SU1569547A1 - Феррозондовый компас - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к навигационному приборостроению и может быть использовано в различных курсовых системах. Цель изобретени  - повышение точности измерени . Устройство содержит генератор 1 возбуждени , феррозондовый датчик 4, усилитель 5, фазочувствительный детектор 8, первый вход которого соединен с выходом усилител  7, а второй вход - с вторым выходом генератора 1 возбуждени , а также первый коммутатор 3, выход которого соединен с входом феррозондового датчика 4, дополнительно снабжен фазоинвертором 2, вторым коммутатором 5, сумматором 6, счетным триггером 9, блоком 10 управлени , формирователем 11 кодов, группой элементов ИЛИ 12, цифроаналоговым преобразователем 13, группой элементов И 14, резистором 15 пам ти и блоком 16 вычислени .

Description

L.L//

Изобретение относитс  к навигацинному приборостроению и может быть спользовано в различных курсовых системах.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности измерени .

На чертеже представлена схема феррозондового компаса.

Компас содержит генератор 1 воз- JQ буждени , фазоинвертор 2, коммутаторы 3, феррозондовый датчик 4,коммутатор 5, сумматор 6, усилитель 7, фазочувствительный детектор 8, счетный триггер 9, блок 10 управлени , 15 формирователь 11 кодов, группу элеентов ИЛИ 12, цифроаналоговый преобразователь (ДАН) 13, группу элементов И 14, регистр 15 пам ти, блок 16 вычислений. Пунктирной линией объеди- 20 нены элементы, составл ющие систему управлени  и преобразовани -информации .

Компас работает следующим образом .25

С первого выхода генератора 1 сигнал U, переменного тока с частотой fz через фазоинвертор 2 и коммутатор 3 поступает на обмотку возбуждени  (на вход) феррозондового датчика 4 зо и периодически насыщает его магнито- провод (сердечник). Выходной сигнал генератора 1 в фазоинверторе 2 сдвигаетс  по фазе на 180°(т.е., фаза инвертируетс ) и поступает на один 35 из его выходов. На другой выход фазо- инвертора 2 сигнал генератора 1 поступает без сдвига фазы. За счет переключени  подвижного контакта коммутатора 3 (что осуществл етс  сигна- до лами с выхода счетного триггера 9) фаза сигнала, возбуждающего феррозондовый датчик 4 ,может мен тьс  (инвертироватьс ) на 180 , а следовательно , на 180° может мен тьс  фа- 45 за сигнала на выходе феррозондового датчика 4.

В устройстве компаса используетс  кольцевой феррозондовый датчик,содер- жащий кольцевой сердечник на который Q нанесена обмотка возбуждени ,один конец которой подключен к общей шине компаса, а другой - к подвижному контакту коммутатора 3, а также две измерительные (выходные) взаимно пер- пендикул рные обмотки, диаметрально охватывающее сердечник, одни концы которых подключены к общей шине компаса , а другие - к соответствующим

неподвижным контактам коммутатора 5. Феррозондовый датчик 4 работает в режиме с выходным сигналом, содержащим информацию об измер емой величине на второй гармонике 2fb0

Фаза (0 или 180 или условно знак фазы - или +) каждого из сигналов U+ или TJ4 на выходах первой и второй измерительных обмоток феррозондового датчика 4 относительно фазы сигнала возбуждени  U, указывает полуплоскости расположени  магнитных осей К( и Н2 этого датчика относительно горизонтальной составл ющей Нт геомагнитного пол . При этом знаки фаз относительно друг друга сигналов TJ и позвол ют определить номер квадран а расположени  вектора горизонтальной составл ющей Нг. Амплитуды сигналов U и 11 св заны с горизонтальной составл ющей Нт геомагнитного пол  соответственно по зависимост м

