SE452205B - Digitaliserad avkennaranordning - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 452 205 2 En annan nackdel är känsligheten hos den digitala ut- signalen för förskjutningar hos demodulatorn och analog/digi- talomvandlaren i jämförelse med reell okänslighet för för- stärkarens förskjutningsspänning vid kretsen enligt uppfin- ningen.

Redogörelse för uppfinningen Enligt en utföringsform av den föreliggande uppfin- ningen minskas tidigare erforderlig kretsmängd genom utnytt- jande av en dämpningsoscillator som är ansluten till avkännar- elementen, och dataomvandlare som är ansluten till dämpnings- oscillatorn samt logikorgan anslutna till dataomvandlaren och uppvisande en utsignal som ger en digital representation av av- känníngsförskjutningen.

Följaktligen är det ett ändamål med den föreliggande uppfinningen att åstadkomma en digitaliserad avkänningsan- ordning avsedd att användas i samband med en tröghetsavkännare i ett tröghetsnavigeringssystem där kretsmängden och utrym- met samt kretsstorleken och kostnaderna nedbringats till ett minimum.

Ett annat ändamål äx~att åstadkomma en digítaliserad avkänningsanordning där känsligheten för förstärkarförskjutning minskas till minimum i tröghetsnavigeringssystemet.

Enligt den föreliggande uppfinningen är en digitali- serad avkännaranordning anordnad för att avkänna den relativa förskjutningen mellan två åtskilda avkännarelement omfattande en dämpningsoscillator anordnad att sekvensiellt välja ett av avkännarelementen för att bestämma svängningsfrekvensen hos detta, en dataomvandlare anordnad att mäta perioden för det valda avkännarelementets svängsfrekvens samt logikorgan föx=att1näta periodskillnaden och avge en digital utsignal som utgör en digital representation av periodskillnaden som ett mått på relativförskjutníngen mellan de båda avkännar- elementen. föredragna utföringsformer Ytterligare ändamål och fördelar med den föreliggande uppfinningen kommer att framgå av den fortsatta beskrivningen, som ges i samband med bifogade ritningar, där 10 15 20 25 30 35 452 205 f 3 fig. 1 visar ett blockschema för en digitaliserad avkännaranordning enligt uppfinningen, fig. 2 visar schematiskt avkännarkretsdelen av anord- ningen enligt fig. 1, fig. 3 visar ett blockschema av styrkretsdelen av an- ordningen enligt fig. 1 och fig. HA - UB visar schematiskt två delar av styrkrets- delen enligt fig. 3.

I fig. 1 visas en digitaliserad avkännaranordning 10, som innefattar en tröghetsmätande enhet 12 och en digitaliseran- de avkännarkretsenhet 1H.

I fig. 1 innefattar den tröghetsmätande enheten 12 ett första gyro eller tröghetsavkännare 16 och ett andra gyro eller tröghetsavkännare 18. Det första gyrot 16 har en första av- kännarenhet 20 och en andra avkännarenhet 22. Avkännarenheten 20 uppvisar ett första avkännarelement ZH och ett andra av- kännarelement 26. Avkännarenheten 22 har ett första element 28 och ett andra element 30. Det andra gyrot 18 har en första av- W kännarenhet 32 och en andra avkännarenhet 34. Avkännarenheten 32 uppvisar ett första element H0 och ett andra element 42. Gyron av sådan typ somgyrona 16, 18 är kända genom amerikanskt patent 3 35H 726.

Såsom visas i fig. 1 innefattar den digitaliserande avkännarkretsenheten 14 en avkännarkrets 44, en styrkrets 46 och en datalänk H8.

I fig. 2 visas avkännarkretsen HH, som innefattar en snabb differentialförstärkare 50, en mutliplexerare 52 och en dubbelräknare SU, som har en avkännarkanalräknarsektion 56 och en indexräknarsektion 58. Avkännarkretsen HH innefattar även en inverterarenhet 60, en komparator 62 och en dubbel- multivibratorenhet 64, som har en första ensvängningsmulti- vibrator 66 och en andra ensvängningsmultivibrator 68. Avkännar- kretsen UH innefattar även en styrvippa 70, en förstärkarkrets 72, en multivibrator- och komparatoringångskrets 7H, en refe- rensresistorkrets 76 och en trimningsresistorkrets 78.

En dämpningsoscillator utformas genom enheten som inkluderar nämnda förstärkare 50, multiplexerare 52, kompa- 10 15 20 25 30 35 452 205 .-.e-s-a-v-p-q.

H rator 62, förstärkarkrets 72, insignalkrets 7H och referens- resistorkrets 76. Logikorganet innefattar den enhet som in- begriper nämnda avkännarkanalräknare 56, indexräknare 58, inverterarenhet 60, multivibrator 64 och styrvippa 70.

I fig. 3 visas styrkretsen 46, som innefattar en styr- periodräknare 80, en styrkanalräknare 81, och grindsignalgene- rator 82 och en grindstyrd räknare 83. Kretsen H3 innefattar även en klocksignaloscillator 84, som företrädesvis är en kristallstyrd, temperaturkompenserad oscillator, en över- förings- och återställningsstyrkrets 85 och en databehandlare 87.

En dataomvandlare utformas av den enhet som bildas av nämnda grindsignalgenerator 82, grindstyrd räknare 83 och klock- signaloscillator 8U. En ytterligare del av logikorganet om- fattar den enhet som utgörs av styrperiodräknaren 80, styr- kanalräknaren 81, överförings- och àterställningsstyrkretsen 85 samt databehandlaren 87.

I fig. HA - HB innefattar styrperiodräknaren 80 skift- registret AU, grinden A15B samt pulsräknaren A9A. Styrkanal- E räknaren 81 innefattar vipporna i A1, grinden ABA och pulsräkna-~ ren A9B. Grindsignalgeneratorn 82 innefattar vipporna i A10.

Den grindstyrda räknaren 83 innefattar grinden A15D samt puls- räknarna A14, A13A, A13B och A12A. Högfrekvensklocksignal- oscillatorn 8% innefattar A20. Överförings- och återställ- ningsstyrkretsen 85 innefattar vipporna i A2, grinden A8D och skiftregistret A7. Databehandlaren 87 innefattar pulsräknaren A19, utgångsdataskiftregistren A17 och A18, tidregler- och styrvipporna i A16, A22, AZH, A25, de 64-bitars skift- registren A29, A30, fyrpolen 1 av 2-väljaren A38 samt adde- raren/subtraheraren A27.

