в исходное положение. При этом на выходе узла 8 фиксации датчика формируется короткий положительный импульс, который поступает на третий вход схемы 7 управления и прекращает прохождение импульсов частоты f_o/n через нее на вход шагового двигателя 6.When the rotary disk passes 4 directions to the magnetic meridian, a short reference pulse is formed at the output of the pulse shaper 12. This occurs at a time when the counter 9 of the fluxgate magnetometer 10 is perpendicular to the plane of the magnetic meridian, and the voltage at the output of the fluxgate magnetometer 10 at this moment is zero. The zero level discriminator 11 converts the zero voltage to a predetermined voltage level. A short pulse corresponding to the benchmark, from the output of the pulse shaper 12 is fed to the second input of the trigger control device 14 and sets the potential corresponding to the log on its second output. "0". The selector 18 is closed, and in the counter 19, the volume of which is equal to the volume of the counter 23, the code corresponding to the angle between the directions to the geographical and magnetic meridians is fixed, i.e. the angle of magnetic declination, expressed in angular units with the accuracy determined by the selected unit price of the lowest discharge of the counter 19. At the first output of the synchronization circuit 15, a short positive code is generated, recorded in the counter 19, in the memory register 20. Then, the information from the memory register 20 is transferred to the recorder 21. The measurement cycle ends, and the rotary disk 4 continues to rotate until the sensor 9 of the fluxgate magnetometer 10 is perpendicular to the longitudinal axis of the towed non-magnetic nacelle 1, i.e. will be set to its original position. In this case, at the output of the sensor fixing unit 8, a short positive pulse is generated, which is fed to the third input of the control circuit 7 and stops the passage of frequency pulses f _o / n through it to the input of the stepper motor 6.

Блок ввода 22 курса (см. фиг. 2) позволяет реализовать два режима работы: автоматический и ручной (при помощи оператора). The input unit 22 courses (see Fig. 2) allows you to implement two modes of operation: automatic and manual (using the operator).

