RU2161775C2 - Magnetic compass - Google Patents

Magnetic compass Download PDF

Info

Publication number
RU2161775C2
RU2161775C2 RU99102426A RU99102426A RU2161775C2 RU 2161775 C2 RU2161775 C2 RU 2161775C2 RU 99102426 A RU99102426 A RU 99102426A RU 99102426 A RU99102426 A RU 99102426A RU 2161775 C2 RU2161775 C2 RU 2161775C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coil
magnetic
compass
winding
angle
Prior art date
Application number
RU99102426A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99102426A (en
Inventor
Л.А. Кардашинский-Брауде
Г.Ф. Казакова
Ю.А. Клейман
В.Ф. Уланов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Штурманские приборы"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Штурманские приборы" filed Critical Открытое акционерное общество "Штурманские приборы"
Priority to RU99102426A priority Critical patent/RU2161775C2/en
Publication of RU99102426A publication Critical patent/RU99102426A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2161775C2 publication Critical patent/RU2161775C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: navigational instrument engineering. SUBSTANCE: magnetic compass may be used for elimination of electromagnetic deviation in magnetic pointer-type and induction compasses. Compass has magnetic sensing element and electromagnetic compensator energizing coils positioned in pairs symmetrically relative to compass vertical. Axle coinciding with direction of coil magnetic axle is inclined with respect to line passing through centers of coil and magnetic sensing element through angle

Description

Предлагаемое изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано для уничтожения электромагнитной девиации в магнитных стрелочных и индукционных компасах. The present invention relates to the field of navigation instrumentation and can be used to destroy electromagnetic deviation in magnetic needle and induction compasses.

Известен магнитный компас с электромагнитным компенсатором (ЭМК), состоящим из системы трех взаимно перпендикулярных катушек-соленоидов X,Y,Z, создающих, соответственно, продольную, поперечную и вертикальную составляющие электромагнитного поля, описанный в книгах "Магнитно-компасное дело", Нечаев П. А. , Григорьев В.В., М., Транспорт, 1975, стр.89 (рис.64), стр.231-232; "Девиация магнитного компаса" . Кожухов В.П., Воронов В.В. Григорьев В.В. - Л.: Морской транспорт, 1960 г., стр.264-265. Known magnetic compass with electromagnetic compensator (EMC), consisting of a system of three mutually perpendicular solenoid coils X, Y, Z, creating, respectively, the longitudinal, transverse and vertical components of the electromagnetic field, described in the books "Magnetic compass", Nechaev P A., Grigoryev V.V., M., Transport, 1975, p. 89 (Fig. 64), p. 231-232; "The deviation of the magnetic compass." Kozhukhov V.P., Voronov V.V. Grigoryev V.V. - L .: Maritime transport, 1960, pp. 264-265.

Основным недостатком компаса является расположение ЭМК по вертикальной оси, проходящей через центр магнитного чувствительного элемента (МЧЭ) компаса, под котелком компаса с МЧЭ. Указанное расположение ЭМК между котелком компаса (см. "Магнито-компасное дело" позиция 2 на рис.64) и магнитами девиационного прибора (позиция 12 на рис.64) вызывает необходимость значительного увеличения магнитных моментов катушек ЭМК, а следовательно, их габаритных размеров, массы и стоимости. Кроме того, ЭМК имеет низкую эффективность - низкое значение отношения магнитного момента катушки к массе обмотки катушки. The main disadvantage of the compass is the location of the EMC along the vertical axis passing through the center of the compass’s magnetic sensing element (MEC), under the compass pot with the MEC. The indicated location of the EMC between the compass kettle (see Magneto-compass case, position 2 in Fig. 64) and the magnets of the deviation device (position 12 in Fig. 64) necessitates a significant increase in the magnetic moments of the EMC coils, and therefore their overall dimensions, mass and value. In addition, EMC has a low efficiency - a low value of the ratio of the magnetic moment of the coil to the mass of the coil winding.

Известен также магнитный компас с ЭМК, описанный в "Компас КМ145. Техническое описание и инструкция по эксплуатации КБО. 115.071ТО", стр. 19-20 (рис. 1), в котором ЭМК размещен на уровне МЧЭ (см. рис. 1, позиция 12 и 13 и рис. 3, позиция 6). A magnetic compass with EMC is also known, described in "Compass KM145. Technical description and operating instructions for BWC. 115.071TO", p. 19-20 (Fig. 1), in which the EMC is located at the level of MChE (see Fig. 1, positions 12 and 13 and Fig. 3, position 6).