Var och en av de ovan A-numrerade delarna har sina respektive stift angivna med 1, 2, 3 osv. såsom framgår av fig. HA och HB. Det kan noteras att den nedre delen av fig. HA skall anslutas till den övre delen av fig. 4B så att de respektive fem ledarna i fig. HA erhåller förbindelse med mot- svarande fem ledare i fig. UB längs den icke visade brottlinjen.

Avkännarkretsenheten 14, som är konstruerad att mata N datakanaler, omfattar avkännarkretsen HH och styrkretsen H6, såsom visas i fig. 1. Avkännarkretsen HH omfattar; 10 15 I20 25 30 35 452 205 5 a) den 2N identiska precisionsresistorer i kretsen 76, som är seriekopplade med 2N individuella avkännarelement 2H, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42 med en gemensam drivledare 90 och en gemensam jordledare, b) den 2N-kanaliga mutliplexeraren 52, som till svar på en di- gital väljarkod väljer sekvensiellt ut den ojordade sidan på varje avkännarelement för överföring till komparatorn 62, 0) differentialkomparatorn 62 med multiplexerarutgången an- sluten till en ingångsklämma samt en resistiv dividerare mel- lan drivledaren till resistor/avkännarmatrisen och jord an- sluten till den andra ingångsklämman, d) förstärkaren 50, vars utsignal som matar drivledaren till resistor/avkännarmatrisen och vars insignal matas från kompa- ratorutgången och som ger effektförstärkningar och nivåskift- ning allt efter vad som fordras på komparatorsignalen, e) indexräknaren 58 som framstegas med en puls från styrkretsen H6 på datalänken H8 och ger en frammatningspuls på kanal- räknaren 56 och f) kanalräknaren 58 som framstegas ett värde efter varje ut- signalpuls från indexräknaren 58 och som har 2N binära steg och vars utsignal matar väljarkoden till multiplexeraren 52.

Blockschemat för styrkretsen visas i fig. 3. Styrkretsen H6 omfattar (a) en periodräknare 80 som indexeras av varje puls på data- länken och är anordnad att välja ett förutbestämt antal oscillatorperioder för mätning, (b) en kanalräknare 81 som indexeras av en utsignal från period- räknaren och användes för att generera en puls på datalänken efter varje kanalmätning samt en dubbelpuls efter varje full- ständig sekvens av kanalmätningar, (c) en grindgenerator 82 osm mottar datalänkpulser och en utsignal från periodräknaren samt genererar en tidgrind- signal på sin utgång, (d) en grindstyrd räknare 83 som räknar pulser under tidgrind~ signalen vars pulser erhålles från (e) en högfrekvent klockoscillator 84, (f) en överförings- och återställningsstyrkrets 85 som vid 10 15 20 25 30 35 452 205 6 slutet av varje tidgrindsignal först ger en överföringspuls för effektuering av dataöverföring från den grindstyrda räkna- ren och därefter en âterställningspuls för att återställa den grindstyrda räknaren samt (g) en databehandlare 87 som mottar digitala data från den grindstyrda räknaren vid mottagning av överföringspulsen för att sekvensvis bearbeta förskjutningsfelet för varje avkännare genom att generera skillnaden för båda däremot svarande data- ordsignalerna från den grindade räknaren samt formatera dessa felberäkningar för inmatning på digitala filter i avkännarens uppfángningsslingor.

Härefter beskrives i detalj utförandet, såsom ledarna och resistorerna i avkännarkretsen 44 och styrkretsen 46 var- efter deras funktion skall beskrivas.

Såsom visas i fig. 2 innefattar avkännarkretsens 44 förstärkare 50 en inverterande ingàngsledare 86, en icke- inverterande ingångsledare 88 och en utgângsledare 90 Multiplexeraren 52 innefattar en positiv matnings- ledare 92, en negativ matningsledare 94, en första jord- ledare 96, en andra jordledare 98, en första väljarkodledare 100, en andra väljarkodledare 102, en tredje väljarkodledare 104, ett flertal insignalledare 106, 108, 110, 112, 114, 116, 118, 120 samt en utsignalledare 121.

Kanalräknaren 56 innefattar en klockinsignalledare 122, utsignalstift 124, 126, 128, som är anslutna till respek- tive ledare 100, 102, 104, samt en återställningsledare 130.

Indexräknaren 58 innefattar en insignalledare 132, utsignalledare 134, 136 och en återställningsledare 138.

Inverterarenheten 60 innefattar en första inverterare 140, en andrainverterare 142 samt en tredje inverterare 144.

Den första inverteraren 140 har en insignalledare 146 och en utsignalledare 148. Den andra inverteraren 142 har en insignal- ledare 150 en utsignalledare 152. Ingångarna 146 och 150 är parallellkopplade. Även utgångarna 148 och 152 är paral- lellkopplade för att gê tillräcklig drivsignal till data- länknätet (A8) 72. Den tredje inverteraren 144 har en insignal- ledare 154 och en utsignalledare 156. Insignalledaren 154 mottar 10 15 20 25 30 35 452 205 7 den minst signifikativa biten (LSB) hos periodräknaren 58 på ledaren 136. Utsignalen på ledaren 156, som ansluter till klocksignalledaren 122, dras upp till +5V när den är i logiskt ett-läge.

I inverterarenheten 60 dras utsignalerna 1H8, 152 upp till +5V av resistorn 158 och utsignalen 156 dras upp till +5V av resistorn 160.

Komparatorn 62 innefattar en inverterande insignal- 16%, en verklig utsignalledare 166 samt en komplementär utsignal- ledare 168.

Den första multivibratorn 66 innefattar ledare 162, en icke-inverterande insignalledare en klock- insignalledare 170, en positiv Q-utsignalledare 172, en nega- tiv É-utsignalledare 174 samt en tidstyrinsignalledare 176.

Den andra multivibratorn 68 innefattar en klockinsignalledare 178, en negativ Ö-utsignalledare 180 samt en tidstyrinsignalle- dare 182.