Автоматический режим работы предусматривает автоматическое поступление кода текущего курса корабля 2 и соответствующих выходных шин судовой навигационной машины на второй вход коммутатора 38 в темпе, определяемом тактовыми импульсами судовой навигационной машины. В исходном состоянии на выходах триггеров управления 28 и 29 сформирован потенциал, соответствующий лог. "0", селекторы 30 и 31 закрыты, а реверсивный счетчик 39 и счетчик 36 с делителем 27 частоты находятся в нулевом состоянии. По приходу информации о текущем курсе корабля 2, она записывается через коммутатор 38 в регистр 34 памяти, а на первом выходе коммутатора 39 формируется положительный импульс, который поступает на вход формирователя 33 импульсов. При этом на первом и втором выходах формирователя 33 импульсов последовательно формируются два коротких положительных импульса. Импульс, сформированный на первом выходе, устанавливает триггера управления 38 и 29 в состояние лог. "1" на их выходах, а импульс, сформированный на втором выходе формирователя 33 импульсов, поступает на первый вход регистра 34 памяти и перезаписывает код текущего курса корабля в реверсивный счетчик 39. Триггера управления 28 и 29 управляют соответственно селекторами 31 и 30. При этом частота f_o с выхода кварцевого генератора 16 поступает через селектор 30 на первый (вычитающий) вход реверсивного счетчика 39 и, через селекторы 30 и 31 и делитель 27 частоты, на первый (счетный) вход счетчика 36. Объем счетчиков 36 и 39 равен объему счетчика 23, а коэффициент деления делителя 27 частоты определяется степенью необходимого осреднения значений курса корабля. Частота f_o поступает на первый вход счетчика 36 до того момента времени, пока не обнулится реверсивный счетчик 39. При этом на его выходе формируется положительный импульс, который устанавливает триггер 29 управления в исходное состояние, тем самым закрывая селектор 30. В результате этого частота f_o перестает также поступать и через селектор 31 на вход счетчика 36. По приходу следующей информации о текущем курсе корабля с выхода судовой навигационной машины, на первом выходе формирователя 33 импульсов опять формируется положительный импульс, который устанавливает триггер 29 управления в состояние, соответствующее лог. "1" на его выходе, открывается селектор 30, код текущего курса корабля переписывается в реверсивный счетчик 39, импульсы частоты f_o записываются в счетчик 36 и цикл повторяется снова и снова до тех пор, пока на втором входе триггера 28 управления не появится высокий потенциал, соответствующий лог. "1", сформированный на пятом выходе схемы 15 синхронизации. После этого первым импульсом, поступившим на третий вход триггера 28 управления с выхода делителя 26 частоты, этот триггер 28 управления устанавливается в противоположное состояние, формируя на своем выходе потенциал, соответствующий лог. "0". При этом селектор 31 закрывается, а на первом и втором выходах формирователя 32 импульсов формирователя 32 импульсов формируются последовательно два коротких положительных импульса, первый из которых служит для перезаписи кода из счетчика 36 в регистр 35 памяти и далее в счетчик 23, а второй импульс, поступая на вторые входы делителя 27 частоты и счетчика 36, осуществляет их сброс в ноль. В результате этого в счетчике 23 форсируется код текущего курса корабля, осредненный за некоторый промежуток времени. Затем весь цикл осреднения повторяется вновь.The automatic mode of operation provides for the automatic receipt of the code for the current course of the ship 2 and the corresponding output tires of the ship’s navigation machine to the second input of the switch 38 at a rate determined by the clock pulses of the ship’s navigation machine. In the initial state, the potential corresponding to the log is generated at the outputs of control triggers 28 and 29. "0", the selectors 30 and 31 are closed, and the reverse counter 39 and the counter 36 with the frequency divider 27 are in the zero state. Upon receipt of information about the current heading of ship 2, it is recorded through the switch 38 into the memory register 34, and a positive pulse is generated at the first output of the switch 39, which is fed to the input of the pulse shaper 33. Moreover, at the first and second outputs of the pulse shaper 33 two short positive pulses are sequentially formed. The pulse generated at the first output sets the control trigger 38 and 29 to the state log. "1" at their outputs, and the pulse generated at the second output of the pulse shaper 33 is fed to the first input of the memory register 34 and overwrites the code of the current ship heading into the reverse counter 39. The control triggers 28 and 29 are controlled by the selectors 31 and 30, respectively. the frequency f _o from the output of the crystal oscillator 16 enters through the selector 30 to the first (subtracting) input of the reverse counter 39 and, through the selectors 30 and 31 and the frequency divider 27, to the first (counting) input of the counter 36. The volume of the counters 36 and 39 is equal to the volume of the counter 23, and the ratio of business Ia frequency divider 27 is determined by the desired degree of averaging ship rate values. The frequency f _o arrives at the first input of the counter 36 until the reverse counter 39 is reset to zero. A positive pulse is generated at its output, which sets the control trigger 29 to its original state, thereby closing the selector 30. As a result, the frequency f _o also ceases to flow through the selector 31 to the input of the counter 36. Upon receipt of the following information about the current course of the ship from the output of the ship's navigation machine, a positive pulse is generated again at the first output of the pulse shaper 33, The second sets the control trigger 29 to the state corresponding to the log. "1" at its output, selector 30 opens, the code of the current ship heading is copied to the reverse counter 39, the frequency pulses f _{o are} written to the counter 36 and the cycle is repeated again and again until a high potential appears at the second input of the control trigger 28 corresponding log. "1" formed at the fifth output of the synchronization circuit 15. After this, the first pulse received at the third input of the control trigger 28 from the output of the frequency divider 26, this control trigger 28 is set in the opposite state, forming a potential corresponding to the log at its output. "0". In this case, the selector 31 is closed, and at the first and second outputs of the pulse shaper 32 of the pulse shaper 32, two short positive pulses are formed sequentially, the first of which is used to rewrite the code from counter 36 to memory register 35 and then to counter 23, and the second pulse is received to the second inputs of the frequency divider 27 and counter 36, performs their reset to zero. As a result of this, the code 23 of the current course of the ship, averaged over a certain period of time, is forced in the counter 23. Then the whole averaging cycle is repeated again.

При использовании блока ввода 22 курса в ручном режиме, оператор устанавливает по репитеру гирокомпаса при помощи БРУК 37 значение курса корабля, которое затем постоянно через коммутатор 38 и регистр 34 памяти вводится в реверсивный счетчик 39. Весь процесс работы происходит аналогично, а при изменении курса корабля, оператор производит коррекцию кода при помощи БРУК 37 вручную. When using the 22-course input unit in manual mode, the operator sets the ship's course value using the BRUK 37 using the repeater gyrocompass, which is then constantly entered through the switch 38 and memory register 34 into the reverse counter 39. The whole operation process is similar, and when the ship's course changes , the operator performs the code correction using the BRUK 37 manually.