U4 К sincЈ и

uj К IV cosci,

где К - коэффициент преобразовани 

феррозондового датчика; Ј - угол между измерительной осью феррозондового датчика и горизонтальной составл ющей геомагнитного пол . Коммутатор 5 предназначен дл  подключени  одного из выходов феррозондового датчика 4 к первому входу сумматора 6, На второй вход сумматора 6 поступает компенсирующий сигнал с выхода ЦАП 13, на вход опорного сигнала которого со второго выхода генератора 1 возбуждени  поступает сигнал с частотой 2fb. Этот сигнал также поступает на опорный вход фазо- чувствительного детектора 8. В сумматоре 6 осуществл етс  компенсаци  выходного сигнала П4 феррозондового датчика 4 выходным сигналом П,э ЦАП 13 (сигнал П1Э противофазен сигналу 114)0 Выходной сигнал сумматора 6 усиливаетс  в избирательном усилителе 7, настроенном в резонанс с частотой 2fb, с выхода которого поступает на вход фазочувствительного детектора 8, В последнем происходит сравнение фазы опорного сигнала с фазой сигнала, поступающего с выхода усилител  7. Если сигнал на выходе сумматора 6 имеет фазу, соответствующую фазе выходного сигнала U4 ферро эондового датчика 4, то на выходе детектора 8 формируетс  логический уровень напр жени  1. Если фазч этого сигнала соответствует фазе сиг нала компенсации U , то на выходе детектора 8 формируетс  логический уровень напр жени  О. В момент компенсации сигнала U,j. сигналом 11 код Ny на цифровых входах ЦАП 13 соответствует (с погрешностью квантований компенсирующего сигнала Т1(Э ) амплитуде измер емого сигнала П. По значению кода Nt на цифровых вхо- дах ЦАП 13 в момент равновеси  сигналов IJ4 и U,3 суд т о величине выходного сигнала феррозондового датчика 4.

Управление работой компаса осуще- ствл етс  импульсами, подаваемыми с 1 - 5-го выходов блока 10 управлени  соответственно на вход управлени  коммутатора 5, на счетный вход триггера 9, на вход управлени  фор- мировател  1 кодов, на входы сброса формировател  11 кодов и регистра 15 пам ти, на вход блока 16 вычислений .

Процесс измерени  угловой величины «6 между магнитной (измерительной ) осью компаса и горизонтальной составл ющей магнитного пол  состоит из двух циклов.

В первом цикле измерени  амплитуда сигнала 11 на первом выходе феррозондового датчика 4 преобразуетс  в цифровой эквивалент Nx, и определ етс  знак фазы этого сигнала относительно сигнала возбуждени  UK.Дл  этого сигнал с первого выхода блока

10управлени  подключает подвижный контакт коммутатора 5 к первому выходу феррозондового датчика 4, Затем

на четвертом выходе блока 10 управ- лени  формируетс  импульс, который поступает на входы сброса регистра 15 пам ти и формировател  11 кодов, в результате чего выходные коды регистра 15 пам ти и формировател 

11кодов устанавливаютс  в нулевое значение, а следовательно, нулевое значение принимает компенсирующий сигнал на выходе ЦАП 13. При это фаза сигнала на выходе сумматора 6 соответствует фазе выходного сигнала феррозондового датчика 4.

Если фаза выходного сигнала U4 феррозондового датчика 4 соответст

г

0 5

5 0

0

5

0

тзует фазе компенсирующего сигн  U,. i что на выходе фазочувс ьител,}- ного детектора 8 устанавливаетс  сч, нал с логическим уровнем напр жен О, который поступает на вчод уаг- решени  триггера 9 и переводит его в режим счета. Если фаза сигпапа т| противоположна фазе когпексчрушце/о сигнала И( , то на выходе детектора 8 устанавливаетс  сигнал с логическим уровнем напр жени  1, запрещающий режим счета триггера 9. После этого на втором выходе блока 10 упр-евлени  формируетс  импульс,который поступает на счетный вход триггера Ч и в зависимости от логического уровн  (О или 1) сигнала на его выходе разрешени  либо переводит триггер 9 в новое состо ниеs либо не измен ет его состо ни , следовательно , подвижный контакт коммутатора 3 либо переключаетс , либо остаетс  в своем первоначальном состо - ниио При этом фаза сигналп V. на выходе феррозондового датчика противоположна фазе сигнала компенсации П ЦАП 13, а логическое значение сигнала на выходе триггера у указывает знак фазы сигнала в первой измерительной обмотке датчика 4 относительно фазы сигнала возбуждени  U генератора 1.