Styrvippan 70, som är av J-K-typ, innefattar en J-in- w signalledare 18k som är jordad, en K-insignalledare 186 som är ansluten till +5V, en klockinsignalledare 188, en Ö-utsignal- ledare 190 samt en förinställd insignalledare 192.

Förstärkarkretsen 72 innefattar en första uppdragnings- resistor 19U och en andra uppdragningsresistor 196, vilka effek- tuerar spänningsuppdragningen till +5V på komparatorns 62 ut- signalledare 166, 168. Kretsen 72 innefattar även en tredje resistor 198, en fjärde resistor 200, en femte resistor 202 och en sjätte resistor 208. Resistorerna 198, 200, 202, 204 är anordnade så att förstärkaren 50 ger en inverterad förstärk- ning av komparatorns 62 verkliga utsignal.

Såsom visas i fig. 2 innefattar insignalkretsen 74 en resistor 206 och en kondensator 208 som styr bredden på multivibratorns 66 utsignalpuls. Kretsen 7U innefattar även en resistor 210 och en kondensator 212 som styr bredden på mul- tivíbratorns 68 utsignalpuls. Kretsen 7H innefattar dessutom en första resistor 214 och en andra resistor 216 som bildar en spänningsdelare för förstärkarens 50 utsignal för inmatning på komparatorns 62 icke-inverterande insignalledare 16%. Vidare 10 15 20 25 30 35 452 205 8 innefattar kretsen 74 en kondensator 218 som är parallellkopplad med den andra resistorn 216 för att ge en högfrekvensflitrering.

Kretsen 74 har slutligen en kondensator 220 som utnyttjas som högfrekvensfilter för multiplexerarutgången 121, som även är utformad som den icke-inverterande insignalledaren 164 på kom- paratorn 62.

Referensresistorkretsen 76 innefattar åtta högstabila resístorer 222, 224, 226, 228, 230, 232, 234, 236.

Trimningsresistorkretsen 78 innefattar åtta valda resistoflfl“238, 240, 242, 244, 246, 248, 250, 252, som ut- valts under trimningsoperation och inbegriper åtta shunttrim~ ningsresistorer 254, 256, 258, 260, 262, 264, 266, 268 som likaledes utvalts under trimningsoperationen. Trimningskretsen 78 är anordnad så att varje avkännarelement, exempelvis ele- mentet 24, strömmatas från förstärkarens 50 utgång via den högstabila resistorn 222, serietrimningsresistorn 238 och shunt- trimningsresistorn 254 över kombinationen av de båda föregående resistorerna 222 och 238.

En allmän förklaring av avkännaranordningens 10 funktion presenteras nedan.

Inledningen till avkännaranordningens 10 digitaliserade avkänning består av oberoende sekvensvisa mätningar av de induktanser som återges av gyrots 20 diametralt motsatta kärnor, exempelvis 24, 26 i standardavkännaren, och genom bestämning av gyrots förskjutningsfel proportionellt mot skillnaden mellan dessa mätningar. Induktansmätning sker genom inmatning av kärn- impedansen (primärt L) på en ostabil multivibrator 64, vars svängningsfrekvens utgör en direkt funktion av R/L, där R är en högstabil resistor, exempelvis 222 seriekopplad med av- kännarkärnan 24. Multivibratorsvängningens period (direkt pro- portionell mot L) mäts genom grindstyrning av en högfrekvent klocksignal till en räknare (64 MHz utnyttjas i den förelig- gande kretsen). Först utväljes ett avkännarelement med induk- tansen L1 av multiplexeraren och en digital mätning görs av resulterande svängningsperiod. Därefter väljes denna avkännares tillhörande element med induktansen L2 och en liknande mätning utförs. Skillnaden mellan dessa båda digitala mätningar bear- 10 15 20 25 30 452 205 9 betas sedan och blir ett mått på avkännarförskjutningen. Det fel som avkännes av avkännarkretsenheten lä är således pro- POrïiOnêll m0ï (L1 - L2), där L1 och L2 är de respektive in- Det fel som avkännes av en förut känd analog standardanordning duktanserna för de motsatta kärnorna i avkännarenheten. är direkt proportionell mot (L1 - L2)/(Li + L2). Eftersom (L1 + L2) är i huvudsak konstant för små felvinklar så ger den föreliggande uppfinningen och den kända analoga anordningen väsentligen samma felangivelse.

Avkännarkretsenheten 1H är, såsom den visas i fig. 1, för närvarande uppdelad i avkännarkretsen HH som antas att föreligga på plattformen och är ansluten medelst en datalänk 48 till styrkretsen H6, som ligger på avstånd från den platt- form på vilken gyrona 16 och 18 är monterade. I det förelig- gande utförandet antas likströmsmatningens spänningar (1 10 (1 10 - 1 15 V likspänning) som krävs av avkännarkretsen 44 att föreligga på plattformen. Även 3 5 V likspänning erfordras.

Avkännarkretsens HU schema återges i fig. 2. Det be- står väsentligen av en frigående multivibrator med multiplexa återkopplingsbanor från de åtta kärnorna 24, 26, 28, 30, 36, 38, H0, H2 i ett fyraaxligt system, en kanalräknare 56 som mot- tar pulser från styrkretsen H6 och styr multiplexindexeringen samt de komponenter av datalänken 48 som överför de angivna pulserna från styrkretsen och även sänder pulser till styr- kretsen H6 på multivibratorns 64 negativa gående förlopp.

Serie- och shunttrimningsmöjligheterna hos de resistorer som ligger i serie med kärnorna är anordnade för frekvensregle- ring och avkännarnollinställning. Mycket snabba komponenter användes i multivibratorn 64 och datalänken H8 för att ned- bringa hopp till ett minimum och ge skarpa framkanter för periodmätning med hög upplösning i styrkretsen H6.