Реализация предлагаемого устройства возможна полностью на интегральных микросхемах. Например, все триггеры управления могут быть выполнены на основе IK-триггеров типа К155ТВ1 или К155ТВ9, а селекторы на двухвходовой схеме И-НЕ типа К155ЛА3. Счетчики и делители частоты могут быть реализованы на микросхемах типа К155ИЕ5, К155ИЕ4 или К155ИЕ4, а реверсивный счетчик на микросхемах типа К155ИЕ6. Регистры памяти могут быть выполнены на Д-триггерах типа К155ТМ7, а коммутатор на мультиплексорах типа К155КП5. Формирователи импульсов могут быть выполнены на микросхемах типа К155ТЛ1 или К155АГ3, а схема кварцевого генератора может быть реализована на основе кварцевого резонатора типа РК257-ДГ частотой 2МГц и микросхемы типа К155ЛН1. В качестве регистратора можно применить аналоговый самописец типа КСП4 со шкалой 0-10 мВ и временем пробега шкалы 0,5.1с. Схему дискриминатора нулевого уровня можно сделать на компараторе типа К554СА1, а в качестве феррозондового магнитометра использовать приборы типа СГ-70 или СГ-76. В качестве шаговых двигателей могут быть использованы двигатели типа ШДР-721, с шагом поворота ротора, равным 3 угл. градусам, а схему управления шаговым двигателем можно построить, как у прототипа [3] на микросхемах типа К561ЛА7, К561ИЕ10 и на транзисторах КТ817Г. Схему БРУК можно выполнить на переключателях типа П2К, тумблерах типа МТ-3, микросхемах типа К155ЛА3 и К155ТМ7, а узел фиксации датчика можно выполнить, применив концевой выключатель, например, типа МП-7, а также инверторы типа К155ЛН2, или использовать оптопары с открытым оптическим каналом, например, типа АОД111А. Implementation of the proposed device is possible entirely on integrated circuits. For example, all control triggers can be made on the basis of IK-triggers of type K155TV1 or K155TV9, and selectors on a two-input I-NOT circuit of type K155LA3. Counters and frequency dividers can be implemented on K155IE5, K155IE4 or K155IE4 type microcircuits, and a reversible counter on K155IE6 type microcircuits. The memory registers can be executed on K155TM7 type D-flip-flops, and the switch on K155KP5-type multiplexers. The pulse shapers can be performed on microcircuits of the K155TL1 or K155AG3 type, and the circuit of the crystal oscillator can be implemented on the basis of a quartz resonator of the RK257-DG type with a frequency of 2 MHz and a microcircuit of the K155LN1 type. An analog recorder of the KSP4 type with a scale of 0-10 mV and a travel time of the scale of 0.5.1 s can be used as a recorder. The zero-level discriminator circuit can be made on a K554CA1 type comparator, and devices like SG-70 or SG-76 can be used as a flux-gate magnetometer. As stepper motors, motors of the SDR-721 type can be used with a rotor pitch of 3 angles. degrees, and the control circuit of the stepper motor can be built, as in the prototype [3] on microcircuits of the type K561LA7, K561IE10 and transistors KT817G. The BRUK circuit can be performed on P2K type switches, MT-3 type toggle switches, K155LA3 and K155TM7 type microcircuits, and the sensor fixing unit can be performed using a limit switch, for example, MP-7 type, as well as K155LN2 inverters, or optocouplers with open optical channel, for example, type AOD111A.

Единой базой для отсчета угла магнитного склонения, при проведении синхронных измерений на корабле и в буксируемой немагнитной гондоле, являются синхроимпульсы частоты f_o/n, определяемые стабильностью работы кварцевого генератора, а точность его регистрации определяется частотой кварцевого генератора, коэффициентом редукции редуктора, объемом применяемых счетчиков и точностью работы дискриминатора нулевого уровня. Повышение точности измерений угла магнитного склонения происходит за счет высокой точности определения направления на географический меридиан и автоматического осреднения измеренных значений курса корабля за определенный промежуток времени, осуществляемого при помощи блока ввода курса.A single base for counting the angle of magnetic declination, when conducting synchronous measurements on a ship and in a towed non-magnetic nacelle, is the clock frequency f _o / n, determined by the stability of the crystal oscillator, and its accuracy is determined by the frequency of the crystal oscillator, reduction coefficient of the gearbox, the volume of used counters and the accuracy of the discriminator of the zero level. Improving the accuracy of measuring the angle of magnetic declination is due to the high accuracy of determining the direction to the geographical meridian and automatic averaging of the measured values of the ship's course over a certain period of time, carried out using the heading input unit.