Основным недостатком компаса является необходимость значительного увеличения габаритных размеров компаса за счет увеличения диаметра верхней части нактоуза компаса в соответствии с размерами катушек ЭМК. The main disadvantage of the compass is the need to significantly increase the overall dimensions of the compass by increasing the diameter of the upper part of the binnacle of the compass in accordance with the dimensions of the EMC coils.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является магнитный компас по авторскому свидетельству N 723364 от 12.07.78 G 01 C 17/02 (заявка N 2645580/18-10) (прототип). Closest to the proposed invention in technical essence is a magnetic compass according to the copyright certificate N 723364 dated 12.07.78 G 01 C 17/02 (application N 2645580 / 18-10) (prototype).

Компас содержит магнитный чувствительный элемент и электромагнитный компенсатор, включающий катушки, установленные попарно симметрично относительно вертикали компаса, при этом магнитные оси катушек размещены в плоскостях, проходящих через вертикаль компаса, и наклонены относительно нее на угол, определяемый по формуле

Figure 00000004

где θ - угол, отсчитываемый от вертикали до направления магнитной катушки;
Ψ - угол, отсчитываемый от вертикали компаса до направления линии, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента.The compass contains a magnetic sensing element and an electromagnetic compensator, including coils mounted in pairs symmetrically relative to the compass vertical, while the magnetic axis of the coils are placed in planes passing through the compass vertical and are inclined relative to it by an angle determined by the formula
Figure 00000004

where θ is the angle measured from the vertical to the direction of the magnetic coil;
Ψ is the angle measured from the vertical of the compass to the direction of the line connecting the centers of the coil and the magnetic sensing element.

Основными недостатками компаса (прототипа) являются:
1. В а.с. N 723364, кл. G 01 C 17/02 (авторы Н.Д. Дегтярев, В.Ф. Уланов) указано, что целью изобретения является повышение эффективности ЭМК (т.е. увеличение пределов компенсации девиации на единицу массы). Решение этой задачи состоит в том, что катушки X и Y ЭМК устанавливаются попарно симметрично относительно вертикали компаса, магнитные оси катушек находятся в плоскостях, проходящих через вертикаль компаса, и наклонены относительно нее на угол, определяемой формулой

Figure 00000005

где θ - угол, отсчитываемый от вертикали, до оси, совпадающей с направлением магнитной оси катушки;
Ψ - угол, отсчитываемый от вертикали компаса до направления линии, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента (МЧЭ).The main disadvantages of the compass (prototype) are:
1. In A.S. N 723364, CL G 01 C 17/02 (authors ND Degtyarev, V.F. Ulanov) indicated that the purpose of the invention is to increase the efficiency of EMC (i.e., to increase the limits of compensation for deviation per unit mass). The solution to this problem is that EMC coils X and Y are mounted in pairs symmetrically relative to the compass vertical, the magnetic axis of the coils are in planes passing through the compass vertical, and are inclined relative to it by an angle defined by the formula
Figure 00000005

where θ is the angle measured from the vertical to the axis coinciding with the direction of the magnetic axis of the coil;
Ψ is the angle measured from the vertical of the compass to the direction of the line connecting the centers of the coil and the magnetic sensing element (MCE).

Однако задача оптимизации параметров и расположения катушек X и Y ЭМК решена в прототипе ошибочно и неполностью. However, the task of optimizing the parameters and location of the coils X and Y EMC solved in the prototype erroneously and incompletely.

Так, формула (2) для вычисления угла θ обращается в неопределенность вида

Figure 00000006
при Ψ = 90o, тогда как случаю Ψ = 90o соответствует значение θ = 90o, как видно из фиг.2 описания изобретения по а.с. N 723364.So, formula (2) for calculating the angle θ turns into an uncertainty of the form
Figure 00000006
when Ψ = 90 o , while the case Ψ = 90 o corresponds to the value θ = 90 o , as can be seen from figure 2 of the description of the invention by A.S. N, 723364.

2. Соотношения параметров самих катушек X и Y в прототипе, отвечающие требованиям задачи, поставленной в нем, не определены. 2. The ratio of the parameters of the coils X and Y in the prototype that meet the requirements of the task set in it, is not defined.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является оптимизация параметров и расположения катушек X и Y ЭМК относительно центра магнитной системы магнитного чувствительного элемента компаса. The main task to which the invention is directed is to optimize the parameters and location of the EMC coils X and Y with respect to the center of the magnetic system of the magnetic sensing element of the compass.

