RU2247322C2 - Magnetic compass - Google Patents

Magnetic compass Download PDF

Info

Publication number
RU2247322C2
RU2247322C2 RU2003109149/28A RU2003109149A RU2247322C2 RU 2247322 C2 RU2247322 C2 RU 2247322C2 RU 2003109149/28 A RU2003109149/28 A RU 2003109149/28A RU 2003109149 A RU2003109149 A RU 2003109149A RU 2247322 C2 RU2247322 C2 RU 2247322C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
magnetic
compass
winding
inner coil
coils
Prior art date
Application number
RU2003109149/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003109149A (en
Inventor
Л.А. Кардашинский-Брауде (RU)
Л.А. Кардашинский-Брауде
А.Ю. Клейман (RU)
А.Ю. Клейман
В.Н. Пугачев (RU)
В.Н. Пугачев
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 RU2003109149/28A priority Critical patent/RU2247322C2/en
Publication of RU2003109149A publication Critical patent/RU2003109149A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2247322C2 publication Critical patent/RU2247322C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

FIELD: navigation instrument engineering.
SUBSTANCE: magnetic compass can be used for eliminating electromagnet radiation in magnetic needle compasses. Compass has magnetic sensitive element and electromagnetic deviation compensator placed under magnetic sensitive element. Compensator has three rectangular mutually perpendicular coils with windings: one longitudinal, one lateral and one vertical with magnetic moments of Mx, My and Mz correspondingly. Magnetic axes of coils are located in planes that cross vertical of the compass onto which vertical the center of magnetic system of magnetic sensitive element falls down. Longitudinal and lateral coils with windings are disposed one inside the other in such a way that centers of windings are aligned in common point at vertical of the compass. Height of inner coil is equal to distance from top surface of its turns to plane of magnetic system of magnetic sensitive element and is defined by relation
Figure 00000015
, where 2b is height of inner coil, I is current in winding of inner coil, W is number of turns of inner coil, c is half -length of horizontal part of turns of winding of inner coil, π is constant and H is maximal value of horizontal component of magnetic field intensity of winding of internal coil at site where magnetic sensitive element is located.
EFFECT: reduced production cost; improved efficiency of operation; widened range of compensation of magnetic fields.
3 dwg

Description

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

Известен магнитный компас с компенсатором электромагнитной девиации (ЭМК), описанный в “Компас КМ 145. Техническое описание и инструкция по эксплуатации КБ0.115.071 ТО”, стр. 19-20 (рис.1), в котором ЭМК размещен на уровне магнитного чувствительного элемента (МЧЭ) (см. рис.1 позиции 12 и 13 и рис.3 позиция 6).A known magnetic compass with a compensator for electromagnetic deviation (EMC), described in “Compass KM 145. Technical description and operating instructions KB0.115.071 TO”, pages 19-20 (Fig. 1), in which the EMC is placed at the level of the magnetic sensor (MCE) (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 (с обмотками) 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 (with windings).

Известен также магнитный компас с ЭМК по патенту № 2161775 G 01 C 17/02 (заявка № 99102426 от 09.02.1999 г.).Also known is a magnetic compass with EMC according to patent No. 2161775 G 01 C 17/02 (application No. 99102426 of 02/09/1999).

Компас содержит магнитный чувствительный элемент, электромагнитный компенсатор, размещенный под ним и включающий катушки (соленоиды), X, У, установленные попарно симметрично относительно вертикали компаса. При этом ось, совпадающая с направлением магнитной оси катушки, наклонена относительно линии, проходящей через центры катушки и магнитного чувствительного элемента, на угол, определяемый формулойThe compass contains a magnetic sensing element, an electromagnetic compensator located below it and including coils (solenoids), X, Y, mounted in pairs symmetrically relative to the compass vertical. In this case, 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 sensing element by an angle defined by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

где α - угол между осью, совпадающей с направлением магнитной оси катушки, и линией, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента;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 - угол между вертикалью, проходящей через центр катушки электромагнитного компенсатора, и линией, соединяющей центры катушки и магнитного чувствительного элемента.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.