Применение предлагаемого устройства позволяет повысить в 3-5 раз точность определения направления на географический меридиан до значений, определяемых судовым гирокомпасом и погрешностью судовой навигационной машины, и, тем самым, повысить точность абсолютных измерений угла магнитного склонения при проведении работ в движении. The application of the proposed device allows to increase by 3-5 times the accuracy of determining the direction to the geographic meridian to values determined by the ship’s gyrocompass and the error of the ship’s navigation machine, and thereby increase the accuracy of absolute measurements of the angle of magnetic declination when carrying out work in motion.

Claims

A device for measuring magnetic declination at sea, comprising a non-magnetic nacelle connected by a cable to the ship, electrically connected to equipment installed on the ship, and comprising a rotary device including a rotary disk, a stepper motor with a gearbox and a control circuit, wherein the electrical input of the stepper motor is connected with the output of the control circuit, and on the rotary disk mounted in a horizontal plane, a flux-gate magnetometer sensor is fixed, connected through the discriminator to zero about the level with the input of the first pulse shaper, the output of which through the cable communication line is connected to the input of the equipment installed on the ship, containing a crystal oscillator with a frequency divider, a first selector, a synchronization circuit, a trigger control device, a second pulse shaper, a first counter, a memory register and a registrar, while the output of the crystal oscillator is connected to the input of the synchronization circuit and to the input of the frequency divider, the output of which is connected to the first input of the first selector and through the cable communication line with is single with the first input of the control circuit located in the nacelle, the output of the first selector is connected to the first input of the first counter, the second input of which is connected to the second output of the synchronization circuit, and the output is connected to the second input of the memory register, the first input of which is connected to the first output of the synchronization circuit, and the output is connected to the input of the recorder, while the third output of the synchronization circuit is connected to the third input of the trigger control device, and the fourth output of the synchronization circuit is connected via cable communication line to the second m is the input of the control circuit, the second output of the trigger control device is connected to the second input of the first selector, and the second input of the trigger control device is connected via a cable connection to the output of the first pulse shaper located in the nacelle, characterized in that a sensor fixing unit is additionally inserted into it, which is part of the rotary device installed in a non-magnetic nacelle, the input of which is mechanically connected to the rotary disk, and the output is connected to the third input of the control circuit, Atura installed on the ship, a second selector and counter, a heading input unit, and a ship navigation machine are introduced, while the output of the heading input unit is connected to the first input of the second counter, the output of which is connected through the second pulse shaper to the first input of the trigger control device, the output a crystal oscillator is connected to the first input of the heading input unit, the output of the frequency divider is connected to the first input of the second selector, the first output of the trigger control device is connected to the second input of the second selector the output of which is connected to the second input of the second counter, the second input of the heading input unit is connected to the fifth output of the synchronization circuit, and its third input is connected to the output information buses of the ship’s navigation machine, while the heading input unit includes a third counter, second and third dividers frequencies, the first and second control triggers, the second and third memory registers, the third and fourth selectors, the third and fourth pulse shapers, a reversible counter, a switch and a manual code setting unit, the output of which is connected it is connected to the first input of the switch, the first and second outputs of which are connected respectively to the input of the third pulse shaper and the second input of the second memory register, the first input and output of which are connected respectively to the second output of the third pulse shaper and to the second input of the reverse counter, the output of which is connected to the second the input of the first control trigger, and the first input is connected to the output and the same input of the third and fourth selectors, respectively, the output of the first control trigger is connected to the third input of the third selector, the first input of which is connected to the input of the second frequency divider and is the first input of the heading input unit, and the first input of the first control trigger is connected to the same output and input of the third pulse shaper and the second control trigger, the output of which is connected to the second input of the fourth selector, to which the input of the fourth pulse shaper is also connected, the third input of the second control trigger is connected to the output of the second frequency divider, and the second input is of the control trigger is the second input of the heading input unit, the output of the fourth selector is connected to the first input of the third frequency divider, the second input of which is connected to the same output and input of the fourth pulse shaper and the third counter, respectively, and the output of the third frequency divider is connected to the first input of the third counter, the output of which is connected to the second input of the third memory register, the first input of which is connected to the first output of the fourth pulse shaper, and the output of the third memory register This is the output of the heading input unit, the third input of which is connected to the second input of the switch.