Styrkretsens 46 schema presenteras i fig. 3. Den utgörs av: o datalänkkomponenter för kommunikation med avkännarkretsen nu, 0 kanalräknaren 81 som följer kanalräknaren 56 i avkännarkret- sen HH och alstrar en kanalräknaråterställningspuls, som sän- des till avkännarkretsen 44 via datalänken H8 för att riktigt 10 15 20 25 30 35 452 205 10 synkronisera de båda räknarna. - periodräknaren 80 som bestämmer det antalperioder hos multivibratorsvängningen som skall räknas för varje kärnval, n den grindstyrda kretsen 83 som räknar den totala tid som er- fordras för valt antal svängningsperioder. Den grindstyrda räknaren innefattar ett 16 bitars utgângsskiftregister A17, A18 till vilket den grindstyrda utsignalen parallellöverförs och från vilken dessa data serievis skiftas till minnes- skiftregister i databehandlaren 87, såsom beskrivs nedan, u oscillatorn 84 osm utgörs av en 64 MHz kristalloscillator och tjänar som en klocka för dne grindstyrda räknaren och vid en referens från denna genereras olika skiftpulståg och o databehandlaren 87 som innehåller fyra minnesskiftregister A29, A30 om vardera SH bitar, som serievis lagrar den grind- styrda räknarens utsignaler såsom de genereras och utmatar dessa data i 64 bitars längder efter varje frågepuls. Data- behandlaren 87 innefattar en seriesubtraherare A27 som mottar de 6% bitars-längderna och effektuerar subtraktionen av de _M färskaste B-kärnemätningarna från de färskaste; A-kärnemät- ningarna och avger ett feldataord om 64 bitar efter varje fråga.

(En avkännare utgörs av två diametralt belägna kärnor A och B.) Databehandlaren innefattar även en nedräkningskedja, som ger frekvenser från 64 MHz till 250 kHz,, och olika sek- vensstyrnings- och skiftpulsgenereringskretsar.

Det väsentliga ändamålet med styrkretsen H6 är mätningen av multivibratorns svängningsperiod när den "samplar" varje avkännarkärna. Svängningsfrekvensen motverkas vid den höga änden av parasiteffekter i kärnorna och vid den låga änden av effektskäl. Ett lagom medeljordvärde erhålles vid gyron som användes i prototypkretsen med frekvenser mellan 50 och 75 kHz.

Efter varje periodmätning genereras en puls i styr- kretsen 46 och överförs via datalänken 48 till avkännar- kretsen UU, som därefter framstegar sin kanalräknare 56 och bringar multiplexeraren 52 att koppla om till nästa kärna som skall samplas. Uppenbarligen kan icke den nya kärnans sväng- ningsperiod börja förrän vid nästa genomgång hos multivibra- 10 15 20 25 30 35 452 205 11 torns utsignal och en viss tid erfordras även för att över- föra den grindade räknarens data till dess utskiftregister och återställa räknaren. Därför användes ett "hushållningsintervall" och nästa periodmätning börjar vid nästa negativt riktad omgång hos DAD-multivibratorn. Detta medger relativt lång- samma överföringar hos multiplexeraren och tillräcklig tid'för att effektuera "startförhållanden" Styrkretsen 46 har utformats till att göra mätningar i multivibratorn. på en kärna hos varje avkännare per frågepuls. Mätningar på varandra motsatta kärnor i dessa avkännare görs vid var- annan frågepuls.

Ett hoppschema, såsom visas upptill i fig. HA, medger val av antalet multivibratorperioder som skall mätas vid varje kärnsampling, dvs. U, 8, 16 eller 32. Genom reglering av den nominella multivibratorfrekvensen, val av klocksignal- referensfrekvens och detta periodval så föreligger ett mycket stort fält av felupplösning.

En detaljerad förklaring av avkännarkretsens 44 ,, funktion ges härefter i styckena a) - e). a) Schemat för avkännarkretsen UH visas i fig. 2 Multivibratorns komparator är buffertkopplad med en bredbandig inverterande förstärkare 50. Denna buffertkoppling är nöd- vändig för att centrera utsignalnívâerna vid noll volt och för att mata tillräckligt med ström föratt driva samtliga åtta kärnor. b) Datalänkförbindelsen visas i schemats högra del.

Utsignalpulser inmatas på länken från de övre två inverterarna i inverterarenheten 60. Datalänkmottagaren är en enkelmulti- vibrator 66, som genererar positiva och negativa en mikro- sekundpulser (positiva på ledaren 172 och negativa på ledaren Den På mul- tivibratorn 68 utstyrs en återutstyrbar sex mikrosekunders 174) för varje negativt gående omgång hos datalänken. agerar sålunda på både "sända" och "mottagna" pulser. utsvängning av de fallande kanterna på multivíbratorns 66 positiva pulser. När multivibratorn 68 är inaktiv, dvs. i dess icke-utstyrda läge, håller den indexräknaren 58 i sitt åter- ställníngsläge. 10 15 20 25 30 35 452 205 12 c) Multiplexeraren 52 har en ledare 121 för sin ut- signal. Kanalval bestämmes av insignalkoder på ledarna 100, 102, 10k som inmatas av kanalräknaren 56. Denna räknare upp- räknas varje gång den första biten i indexräknaren 58 antar "1"-läge. Detta kan som synes erfordra en puls från multi- vibratorn 66 medan multivibratorn 68 är aktiv, dvs. när två datalänkpulser uppträder inom mindre än sju mikrosekunder efter varandra. En en mikrosekunders negativ puls "sändes" över datalänken 48 för varje negativ sväng hos multiplexe- rarens utsignal (som normalt inträffar var tolfte till artonde mikrosekund) via 62, 70, 60. Multiplexerarindexe- ring kan således enbart erhållas när en "mottagen" puls från styrkretsen RS är invävd i de "sända" pulserna. d) Det bör även noteras att kanalräknaren 56 kommer att återställas närhelst den andra biten från indexräknaren 58 går till "1"-läge. Detta kräver att en följd av trepulser uppträder på datalänken H8 med maximal puls till pulsmellan- rum av sju mikrosekunder. W e) Styrkretsen H6 är anordnad att sända en puls av en mikrosekunds längd på datalänken H8 efter 3,5 - M,5 mikro- sekunder från den multiplexöverföring som fulländar ett kärn- mätníngsintervall och därmed framstega multiplexeraren 52 till nästa kärna och förbereda nästa kärnmätningsintervall.

Efter åtta successiva framstegningar av amultiplexeraren 52 (två frågepulser) sändes en ytterligare 1 mikrosekundspuls efter fyra mikrosekunder från inedexpulsen till avkännarkret- sen MH för att återställa dess kanalräknare 56 och således ga- rantera en kanalsekvensavslutning.