Основной недостаток компаса - недостаточная эффективность ЭМК вследствие того, что при наклоне его катушек по отношению к вертикали компаса в области МЧЭ создается не полное значение напряженности магнитного поля от катушки, а ее уменьшенное значение, соответствующее проекции вектора напряженности на горизонтальную плоскость. Последнее требует увеличения размеров катушек и ампервитков I·W компенсатора (где I - ток в катушке; W - число витков катушки), что приводит к увеличению габаритных размеров, материальных затрат при изготовлении компаса.The main drawback of the compass is the insufficient efficiency of the EMC due to the fact that when the coils are tilted with respect to the compass vertical in the MCE region, not the full value of the magnetic field strength from the coil is created, but its reduced value corresponding to the projection of the tension vector on the horizontal plane. The latter requires an increase in the size of the coils and ampere-turns of the I · W compensator (where I is the current in the coil; W is the number of turns of the coil), which leads to an increase in overall dimensions and material costs in the manufacture of the compass.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является магнитный компас с компенсатором электромагнитной девиации - ЭМК, описанным в книге “Магнитно-компасное дело”, Нечаев П.А., Григорьев В.В., М., Транспорт, 1975 г., стр. 232, 233 (рис.123) (прототип).Closest to the proposed invention in technical essence is a magnetic compass with a compensator for electromagnetic deviation - EMC, described in the book “Magnetic compass business”, Nechaev PA, Grigoryev VV, M., Transport, 1975, pp. . 232, 233 (Fig. 123) (prototype).

ЭМК устанавливается в нактоузе компаса под его котелком, содержащим магнитный чувствительный элемент.The EMC is installed in the binnacle of the compass under its bowler containing a magnetic sensing element.

ЭМК содержит три взаимно перпендикулярные катушки (соленоиды) X, У, Z прямоугольной формы, которые ориентированы так, что ось одной из них Х лежит в диаметральной плоскости (в продольной плоскости компаса), ось второй У перпендикулярна ей, а ось третьей Z совпадает с вертикалью компаса.EMC contains three mutually perpendicular coils (solenoids) X, Y, Z of rectangular shape, which are oriented so that the axis of one of them X lies in the diametrical plane (in the longitudinal plane of the compass), the axis of the second Y is perpendicular to it, and the axis of the third Z coincides with compass vertical.

Магнитный компас с аналогичным устройством ЭМК рассмотрен также в книге “Девиация магнитного компаса”, Кожухов В.П., Воронов В.В., Григорьев В.В., Л.: Морской транспорт, 1960 г., стр. 264, 265.A magnetic compass with a similar EMC device is also considered in the book “Deviation of a magnetic compass”, Kozhukhov VP, Voronov VV, Grigoryev VV, L .: Sea transport, 1960, pp. 264, 265.

Основным недостатком прототипа - магнитного компаса с ЭМК, описанного в книге “Магнитно-компасное дело”, стр. 232, 233, является отсутствие аналитической зависимости между параметрами обмоток катушек ЭМК и расстоянием между обмотками катушек и магнитной системой магнитного чувствительного элемента компаса, вследствие чего не представляется возможным оптимизация параметров ЭМК, выражающаяся в минимизации числа ампервитков I·W (где I - ток в обмотке катушки; W - число витков обмотки) при заданном значении напряженности магнитного поля, создаваемого ЭМК в области магнитного чувствительного элемента.The main disadvantage of the prototype — the magnetic compass with EMC described in the book “Magnetic compass business”, pages 232, 233, is the absence of an analytical relationship between the parameters of the windings of the EMC coils and the distance between the windings of the coils and the magnetic system of the magnetic sensing element of the compass, therefore it seems possible to optimize the EMC parameters, which is expressed in minimizing the number of ampere turns I · W (where I is the current in the coil winding; W is the number of turns of the winding) at a given value of the magnetic field strength, creating EMC in the field of a magnetic sensitive element.