Татем осуществл етс  уравновешивание выходного сигнала феррозонде вого датчика 4 сигналом компенсации U а ЦАП 1 0 В первом такте уравновешивани  с третьего выхода блока 10 управлени  на вход управлени  формировател  11 кодов поступает первый импульс и на первом выходе Аормнрова- тел  11 кодов по вл етс  единичный сигнал, который через первый элемент группы элементов ИЛИ 12 включает первый (старший) разр д ЦАП 13. При этом компенсирующий сигнал U ц на выходе ЦАП 13 получает скачкообразное приращение по величине, соответствующей весу старшего разр да.

Если в результате включени  старшего разр да ЦАП 13 амплитуда компенсирующего сигнала U s меньше амплитуды выходного сигнала U4 Леррозондо- вого датчика 4 (т.е., U э U.J,), то на выходе сумматора 6 фача сигнала соответствует фазе выходного сигнала и| феррочондового датчика 4, и на выходе флзочувствитепьного детсктогт 8 сигнал имеет логический

1. Если в результате включени  старшего разр да ЦАП 13 оказываетс , что U „ - TJ, то на выходе фазочувст- вительного детектора 8 устанавлива- етс  сигнал с логическим уровнем О, Затем с третьего выхода блока 10 управлени  на вход управлени  формировател  11 кодов поступает второй импульс и на выходе формирова- тел  11 кодов происходит сдвиг единичного сигнала с первого выхода на второй. При этом единичный сигнал со второго выхода формировател  1 1 Кодов поступает на второй вход перво- о элемента группы элементов И 14 и разрешает запись выходного сигнала (соответствующего 1 или О) фазо- чувствительного детектора 8 в первый (старший) разр д регистра 15 пам - ти, с первого выхода которого этот сигнал (1 или О) через первый элемент группы элементов ИЛИ 12 фиксирует старший разр д ЦАП 13 в состо нии 1 или О.

Во втором такте уравновешивани  с третьего выхода блока 10 управлени  на вход управлени  формировате-   1 кодов поступает третий импульс и на выходе формировател  11 кодов происходит сдвиг единичного сигнала со второго выхода на третий. Этот единичный сигнал через второй элемент группы элементов ИЛИ 12 включа-1 ет второй (последующий младший) разр д ЦАП 13 и тем самым вызывает скач1 кообразное приращение амплитуды компенсирующего сигнала и«з. В зависимости от того, что U |з U или U 19 U, на выходе фазочувствитель- ного детектора 8 устанавливаетс  сигнал с логическим уровнем 1 или О, Затем с третьего выхода блока 10 управлени  на вход управлени  формировател  11 кодов поступает импульс, единичный сигнал с третьего выхода формировател  11 кодов передвигаетс  на четвертый,, откуда поступает на второй вход элемента группы элементов И 14 и разрешает запись выходного сигнала (1 или О) фазочувствитель ного детектора 8 во второй разр д регистра 15 пам ти, а следовательно, второй разр д ЦАП 13 фиксируетс  в

состо нии 1 или О и т.д.

Уравновешивание выходного сигнала феррозондового датчика 4 завершаетс  за га тактов, равных числу разр дов ЦАП 13е По окончании уравновешивани  код N на выходе регистра 15 пам ти соответствует амплитуде измер емого сигнала Т14 с погрешностью шага квантовани  . С выхода регистра 15 пам ти код Nx, поступает в блок вычислений. Также в блок 16 вычислений поступает сигнал с выхода триггера 9, индицирующий знак фазы сигнала И4 относительно сигнала возбуждени  U/.