En detaljerad förklaring av styrkretsens 46 funktion ges härefter i styckena a) - f). a) Styrkretsens H6 primära funktioner är: 1) styrning av kanalräknarens 56 indexering och där- med av multiplexvalet i avkännarkretsen HH och 2) digital mätning av den tid som fordras för en eller flera svängningsperioder hos multivíbratorn vid val av en viss kärna hos gyroavkännarelementen. 10 15 20 25 30 35 452 205 13 b) Dessa digitala tidmätningar kan därefter inmatas på en dator (ej visad) i serie- eller parallellform. Datorn kan bestämma skillnaden i period mellan svängningarna för en kärna i en avkännare och för dessdiametralt motsatta parkärna, dvs. en digital utvärdering av varje axels avkännarförskjut- ning. c) Styrkretsen 46 innefattar den krets som är nödvän- dig för att beräkna förskjutningsfelen och för att generera ett BH bitars seriefelord (16 bitar per axel) för användning av den digitala datorn (ej visad), som till svar på för- skjutningsdata kan generera digitala order till momentför- stärkare (ej visade) som ingår i den slutna slingan. d) Schemat för styrkretsen 46 återges i fig. HA-HB.

Tillverkarens komponentnummer, exempelvis 54LS16H för delen AH, anges för ett prototyputförande i fig. HA-UB. Samman- fattat är styrsekvensen följande: 1) Den negativt riktade kanten på fràgepulsen (som in- matas nedtíll till höger i fig. RB) utställer vippan A21B, som i sin tur utställer vippan A25A. Detta förbereder A25B för utställning vid nästa negativa omgång av den 1 MHz interna klocksignalen (erhållen ur GH MHz oscillatorn A20 och nedräkningskedjan A19 och A12B). 2) A25B utställer under 1 usek och àterställes där- efter. Denna §TħT-puls (som uppträder på A25B stift 2) på- börjar sekvenser i de delar av kretsen som visas i fig. HA, som utför "datasamlingsfunktionen", och sekvenser i de delar av kretsen som visas i fig. HB som utför “datautmatnings- funktioner". Först behandlas datasamlingsfunktionen. 3) ÉTÃÉT-pulsen återställer vippan A1A, A1B. Vippans AIA Ö-utsignal, som blir logiskt "1" tar bort den omedel- bart erhállna utställningen av vípporna A10A, A10B. Vippans A1A Ö-utsignal tar via NOCH-grinden A8A bort återställningen på noll för periodräknaren A11A och inmatar en omedelbar åter- ställning på A10A och förbereder sålunda A10B på âterställning vid nästa negativa puls från datalänkkretsen (övre vänstra hörnet i fig. HA). 10 15 20 25 30 35 452 205 14 U) Återställning av A10B sker när DAD-multivibratorns utsignal blir negativ,varvid en negativ puls genereras på data- länken. Denna puls uppvisar en mycket snabb falltid och A10B är en snabbverkande vippa så att tidgrindsignalen på dess Ö-utgång (stift 7) uppvisar minimala hopp relativt multi- vibratorns lägesändring. Denna utsignal aktiverar NOCH-grinden A15D som grindstyr 64 MHz klocksignalen tillden 16 bitars grindräknaren Alu, A13 och A12A. 5) Återställningen av A10B åstadkommer förutom start av räknarprocessen även borttagning av återställningen från den periodiska räknaren A9A och via A8A den direkta åter- ställningen av A10A. 6) Varje datalänkpuls återställer fördröjningstid- givaren AU, som utgörs av ett åtta bitars skiftregister som klockstyrs med 1 MHz. Utsignalerna på stiften 11 och 13 går så- ledes omedelbart till "O" men återgår till "1"-läget efter nomi- nellt 6 resp. 8 usek från datalänkpulser. När stiftet 13 åter- går till en "1" indexeras periodräknaren A9A via A15B. An- talet multivibratorperioder som skall mätas väljes medelst hoppanordningen~ Om exempelvis åtta peri- oder önskas hopkopplas stiftet (14) med stiftet (9), varvid det förra kommer från periodräknaren A9A och det senare utgör klocksignalingången på A10A. Efter 8 usek från den sjunde datalänkpulsen efter start av mätningsperioden kommer sålunda A10A att utställas, A10B att förberedas på att utstållas och ansluta denna kanals mätningsperiod med nästa datalänkpuls. 7) Vid utställning av A10B görs grinden "A10D inaktiv och grindräkningen stoppas. Periodräknaren A9A återställes och via grinden A8A återställes A10A. Likaledes uppräknas kanal- räknaren A9B via grinden ABB och vippan A2A utställes. Vippan A2B utställes vid nästa negativa omgång av 1 MHz klocksigna- len och återställes 1 usek senare. Medan den är utställd inmatas information från grindräknaren på det 16 bitars skift- registret A18 och A17 via anslutningen till stiftet 1 på dessa Ü-signalen från A2B skiftas till ett 8 bitars sekvensstyrande skiftregister A7, som klock- organ ("mata") från A2B-Ö. styrs med 1 MHz-signalen. Utsignalerna från detta register 10 15 20 25 30 35 452 205 15 utgör 1 usek positiva pulser på stiften 6, 10 och 13 och startar nominellt vid 4, 5 resp. 8 usek efter att grind- räknardata överförts till det 16 bitars registret. 8) Utsignalpulsen på stiftet 6 i A7 orsakar åter- ställning av gríndräknaren (positiv puls till A13A, A13B § och A12A samt negativ puls till A14 via grinden A15C). Denna I puls är även anordnad att aktivera NELLER-grindarna ASC, A3D för att generera en datalänkpuls för uppräkning av kanal- räknaren i DAD-avkännarkretsen och framstega dess multi- plexerare. NELLER-grindanordningen användes för att ge den starkströmsdrivning som fordras för den 75-ohmiga data- f länkledningen. 9) Den negativa pulsen som användes för attåter- ställa grindräknarsektionen A14 återställer även vippan A16A. i Detta möjliggör brytning av vippan A16B som klookstyrs med 2 MHz. Efter att 16 positiva pulser har blivit genererade på 4.... -.