Последнее приводит, как правило, к неоправданному увеличению тока в обмотках ЭМК или к избыточному расходу медного обмоточного провода при увеличенном количестве витков.The latter leads, as a rule, to an unjustified increase in current in the windings of the EMC or to an excessive consumption of copper winding wire with an increased number of turns.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является оптимизация параметров и расположения катушек Х и У 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 U relative 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 компенсатор электромагнитной девиации, размещенный под магнитным чувствительным элементом и включающий три взаимно перпендикулярные катушки с обмотками: продольную, поперечную и вертикальную с магнитными моментами Мх, My, Mz, имеющие прямоугольную форму, магнитные оси катушек размещены в плоскостях, проходящих через вертикаль компаса, на которой лежит центр магнитной системы магнитного чувствительного элемента, а продольная и поперечная катушки с обмотками размещены одна внутри другой так, что центры обмоток совмещены в общей точке на вертикали компаса, причем высота внутренней катушки равна расстоянию от верхней плоскости ее витков до плоскости магнитной системы магнитного чувствительного элемента и определяется формулойTo solve this problem, in a magnetic compass containing a magnetic sensitive element and an electromagnetic deviation compensator, placed under the magnetic sensitive element and including three mutually perpendicular coils with windings: longitudinal, transverse and vertical with magnetic moments M x , M y , M z , having a rectangular the shape, the magnetic axis of the coils are placed in planes passing through the vertical of the compass, on which lies the center of the magnetic system of the magnetic sensor, and the longitudinal and transverse coils with windings are placed one inside the other so that the centers of the windings are aligned at a common point on the vertical of the compass, and the height of the inner coil is equal to the distance from the upper plane of its turns to the plane of the magnetic system of the magnetic sensor and is determined by the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где 2b - высота внутренней катушки;where 2b is the height of the inner coil;

I - ток в обмотке внутренней катушки;I is the current in the winding of the internal coil;

W - число витков обмотки внутренней катушки;W is the number of turns of the winding of the internal coil;

с - половина длины горизонтальной части витков обмотки внутренней катушки;C is half the length of the horizontal part of the turns of the winding of the inner coil;

π - константа;π is a constant;

Н - максимальное значение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля обмотки внутренней катушки в области магнитного чувствительного элемента.H is the maximum value of the horizontal component of the magnetic field strength of the winding of the inner coil in the region of the magnetic sensor.

Предлагаемый магнитный компас представлен на фиг.1-3.The proposed magnetic compass is presented in figures 1-3.

На фиг.1 представлен общий вид компаса с ЭМК.Figure 1 presents a General view of the compass with EMC.

На фиг.2 - размещение катушек.Figure 2 - placement of coils.

На фиг.3 - основные параметры обмотки внутренней катушки и ее расположение.Figure 3 - the main parameters of the winding of the internal coil and its location.

Магнитный компас содержит (фиг.1) магнитный чувствительный элемент 1, выполненный, например, в виде плоского магнита кольцевой формы, размещенный в котелке 2, и компенсатор электромагнитной девиации 3, включающий три взаимно перпендикулярные катушки с обмотками, продольную катушку Х 4, поперечную катушку У 5 и вертикальную катушку Z 6.The magnetic compass contains (Fig. 1) a magnetic sensing element 1, made, for example, in the form of a ring flat magnet placed in the pot 2, and an electromagnetic deviation compensator 3, including three mutually perpendicular coils with windings, a longitudinal coil X 4, a transverse coil 5 and vertical coil Z 6.

Магнитные оси катушек размещены в плоскостях, проходящих через вертикаль компаса 7, на которой лежит центр магнитной системы магнитного чувствительного элемента (точка А на фиг.2 и 3).The magnetic axis of the coils are placed in planes passing through the vertical of the compass 7, on which lies the center of the magnetic system of the magnetic sensing element (point A in FIGS. 2 and 3).

Центры обмоток катушек Х 4 и У 5 совмещены в общей точке (точка В на фиг.2 и 3) на вертикали компаса 7.The centers of the windings of the coils X 4 and Y 5 are aligned at a common point (point B in FIGS. 2 and 3) on the vertical of the compass 7.

Магнитные моменты катушек Х 4 - Мх; У 5 - My и Z 6 - Mz (фиг.2).The magnetic moments of the coils X 4 - M x ; In 5 - M y and Z 6 - M z (figure 2).

На фиг.3 представлены основные параметры обмотки внутренней катушки и ее расположение относительно плоскости магнитной системы магнитного элемента.Figure 3 presents the main parameters of the winding of the inner coil and its location relative to the plane of the magnetic system of the magnetic element.