Для решения указанной задачи в магнитном компасе, содержащем магнитный чувствительный элемент и электромагнитный компенсатор, включающий катушки, установленные попарно симметрично относительно вертикали компаса, с обеспечением повышения эффективности электромагнитного компенсатора путем увеличения пределов компенсации девиации на единицу массы компенсатора, при этом магнитные оси катушек размещены в плоскостях, проходящих через вертикаль компаса, ось, совпадающая с направлением магнитной оси катушки, наклонена относительно линии, проходящей через центры катушки и магнитного чувствительного элемента, на угол, определяемый формулой

Figure 00000007

где α - угол между осью, совпадающей с направлением магнитной оси катушки, и линией, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента;
Ψ - угол между вертикалью, проходящей через центр катушки электромагнитного компенсатора, и линией, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента,
при этом повышение эффективности электромагнитного компенсатора обеспечивается соотношением магнитного момента M и массы обмотки P его катушки, определяемым зависимостью
Figure 00000008

где M - магнитный момент катушки электромагнитного компенсатора;
P - масса обмотки катушки;
σмакс - предельно допустимая плотность тока в обмотке катушки, не вызывающая нагрева обмотки относительно температуры окружающей среды;
ρпр - плотность материала провода обмотки;
R - максимальный радиус обмотки;
r - минимальный радиус обмотки,
причем отношение
Figure 00000009

Предлагаемый магнитный компас представлен на фиг. 1 - 3.To solve this problem, in a magnetic compass containing a magnetic sensing element and an electromagnetic compensator, including coils mounted pairwise symmetrically relative to the compass vertical, to increase the efficiency of the electromagnetic compensator by increasing the limits of compensation for deviation per unit mass of the compensator, while the magnetic axis of the coils are placed in planes passing through the vertical of the compass, the axis coinciding with the direction of the magnetic axis of the coil is inclined relative to the line Passing through the centers of the coil and the magnetic sensor element, an angle defined by the formula
Figure 00000007

where α is the angle between the axis coinciding with the direction of the magnetic axis of the coil and the line connecting the centers of the coil and the magnetic sensing element;
Ψ is the angle between the vertical passing through the center of the coil of the electromagnetic compensator and the line connecting the centers of the coil and the magnetic sensor,
the increase in the efficiency of the electromagnetic compensator is ensured by the ratio of the magnetic moment M and the mass of the winding P of its coil, determined by the dependence
Figure 00000008

where M is the magnetic moment of the coil of the electromagnetic compensator;
P is the mass of the coil winding;
σ max - the maximum permissible current density in the coil winding, not causing heating of the winding relative to the ambient temperature;
ρ CR - the density of the material of the wire winding;
R is the maximum radius of the winding;
r is the minimum radius of the winding,
moreover, the ratio
Figure 00000009

The proposed magnetic compass is shown in FIG. thirteen.

На фиг. 1 представлен общий вид компаса с ЭМК. In FIG. 1 shows a general view of the compass with EMC.

На фиг. 2 - размещение катушек. In FIG. 2 - placement of coils.

На фиг 3 - основные параметры катушки и ее расположение. In Fig 3 - the main parameters of the coil and its location.

Магнитный компас содержит (фиг. 1) магнитный чувствительный элемент 1, размещенный в котелке 2, и электромагнитный компенсатор 3, включающий две продольные катушки X4 и две поперечные катушки Y5 (фиг. 2). The magnetic compass contains (Fig. 1) a magnetic sensor 1 located in the pot 2, and an electromagnetic compensator 3, including two longitudinal coils X4 and two transverse coils Y5 (Fig. 2).

Положения катушек (фиг. 2 и 3) определяются углами Ψ, отсчитываемыми от вертикали, проходящей через центр катушки, и линией, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента (точка A фиг. 2 и 3), причем магнитные оси катушек размещены в плоскостях, проходящих через вертикаль компаса 6, и наклонены относительно линий, соединяющих центры катушек и магнитного чувствительного элемента на угол α. The positions of the coils (FIGS. 2 and 3) are determined by the angles отс counted from the vertical passing through the center of the coil and by the line connecting the centers of the coil and the magnetic sensing element (point A of FIGS. 2 and 3), and the magnetic axis of the coils are placed in planes, passing through the vertical of the compass 6, and are inclined relative to the lines connecting the centers of the coils and the magnetic sensor at an angle α.

Магнитные моменты катушек M'x, M''x, M'y, M''y (фиг.2).The magnetic moments of the coils M ' x , M'' x , M' y , M '' y (figure 2).