A16B Q-utgång orsakar räknaren A11B utställning av A16A och en avslutning av pulståget. Detta pulståg skiftar data i det 16 bitars skiftregistret A17, A18, som tidigare laddats 1G från grindräknaren, till ingångarna på det dubbla 64 bitars skiftregistret A30 i "datautmatningssektionen" i DAD-styr- kretsen, såsom visas i fig. 4B. Sålunda har den första kana- lens mätningsdataöverförts. Hur dessa behandlas i "dataut~ ¿ matningssektionen" kommer att beskrivas senare. Här fortsät- ter beskrivningen med ytterligare sekvenser som genereras i "datasamlingssektionen“. 10) I stycket 9) ovan noterades att kanalräknaren ABB framstegades vid slutet av den första mätperioden. Det angavs även att nominellt 4 usek senare uppträdde en positiv 1 usek puls på det sekvensstyrda skiftregistrets A7 stift 6 och att stiftet 10 på denna komponent skulle bli en "1" vid slutet av den positivapulsen på stiftet 6. Det har likaledes tidigare angivits att ÉTÃÉT-pulsen har återställt vippan AIB.

Om kanalräknarens "CH4-utsignal" (stiftet 9) icke leder till en "O"-nivå när kanalräknaren framstegas vid slutet av en viss mätperiod (som skall utställa AIB) kommer NOCH-grinden A8D att medföra en återställning av A7 omedelbart efter det att en 10 15 20 25 30 35 452 205 16 "1" uppträder på dess stift 10. Följaktligen hindras stiftet 13 längre ned pâ skiftregistret från att nå "1"-nivån när skrift- ningen fortlöper och någon puls inmatas icke på datalänken av NELLER-grindarna A3A och ASD medelst en signal vid A7 stift 13. 11) Eftersom mätningssekvensen på en viss kanal slutar med utställningen av vippan A1UB och framstegningen av kanal- räknaren AQB, om "CH2-utsignalen" (stift 10) på kanalräknaren icke A1ÛA till når en "1"-nivå (som skulle utställa vippan AIA) är vippan återställd via NOCH-grinden A8A. Därför förbereds A1OB att återställas vid nästföljande negativa puls från data- länken. När så sker kommer en annan mätning, dataöverföring och utskiftningssvekvens att påbörjas. 12) Eventuellt kommer vid avslutandet av en mätcykel och tillhörande framstegning av kanalräknaren A9B dess "CH2- utsignal" (stift 10) att inta "O"-nivå och sålunda utställa vippan A1A, som kommeratthålla grindvippan A1OB i utfällt läge. Varje påbörjad negativ puls på datalänken på grund av multívibratorns negativa omgång kommer icke att förorsaka någon âterställing av vippan A10B om icke vippan A1A har blivit återställd av en START-puls som resultat av en fråga. 13) Den sekvens som kan förväntas efter en initie- ringscykel är därför att fyra "kanal-“, "axel-" eller "kärn"-mätningar kommer att bli resultatet av varje mottagen frågepuls. Efter varje mätning kommer styrkretsen att sända en puls till avkännarkretsen på datalänken, som kommer att framstega avkännarens multiplexerare till nästa kärna. Varje fråga kommer att framstega kanalräknaren i både avkännar- och styrkretsen med fyra steg. 14) "QH4-utsignalen" (stift 9) på styrkretsens kanal- räknare A9B kommer att ändras från en "1" till en "O" för var- je åtta steg som den framstegas. Vid slutet av den sista mät- perioden med växelvisa frågepulser kommer sålunda vippan A1B att utställas och den ovan (10) diskuterade förhindringen av pulsen på A7, stift 13 kommer ej att ske. Under dessa för- hällanden kommer därför en 1 usek puls att uppträda på denna klämma z usek efter det att "indexerings-"pulsen på A7, stift 6 blivit genererad. Pulsen på stiftet 13 inmatas på datalänken via NELLER-grindarna ABA, ASD och tjänar till att återställa 10 15 20 25 30 35 452 205 17 kanalräknaren 56 i avkännarkretsen och sålunda hindra en lås- ning av kanalräknarna i såväl avkännar- som styrkretsarna och säkerställa att en sekvens av datautsignaler följer efter en frågepuls. 15) Återgående till aktiveringen av "datautmatningssek- tionen" som svar på den START-puls som genereras av A258 med anledning av en frågepuls. Den negativa pulsen eller ÉTÃÉT- pulsen som genereras på AZSB Ö (stift 2) återställer vipporna A25A, AZUB, A22A och A21B. Den positiva START-pulsen, som gene- reras på A25B Q (stift 3) alstrar en klocksignal till vippan AZHA. Om läget för "CHH-utsignalen" från kanalräknaren ABB har ändrats sedan den senaste START-pulsen, såsom den normalt gör, kommer A2HA att ändra läge. Vid lägesändring hos AZHA sker en omkoppling av de fyra utsignalerna från A28 till deras alter- nativa källor. En beskrivning av väljarens funktion kommer att ges senare. 16) START-pulsen påAzsß ö (stift 2) återställer även vippan AZHB som i sin tur tar bort den direkta återställningen av åttabitars räknaren A23 så att dess indexering därmed möjlig- görs medelst inmatad 1 MHz klocksignal. När den åttonde biten hos denna räknare blir en "1"- klockstyrs vippan AZHB åter till utställt förhållande och därmed âterpålägges direkt åter- ställning av räknaren. Detta förfarande medför att ett tåg om SH positiva pulser med 500 kHz frekvens genereras på ut- gången (stift 3) hos den första biten på åtta bitars räknaren.