Обмотка наружной катушки выполнена с обеспечением минимально возможных зазоров с обмоткой внутренней катушки. При этом длина горизонтальных частей витков обмотки наружной катушки отличается от длины горизонтальных частей витков внутренней катушки минимально.The winding of the outer coil is made with the minimum possible clearances with the winding of the inner coil. In this case, the length of the horizontal parts of the turns of the windings of the outer coil differs from the length of the horizontal parts of the turns of the inner coil to a minimum.

Предлагаемое устройство работает следующим образом. При протекании постоянного тока через обмотки катушек компенсатора электромагнитной девиации в области магнитного чувствительного элемента компаса создается магнитное поле, модуль вектора напряженности которого равен, а сам вектор направлен противоположно вектору поля, создаваемого источником девиации. Поскольку оси катушек Х и У компенсатора параллельны плоскости палубы, проекции векторов напряженностей, перпендикулярные палубе, отсутствуют, векторы напряженности магнитного поля, создаваемого катушками Х и У, параллельны плоскостям палубы и максимальны. При этом при соблюдении равенства высоты обмотки внутренней катушки расстоянию от верхней плоскости ее витков до плоскости магнитной системы магнитного чувствительного элемента компаса количество затрачиваемых ампервитков обмотки, соответствующее заданному значению напряженности создаваемого магнитного поля, минимально.The proposed device operates as follows. When a direct current flows through the windings of the coils of the compensator for electromagnetic deviation, a magnetic field is created in the region of the magnetic sensitive element of the compass, the modulus of the intensity vector of which is equal to, and the vector itself is directed opposite to the field vector created by the source of deviation. Since the axes of the compensator's X and Y coils are parallel to the deck plane, there are no projections of tension vectors perpendicular to the deck, the magnetic field vectors generated by the X and Y coils are parallel to the deck planes and are maximum. In this case, subject to the equality of the height of the winding of the inner coil to the distance from the upper plane of its turns to the plane of the magnetic system of the magnetic sensing element of the compass, the number of spent ampere-turns of the winding corresponding to a given value of the intensity of the generated magnetic field is minimal.

Задача состоит в минимизации количества ампервитков при заданном значении диапазона компенсации горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля ЭМК в области магнитного чувствительного элемента (МЧЭ) компаса Н.The task is to minimize the number of ampere-turns for a given value of the compensation range of the horizontal component of the magnetic field strength of the EMC in the region of the magnetic sensing element (MEC) of the compass N.

Н выражается какH is expressed as

Figure 00000005
Figure 00000005

где М - магнитный момент обмотки;where M is the magnetic moment of the winding;

R - расстояние от центра обмотки до МЧЭ;R is the distance from the center of the winding to the MCE;

I - ток в обмотке;I is the current in the winding;

W - число витков.W is the number of turns.

Найдем максимум функции Н=f(b)Find the maximum of the function H = f (b)

Обозначим

Figure 00000006
Denote
Figure 00000006

тогда

Figure 00000007
then
Figure 00000007

Приравняем

Figure 00000008
и сократим числитель (4) на А(l+b)2:Equate
Figure 00000008
and reduce the numerator (4) by A (l + b) 2 :

Figure 00000009
Figure 00000009

Поэтому

Figure 00000010
therefore
Figure 00000010

Максимальное значение Н при условии (5) составляет по (3)The maximum value of H under condition (5) is according to (3)

Figure 00000011
Figure 00000011

ОткудаWhere from

Figure 00000012
Figure 00000012

и

Figure 00000013
and
Figure 00000013

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом обеспечивает уменьшение затрат на изготовление ЭМК вследствие минимизации расходов обмоточного провода, а также повышение эффективности работы ЭМК вследствие расширения диапазона компенсации магнитных полей.The invention in comparison with the prototype provides a reduction in the cost of manufacturing an EMC due to minimizing the cost of a winding wire, as well as increasing the efficiency of EMC due to the expansion of the range of compensation of magnetic fields.