На фиг. 3 представлены основные параметры катушек:
R - радиус наружного слоя обмотки катушки;
r - радиус внутреннего слоя обмотки катушки;
l - высота обмотки катушки;
D/2 - расстояние между вертикалью компаса 6 и внутренней стенкой нактоузного компаса;
ρ - расстояние между центром катушки и центром магнитного чувствительного элемента (точка A);
T - полный вектор индукции магнитного поля катушки;
ЦМС - центр магнитной системы компаса;
θ - угол, отсчитываемый от вертикали до оси, совпадающей с направлением магнитной оси катушки;
Ψ - угол между вертикалью, проходящей через центр катушки электромагнитного компенсатора, и линией, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента;
α - угол между осью, совпадающей с направлениями магнитной оси катушки, и линией, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента;
φ - угол между линией, соединяющей центр катушки и центр магнитной системы, и направлением вектора T.In FIG. 3 presents the main parameters of the coils:
R is the radius of the outer layer of the coil winding;
r is the radius of the inner layer of the coil winding;
l is the height of the coil of the coil;
D / 2 - the distance between the vertical compass 6 and the inner wall of the binnacle compass;
ρ is the distance between the center of the coil and the center of the magnetic sensor (point A);
T is the full induction vector of the magnetic field of the coil;
CMS - the center of the compass magnetic system;
θ is the angle measured from the vertical to the axis coinciding with the direction of the magnetic axis of the coil;
Ψ is the angle between the vertical passing through the center of the coil of the electromagnetic compensator and the line connecting the centers of the coil and the magnetic sensor;
α is the angle between the axis coinciding with the directions of the magnetic axis of the coil and the line connecting the centers of the coil and the magnetic sensing element;
φ is the angle between the line connecting the center of the coil and the center of the magnetic system, and the direction of the vector T.

Предлагаемое устройство работает таким образом. The proposed device works in this way.

При протекании постоянного тока через обмотки катушек компенсатора, соединенных последовательно и согласно, в области чувствительного элемента компаса создается магнитное поле, модуль вектора индукции которого равен, а сам вектор противоположно направлен по отношению к вектору поля, создаваемого источником девиации. Поскольку катушки компенсатора наклонены на равные углы к плоскости палубы и симметричны, суммарный вектор поля катушек направлен параллельно плоскости палубы. Благодаря тому, что катушки наклонены на угол Ψ к вертикали, связанный с углом α соотношением (1), проекции вектора, перпендикулярные палубе, отсутствуют векторы поля T и их проекции на эту плоскость максимальны. When direct current flows through the windings of the compensator coils, connected in series and according to, a magnetic field is created in the region of the compass sensing element, the modulus of the induction vector of which is equal, and the vector itself is oppositely directed with respect to the field vector created by the deviation source. Since the compensator coils are inclined at equal angles to the plane of the deck and are symmetrical, the total field vector of the coils is parallel to the plane of the deck. Due to the fact that the coils are inclined at an angle Ψ to the vertical, related to the angle α by relation (1), the vector projections perpendicular to the deck do not have field vectors T and their projections on this plane are maximum.

Отношение магнитного момента и поля, создаваемого катушками, к массе провода обмоток катушек, обуславливающего эффективность компенсатора, максимально при отношении максимального и минимального радиусов обмоток катушек, равного 3. The ratio of the magnetic moment and the field created by the coils to the mass of the wire of the coil windings, which determines the effectiveness of the compensator, is maximum when the ratio of the maximum and minimum radii of the coil windings is 3.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает уменьшение материалоемкости и трудоемкости изготовления катушек ЭМК, что в свою очередь снижает стоимость магнитного компаса. При этом обеспечивается увеличение диапазона компенсируемого магнитного поля помехи, что повышает эффективность работы ЭМК и компаса в целом. The present invention in comparison with the prototype provides a reduction in material consumption and the complexity of manufacturing coils EMC, which in turn reduces the cost of the magnetic compass. This ensures an increase in the range of the compensated magnetic field of interference, which increases the efficiency of the EMC and the compass as a whole.

Claims (2)

1. Магнитный компас, содержащий магнитный чувствительный элемент и электромагнитный компенсатор, включающий катушки, установленные попарно симметрично относительно вертикали компаса, с обеспечением повышения эффективности электромагнитного компенсатора путем увеличения пределов компенсации девиации на единицу массы компенсатора, при этом магнитные оси катушек размещены в плоскостях, проходящих через вертикаль компаса, отличающийся тем, что ось, совпадающая с направлением магнитной оси катушки, наклонена относительно линии, проходящей через центры катушки и магнитного чувствительного элемента, на угол, определяемый формулой
Figure 00000010