Den femte biten hos denna räknare blir "0" vid slutet av var sextonde positiv puls i Bh pulståget och användes för att utställa vippan A21A, som i sin tur pålägger en direkt åter- Vippans A22 B Ö-utgång (stift 8) utgör bäringång (stift 3) på adderaren A27. 17) ÉTÃÉT-pulsen på A25B Ö (stift 2) inmatar även en direkt återställning på vippan A22A. När denna återställning tas bort följer utgången A22A Q (stift 5) formen på det 6% puls- tåg som genereras på A23A stift 6 men har en eftersläpning av ställning på vippan A22B. 1/2 usek eftersom den ändrar läge vid positivt riktade om- gångar hos 1 MHz klocksignalen medan pulståget ändrar läge vid negativt riktade omgångar hos samma klocksignal. Denna 'S3 10 15 20 25 30 35 452 205 18 fördröjda klocksignal inmatas på bärsignalvippan A22B, 64 bi- tars skiftregistren AZQA, A29B samt på antingen det BU bitars skiftregistret A30A eller A30B beroende på väljarens A28 läge. 18) Adderaren A27 är anordnad att utföra den sub- traktionsprocess som är nödvändig för avkännarförskjutnings- mätning, där skillnaderna hos talvärden som är lagrade i grind- räknaren för motsatta kärnsamplar är representativt för denna förskjutning. Om en kärna hos varje avkännare betecknas A och den andra B och låter talen X och Y representera grindräkna- rens utsignaler för dessa kärnsamplingar så blir det digitali- serade förskjutningsfelet (X-Y). 19) Dataflödessekvensen i de EU bitars skiftregistren är följande: Efter en given frågepuls placeras väljaren A28 i läge 0 där de nedre insignalerna till dessa fyra väljare upp- träder på väljarutgàngarna. Detta medför att data, som gene- rerats under samplingen av avkännarelementen 1A, ZA, 3A och §A,skiftar (LSB först) till ASOA, ett 6H bitars skiftregister när de utmatas i 16 bitars tåg från det 16 bitars skiftregist- ret A17/A18. Efter nästa frågepuls placeras väljaren A28 i läge 1 där de övre insignalerna till väljaren uppträder som utsignaler och data i A30A skiftas till A29A, ett annat BM bitars skiftregister, och till "X"-ingången (stift 8) på adderaren A27 i ett kontinuerligt 64 bitars tåg. Efter nästa frågepuls återgår väljaren A28 till läge O och data i A29A skiftas till adderarens A27 "X"-ingång, likaledes i ett GH bitars tåg. Vid omväxlande frågepulser mottar således addera- rens "X"-ingång "nya" och "gamla" data från gyroavkännarnas A-kärnor. Pâ samma sätt mottar "Y"~ingången (stift 2) på adderaren "gamla" och "nya" data från gyroavkännarnas B-kärnor.

Eftersom bärsígnalíngången är utställd vid starten för varje 16 bitars data, dvs. vid starten för varje kanals dataut- signal, utför adderaren funktionen (X+Y+1) eller (X-Y). Netto- sekvensen för utsignaldata för successíva frágepulser blir därför (ANYBGAMPIALÜ (^GAMMAL'BNY)° (ANY-BGAMMAL 20) Därför uppträder den minst signifikativa biten för axel # 1-förskjutning på "data"-utgångsstiftet 5 pà A27 så fort väljarläget på A28 ändras efter en frågepuls. 1 usek ) osv. senare inmatas en positiv skiftpuls på "SP"-utgången. Data- 10 15 20 25 30 452 205 19 mottagaren måste därefter acceptera data på positivt riktade omgångar hos "SP"-utsignalen. 1/2 usek efter varje positiv skiftpuls klockstyrs bärsignalvippan A22B och antar läget för den signal som uppträder på ÉÃÉN-utgången (stift 4) på adderaren A27. A22B Ö-utgången (stift 8) användes därefter som BÄRN+1-insignal till adderaren. Samtidigt med avsökningen av bärsignalvippan A22B inskiftas data i de BH bitars skift- registren A29A, A29B och ASOA eller A30B enligt val, så att nästa databit inmatas i adderaren A27. Dataskiftningen och efterföljande subtraktionsförfarande kan erfordra upp till 0,6 psek för stabilisering, vilket alltjämt medger ett mini- mun av 0,9 usek för datauppbyggningstid i den serievisa data- ledaren och mottagarförberedning innan nästa "SP"-puls klock- styr dessa data in i mottagaren. e) De logiska kopplingarna av vipporna A21B och A25A som använts här är utformade för attmedge internfråg- ning vid slutet av varje mätningssekvens liksom att medge externfrågning. För internfrågning är utgången på A15-6 an- M sluten till "INT"-ingången som är ansluten till A22B-12. Denna matar en frâgepuls 6 - 7 usek efter framkanten på varje data- länkpuls. Om något dataskifte från det 16 bitars registret A17/A18 ej sker vid detta tillfälle återställes vippan A22B och en klockpuls matas till vippan A25A. Om vippan A1A vid detta tillfälle är i utfällt läge genereras en START-puls och resulterar i en mätningscykel. Med denna koppling genereras sålunda en "START" normalt B - 7 usek efter den första nega- tivt riktade omgången av DAD-multivibratorns utsignal efter fulländning av en fyrakanalig mätningscykel. (Dataskiftning från det 16 bitars skiftregistret A17/A18 är fullgjord 18,5 - 19,5 usek efter den sista negativt riktade multi- vibratoromgången i en mätningscykel. Under detta intervall kommer multivibratorn normalt att ha passerat en efterföljande negativt riktad omgång.) För internfrågning genomförs därför en ny mätcykel var (hN+É):te period hos den svängande multi- vibratorn, där N utgör antalet svängningsperioder som valts för mätning av en kärnas induktans. Om exempelvis N väljes vara 8 och en enda svängningsperiod nominellt är 15 usek så 10 15 20 452 205 20 kommer det nominella frågeintervallet att bli (4x8+5) eller 37 usek, dvs. 555 usek med generering av en effektiv fråge- frekvens av 1802 Hz. För externfrågning inmatas pulser på "INT"-klämman från en yttre källa. Skulle den yttre källans frekvens överstiga nominellt 1802 Hzså sker en "nedräkning“ där en omvandling sker enbart för var andra, var tredje osv. puls från pulskällan. f) Det bör uppmärksammas att även andra omvandlar- sekvenser än den för vilken denna styrkrets blivit utformad är möjliga, men att den valda kommer närmast kravet på minimal hårdvara, effekt och kopplingsmöjligheter.

En alternativ utföringsform av den föreliggande upp- finningen för tröghetsanordningar med kapacitiva avkännare kan utföras genom att de i fig. 2 visademultivibratorledarna modifieras från en resistans/induktanstyp (RL) av oscillator till en osdillator av resistans/kapacitanstyp (RC).

Det är uppenbart att den häri beskrivna utförings- formen av uppfinningen fullgör ändamålen med uppfinningen och kan vara föremål för modifieringar utan att uppfinningstanken frångås. ß

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 452 205 1 'wmf PATENTKRAV 21 .,..,«4-@-..M..