Claims (1)

Магнитный компас, содержащий магнитный чувствительный элемент и компенсатор электромагнитной девиации, размещенный под магнитным чувствительным элементом и включающий три взаимно перпендикулярные катушки с обмотками: продольную, поперечную и вертикальную с магнитными моментами Мх, Му, Мz, имеющие прямоугольную форму, магнитные оси катушек размещены в плоскостях, проходящих через вертикаль компаса, на которой лежит центр магнитной системы магнитного чувствительного элемента, а продольная и поперечная катушки с обмотками размещены одна внутри другой так, что центры обмоток совмещены в общей точке на вертикали компаса, причем высота внутренней катушки равна расстоянию от верхней плоскости ее витков до плоскости магнитной системы магнитного чувствительного элемента и определяется формулой:A magnetic compass containing a magnetic sensor element and an electromagnetic deviation compensator, located under the magnetic sensor element and including three mutually perpendicular coils with windings: longitudinal, transverse and vertical with magnetic moments M x , M y , M z , having a rectangular shape, magnetic axis of the coils placed in planes passing through the vertical of the compass, on which lies the center of the magnetic system of the magnetic sensing element, and the longitudinal and transverse coils with windings are placed one inside the other so that the centers of the windings are aligned at a common point on the compass vertical, and the height of the inner coil is equal to the distance from the upper plane of its turns to the plane of the magnetic system of the magnetic sensor and is determined by the formula:
Figure 00000014
Figure 00000014
 где 2b - высота внутренней катушки;where 2b is the height of the inner coil; I - ток в обмотке внутренней катушки;I is the current in the winding of the internal coil; W - число витков обмотки внутренней катушки;W is the number of turns of the winding of the internal coil; с - половина длины горизонтальной части витков обмотки внутренней катушки;C is half the length of the horizontal part of the turns of the winding of the inner coil; π - константа;π is a constant; Н - максимальное значение горизонтальной составляющей напряженности магнитного поля обмотки внутренней катушки в области магнитного чувствительного элемента.H is the maximum value of the horizontal component of the magnetic field strength of the winding of the inner coil in the region of the magnetic sensor.
RU2003109149/28A 2003-03-31 2003-03-31 Magnetic compass RU2247322C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003109149/28A RU2247322C2 (en) 2003-03-31 2003-03-31 Magnetic compass

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003109149/28A RU2247322C2 (en) 2003-03-31 2003-03-31 Magnetic compass

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003109149A RU2003109149A (en) 2004-09-27
RU2247322C2 true RU2247322C2 (en) 2005-02-27

Family

ID=35286592

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003109149/28A RU2247322C2 (en) 2003-03-31 2003-03-31 Magnetic compass

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2247322C2 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6819208B1 (en) Electromagnetic linear actuator with position sensor
JPS5833935B2 (en) Magnetic bearings, especially magnetic thrust bearings
EP1037056A1 (en) Current sensor
US9389416B1 (en) Optical resonance scanner
US4849696A (en) Apparatus for determinig the strength and direction of a magnetic field, particularly the geomagnetic field
EP1612576A1 (en) NMR shim coils
RU2247322C2 (en) Magnetic compass
US3906339A (en) Apparatus for determining the angle between a rotatable body and a fixed coil system, having use in a compass system
US3873914A (en) Flux valve apparatus for sensing both horizontal and vertical components of an ambient magnetic field
RU2161775C2 (en) Magnetic compass
JPH083421B2 (en) Inclination detector
US2429612A (en) Gyroscope
Huber et al. On the design of wide range electromagnets of high homogeneity
JP4385340B2 (en) Displacement sensor using Helmholtz coil
RU2308680C2 (en) Gyroscope
JPH07260492A (en) Angular velocity detector
US20240096304A1 (en) Magnetic pickup systems for stringed instruments
RU225389U1 (en) MAGNETIC BEARING WITH V-SHAPED MAGNETS
JPS63229037A (en) Nuclear magnetic resonance apparatus
RU2812255C1 (en) Magnetic bearing
US4454777A (en) Flexure suspended gyro utilizing dual salient pole magnets
JP2009168765A (en) Magnetic sensor element and electronic azimuth meter
Gilmore et al. Gyroscope in torque-to-balance strapdown application
RU2364835C1 (en) Magnetic compass
JPS61202406A (en) Magnetic levitation apparatus