После этого выполн етс  второй цикл измерени , в котором амплитуде сигнала U на втором выходе феррозондового датчика 4 преобразуетс  в цифровой эквивалент Ny , и определ етс  знак фазы этого сигнала относительно сигнала возбуждени . Дл  этого сигнал с первого выхода блока 10 управлени  поступает на вход управлени  коммутатора 5 и подключает второй выход феррозондового датчика 4 к сумматору 6, после чего устройство компаса работает аналогично первому циклу измерени . По окончании второго цикла измерени  логические сигналы с выходов регистра 15 пам ти и триггера 9 поступают в блок 16 вычислений,,

После завершени  первого и второго циклов измерени  на п том выходе блока 10 управлени  формируетс  импульс , который поступает на вход управлени  блока 16 вычислений и разрешает выполнение вычислений, В блоке 16 производитс  вычисление угловой величины рб между измерительной осью компаса и горизонтальной составл ющей Нт геомагнитного пол  в соответствии с зависимостью

oi arctg

«-J„-

arctg

NX, N

г

а логические значени  сигналов,поступивших со счетного триггера 9 в блок 16 дают информацию о квадранте расположени  вектора Н относительно1 измерительной оси компаса0

Генератор возбуждени , фазоинвер- тор, коммутаторы, феррозондовый датчик , сумматор, усилитель и фазочувст- вительный детектор используютс  дл  аналогово-измерительного преобразовани  Остальна  часть компаса (обве9156

денна  на чертеже пунктирной линией) выполн ет вычислительно-управл ющие функции (выполн ет вычислительную и логическую обработку сигналов).Поэтому эта часть компаса может быть выполнена на микропроцессорной элементной базе, что позвол ет сделать предлагаемый компас конструктивно простым и работающим с сигналами на низких уровн х мощностио Это в свою очередь дает1 возможность использовать компас в компактных автономных системах, например в морских зондах, где существенную роль играют габариты и потребл емые мощности от источника питани .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Феррозондовый компас, содержащий последовательно соединенные генератор возбуждени , феррозондовый датчик с кольцевым сердечником, обмоткой возбуждени  и измерительной обмоткой , усилитель, фазочувствитель- ный детектор и систему управлени  и преобразовани  информации, св занную с соответствующими блоками,причем второй выход генератора возбуждени  подключен к опорному входу фазочувст вительного детектора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, он снабжен последовательно соединенными фаз инвертором и первым коммутатором, через которые осуществлена св зь генератора возбуждени  с феррозондовым датчиком, и последовательно соединенным вторым

   7

   10

   коммутатором и сумматором, через ко-ч торые осуществлена св зь феррозондо- вого датчика с усилителем, система управлени  и преобразовани  информа- ции выполнена в виде блока управлени , счетного триггера и формирова

   5

   0

   S

   0

   5

   тел  кодов, подключенного соответствующими выходами через вторые входы элементов ИЛИ к цифровым входам циф- роаналогового преобразовател , а через вторые входы элементов И и регистр пам ти - к соответствующим входам блока вычислени , причем первый выхЪд блока управлени  св зан с управл ющим входом второго коммутатора, второй выход подключен к счетному входу счетного триггера, третий выход - к управл ющему входу формиро.ва-- тел  кодов, четвертый выход - к входом сброса регистра пам ти и формировател  кодов, а п тый выход соединен с управл ющим входом блока вычислени , выход фазочувствительного де тектора подключен к входу разрешени  счетного триггера и к первым входам элементов И, выход счетного триггера соединен с входом управлени  первого коммутатора и с соответствующим входом блока вычислени , вход опорного сигнала цифроаналогового преобразовател  св зан с вторым выходом генератора возбуждени , выход цифро- аналогового преобразовател  подключен к соответствующему входу сумматора , а выходы регистра пам ти соединены с первыми входами соответствующих элементов ИЛИ.