1. Digitaliserad avkännaranordning, särskilt för en tröghetsavkännare i ett tröghetsnavigeringsinstrument som av- v>~wlll v10!! 15 känner en vinkelförskjutning, uppvisande åtminstone ett par 26, 28, 30, 36, 38, vilkas relativläge är anordnat att avkännas för att inbördes åtskilda avkännarelement (ZH, H0, H2) alstra en däremot svarande utsignal, k ä n n e t e c k n a d av a) en relaxationsoscillator (50, 52, 62, 72, 7H, 76) an- ordnad att vara sekvensvis anslutbar till de båda avkännar- Å elementen (2H, 26, 28, 30, 36, 38, 40, #2) varigenom resul- terande svängningsfrekvens utgör en funktion av luftgapet och därmed av läget för respektive utvalt avkännarelement, b) ett dataomvandlar- och frekvensmätorgan (82, 83, SH) som är anslutet till relaxationsoscillatorn (50, 52, 62, 72, 7H,76)' och är-anordnat att mäta svängningsfrekvensens perioditet samt av 6) en logikkrets (us, ss, ss, so, sn, 70, so, 81, es, 87) som är ansluten till dataomvandlar- och frekvensmätorganet (82, 83, 84) och anordnad att alstra en digital utsignal som motsvarar svängningsfrekvensens periodskillnad, vilken är ett mått på den relativa förskjutningen mellan de båda avkännar- elementen (24, 26, 28, 30, 36, 38, 40, 42).

2. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a d av att relaxationsoscillatorn (50, 52, 62, 72, 7U, 76) omfattar al) en referensresistorkrets (76) med en resistor (222, 22u, 226, 228, 230, 232, 23U, 236) för varje avkännarelement (2H, 26, 28, 30, 36, 38, H0, H2), vilken resistor är anslut- bar till avkännarelementet, a2) en komparator (62) med en icke-inverterande ingång (16U), en inverterande ingång (162), en första utgång (166) ansluten till referensresistor kretsen (76) för att driva denna och nämnda avkännarelement(2H, 26, 28, 30, 36, 38, H0, H2) samt en andra utgång (168) ansluten till logikkretsen (M8, 56, 58, 60, BH, 70, 80, 81, 85, 87), a3) en ingångskrets (74) avsedd för komparatorn (62) och uppvisande en dividerare (214, 216), vars insignalsida är an- sluten till referensresistorkretsen (76) och vars utsignal- sida är ansluten till den icke-inverterande ingången (16H) på komparatorn (62) samt 10 15 20 25 30 35 ' i' ,""!'-!. 452 205 73 22 a4) vid dess ingång är ansluten till avkännarelementen (24, 26, 28, 30, 36, 40, 42) och dess utgång är ansluten till kompa- ratorns (62) icke-inverterande ingång (162) och till logik- kretsens (48, 46, 58, 60, 60, 64, 70, 88, 81, 85, 87) in- gång.

3. Anordning enligt patentkrav 2, k ä n n e t e c k- en multiplexerare (52) för val av avkännarelement, var- n a d av att komparatorns (62) båda utgångar är anslutna till referensresistorkretsen (76) via en förstärkarkrets, som i sin tur är ansluten till en snabb differentialförstärkare (50), varvid komparatorns (62) första utgång (166) är ansluten till förstärkarkretsen (72) för att driva den snabba differential- förstärkaren och divideraren (214, 216) i komparatorns ingångs- krets (74). _

4. Anordning enligt patentkraven 1 och 3, k ä n n e- t e c k n a d av att dataomvandlar- och frekvensmätorganet (82, 83, 84) omfattar bl) relaxationsoscillatorn (50, 52, 62, 72, 74, 76) för att alstra ett grindsignalintervall, b2) en grindstyrd räknare (83) ansluten till och styrd av grindsignalgeneratorn (82) samt b3) en klockoscillator (84) ansluten till den grindstyrda räknaren (83) för att alstra klockpulser som tidreferens.

5. Anordning enligt patentkrav 4, k ä n n e t e c k- n a d av att klockoscillatorn (84) är kristallstyrd och temperaturkompenserad.

6. Anordning enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k- n a d av att logikkretsen (48, 56, 58, 60, 64, 70, 80, 81, 85, 87) omfattar cl) och en signalvalutgång (124, 126, 128) som är ansluten till (50, 52, 62, 72, 74, 76) ingångar, en avkännarperiodräknare (58) uppvisande en utgång (136), en avkännarkanalräknare (56) med en klockingång (122) relaxationsoscillatorns c2) c3) (144), vars insignalsida är ansluten till avkännarperiod- en inverterarenhet (60) med dels en första inverterare räknarens (58) utgång (136) och vars utgång är ansluten till en grindsignalgenerator (82) som är ansluten till n 10 15 20 25 452 205 23 avkännarkanalräknarens (SB) klockingång (122), och dels andra och tredje inverterare (140, 142) vilkas utgångar är anslutna till dataomvandlar- och frekvensmätorganet (82, 83, 84) samt c4) en styrvippa (70) vars ingång är ansluten till relaxa- tionsoscillatorns (50, 52, 62, 72, 74, 76) utgång och vars utgång är ansluten till de andra och tredje inverterarnas (140, 142) ingångar.

7. Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k- n a d av en datalänk (48) med en enda ledare för kommunika- tion mellan relaxationsoscillatorn (50, 52, 62, 72, 74, 76) och dataomvandlar-och frekvensmätorganet (82, 83, 84) samt av en multivibrator (64), varvid de andra och tredje inverte- rarnas (140, 142) utgångar är anslutna till datalänkens (48) ingång, multivibratorn (64) är ansluten till datalänken (48) och multivibratorns utgång är ansluten till styrvippans (70) ingång.

8. Anordning enligt patentkraven 6 och 7“ k ä n n e- t e c k n a d av att logikkretsen (48, 56, 58, 60, 64, 70, 80, 81, 85, 87) även omfattar c5) en styrperiodräknare (80) vars ingång är ansluten till datalänken (48) och vars utgång är ansluten till data- omvandlar- och frekvensmätorganet (82, 83, 84), c6) en styrkanalräknare (81) vars ingång är ansluten till styrperiodräknarens (80) utgång, c7) en överförings- och återställningskrets (85) vars in- gångar är anslutna till dataomvandlar- och frekvensmätorganets (82, 83, 84) utgångar samt c8) förings~ och återställningskretsens (85) htgång. en dator (87) som med sin ingång är ansluten till över-