где α - угол между осью, совпадающей с направлением магнитной оси катушки, и линией, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента;
Ψ - угол между вертикалью, проходящей через центр катушки электромагнитного компенсатора и линией, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента.1. A magnetic compass containing a magnetic sensing element and an electromagnetic compensator, including coils mounted pairwise symmetrically with respect to the compass vertical, to increase the efficiency of the electromagnetic compensator by increasing the deviation compensation limits per unit mass of the compensator, while the magnetic axis of the coils are placed in planes passing through compass vertical, characterized in that the axis coinciding with the direction of the magnetic axis of the coil is inclined relative to the line, passage conductive coil through centers and the magnetic sensor element, an angle defined by the formula
Figure 00000010

where α is the angle between the axis coinciding with the direction of the magnetic axis of the coil and the line connecting the centers of the coil and the magnetic sensing element;
Ψ is the angle between the vertical passing through the center of the coil of the electromagnetic compensator and the line connecting the centers of the coil and the magnetic sensor. 2. Магнитный компас по п.1, отличающийся тем, что повышение эффективности электромагнитного компенсатора обеспечивается соотношением магнитного момента M и массы обмотки P его катушки, определяемым зависимостью
Figure 00000011

где M - магнитный момент катушки электромагнитного компенсатора;
P - масса обмотки катушки;
σмакс - предельно допустимая плотность тока в обмотке катушки, не вызывающая нагрева обмотки относительно температуры окружающей среды;
ρпр - плотность материала провода обмотки;
R - максимальный радиус обмотки;
r - минимальный радиус обмотки,
при отношении
Figure 00000012
2. The magnetic compass according to claim 1, characterized in that the increase in the efficiency of the electromagnetic compensator is provided by the ratio of the magnetic moment M and the mass of the winding P of its coil, determined by the dependence
Figure 00000011

where M is the magnetic moment of the coil of the electromagnetic compensator;
P is the mass of the coil winding;
σ max - the maximum permissible current density in the coil winding, not causing heating of the winding relative to the ambient temperature;
ρ CR - the density of the material of the wire winding;
R is the maximum radius of the winding;
r is the minimum radius of the winding,
with respect
Figure 00000012
RU99102426A 1999-02-09 1999-02-09 Magnetic compass RU2161775C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99102426A RU2161775C2 (en) 1999-02-09 1999-02-09 Magnetic compass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99102426A RU2161775C2 (en) 1999-02-09 1999-02-09 Magnetic compass

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU99102426A RU99102426A (en) 2000-11-27
RU2161775C2 true RU2161775C2 (en) 2001-01-10

Family

ID=20215616

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99102426A RU2161775C2 (en) 1999-02-09 1999-02-09 Magnetic compass

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2161775C2 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
НЕЧАЕВ П.А., ГРИГОРЬЕВ В.В. Магнитно-компасное дело. - М.: Транспорт, 1975. Компас КМ145. Техническое описание и инструкция по эксплуатации КБО.115.071.ТО, изд. 1991. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3685198B1 (en) Device and method for foreign object detection in wireless energy transfer
US5561371A (en) Transverse gradient coil
FI88079C (en) TV GRADIENT SPEED, SPECIFICLY SPOOL FOR BRAKE I NUCLEAR MAGNETIC RESONANSAVBILDNINGSSYSTEM
JP2557531B2 (en) Electromagnetic flow meter
CA1299244C (en) Apparatus for determining the strength and direction of a magnetic field, particularly the geomagnetic field
US20160178894A1 (en) Optical resonance scanner
RU2161775C2 (en) Magnetic compass
US3873914A (en) Flux valve apparatus for sensing both horizontal and vertical components of an ambient magnetic field
JP7036222B2 (en) Misalignment detection device and coil device
US5574367A (en) Polar coordinates sensor array with rotating magnetic field driven pickup elements
RU2247322C2 (en) Magnetic compass
US6946833B1 (en) Polar coordinates sensor having an improved flux suspension system and excitation method
US20170059364A1 (en) Position sensor
US3977246A (en) Magnetic flowmeter having in phase noise compensation
RU2364835C1 (en) Magnetic compass
US5754043A (en) Driving cores for polar coordinates sensors
SU556910A1 (en) Electromagnetic sensor to monitor the weld joint
RU225389U1 (en) MAGNETIC BEARING WITH V-SHAPED MAGNETS
JP2541619B2 (en) Electromagnetic flowmeter detector
RU2289786C1 (en) Magnetic compass
SU1004769A1 (en) Vibroconverter
RU2104489C1 (en) Magnetic compass
SU723364A1 (en) Magnetic compass
JPS5930506Y2 (en) Insulator with built-in current transformer
SU953604A1 (en) Small size three-component ferroprobe