SU900113A1

SU900113A1 - Digital compass

Info

Publication number: SU900113A1
Application number: SU802928129A
Authority: SU
Inventors: Николай Андреевич Ярославцев; Александр Сергеевич Овчаров; Валерий Павлович Диденко
Original assignee: Южное Производственное Объединение По Морским Геологоразведочным Работам
Priority date: 1980-05-22
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1982-01-23

Description

Изобретение относится к навигационным приборам, в частности к электронным цифровым компасам, и используется в качестве курсоуказателя или преобразователя градусной меры в радианную в бортовых навигационных вычислительных компасах.The invention relates to navigation devices, in particular to electronic digital compasses, and is used as a direction indicator or converter of degree measure to radian in on-board navigation computing compasses.

Известей цифровой компас, используемый в качестве курсоуказателя, содержащий генератор, магниточувствительный датчик, выполненный на эле- ’ ментах Холла, горизонтально расположенный в карданном подвесе, фазовращатель, сумматор, формирователи остроконечных импульсов, преобразователь фаза-интервал и счетчик с выходом на ¹индикатор.Lime digital compass used as a direction indicator, containing a generator, a magnetosensitive sensor, made on Hall elements, horizontally located in a gimbal, a phase shifter, an adder, pointed pulse shapers, a phase-interval converter and a counter with an output of ¹ indicator.

В этом компасе сигнал с генератора поступает на один из элементов датчика непосредственно, а на другой через фазовращатель, фазовый сдвиг которого - 90°. Сигналы с элементов датчика поступают на вход сумматора, а с выхода сумматора снимается сигнал, амплитуда которого постоянна, а фаза, по отношению к сигналу возбуждения’ датчика, пропорциональна угловому перемещению датчика. Сигналы с выходов сумматора и генератора, каждый через свой формирователь остроконечных импульсов, поступают на входы преобразователя фаза-интервал, а с.его выхода снимается сигнал, длительность которого пропорциональна угловому перемещению датчика. Затем сигнал с преобразователя поступает в счетчик, в котором он кодируется и пересчитывается в число импульсов, пропорциональное угловому перемещению датчика [i]. Недостатком компаса является от-, сутствие возможности представления информации в угловой мере.In this compass, the signal from the generator goes directly to one of the sensor elements, and to the other through a phase shifter, the phase shift of which is 90 °. The signals from the sensor elements are fed to the input of the adder, and a signal is output from the adder, the amplitude of which is constant, and the phase, in relation to the excitation signal ’of the sensor, is proportional to the angular displacement of the sensor. The signals from the outputs of the adder and generator, each through its own generator of pointed pulses, are fed to the inputs of the phase-interval converter, and from this output a signal is taken, the duration of which is proportional to the angular displacement of the sensor. Then the signal from the converter enters the counter, in which it is encoded and converted into the number of pulses proportional to the angular displacement of the sensor [i]. The disadvantage of the compass is the lack of the ability to present information in an angular measure.

Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является цифровой компас, содержащий генератор, магниточувствительный датчик, фазовращатель, сумматор, формирователи импульсов, преобразователь фаза-интерClosest to the proposed technical solution is a digital compass containing a generator, a magnetosensitive sensor, a phase shifter, an adder, pulse shapers, a phase-inter converter

90011 вал и счетчик. Выходы генератора и сумматора через формирователи импульсов и введенные в устройство ячейки И и ИЛИ подключены ко входу сброса в ноль счетчика, причем ко второму вхо- $ ду ячейки ИЛИ подключен блок управления [ 2 ].90011 shaft and counter. The outputs of the generator and adder through pulse shapers and the AND and OR cells entered into the device are connected to the reset input to the counter zero, and the control unit is connected to the second input of the OR cell [2].

Недостатком компаса является невозможность осуществлять измерения полного угла поворота в любой необходимой Ю системе.The disadvantage of the compass is the inability to measure the full angle of rotation in any necessary Yu system.

Цель изобретения - обеспечение возможности измерения углового перемещения .магниточувствительного датчика в заданной угловой мере.The purpose of the invention is the ability to measure the angular displacement of a magnetically sensitive sensor in a given angular measure.

Поставленная цель достигается тем, что цифровой компас, содержащий генератор, магниточувствительный датчик, фазовращатель, сумматор, преобразователь, два формирователя остроконечных₂₀импульсов, счетчик и блок управления, снабжен делителем, формирователем последовательностей импульсов, фильтром и блоком памяти, причем выход генератора связан с входом формирователе последовательностей импульсов, связан с первым входом делителя и со вторым входом счетчика, выход делителя через фильтр связан с входом магниточувствительного датчика и первым входом второго формирователя остроконечных импульсов, выход которого связан с вторым входом преобразователя, первый выход формирователя последовательностей импульсов связан с вторым входом второго формирователя остроконечных импульсов, второй и третий выходы связаны с первым и вторым входами первого формирователя остроконечных импульсов, первый выход первого формирователя остроконечных импульсов· подсоединен к первому входу преобразователя, выход которого подключен к первому . входу счетчика, второй выход магниточувствительного датчика через первый вход сумматора связан с третьим выхо-⁴$ дом первого формирователя остроконечных импульсов, а первый выход связан через фазовращатель с вторым входом сумматора, при этом первый выход блока управления связан с вторым входом де-⁵⁰лителя, а второй выход связан с третьим входом блока памяти, к двум другим входам которого подключены выход счетчика и второй выход первого формирователя остроконечных импульсов. ⁵⁵На фиг. 1 представлена блок-схема цифрового компаса, на фиг, 2 - временные диаграммы.This goal is achieved in that the digital compass containing a generator, a magnetosensitive sensor, a phase shifter, an adder, a converter, two spiky ₂₀ pulse shapers, a counter and a control unit, is equipped with a divider, a pulse shaper, a filter and a memory unit, and the generator output is connected to the input pulse train, connected to the first input of the divider and to the second input of the counter, the output of the divider through a filter connected to the input of the magnetosensitive sensor and the first input of the second spiky pulse generator, the output of which is connected to the second input of the converter, the first output of the pulse shaper is connected to the second input of the second spiky pulse generator, the second and third outputs are connected to the first and second inputs of the first spiky pulse generator, the first output of the first spiky pulse generator · Connected to the first input of the converter, the output of which is connected to the first. input of the counter, the second magnetosensitive sensor output via the first adder input connected to the third The yields ⁴ $ house first needle pulse shaper, and the first output is connected via a phase shifter to a second input of the adder, wherein the first control unit output is connected to a second input ⁵⁰ de divisor, and the second output is connected to the third input of the memory unit, the counter output and the second output of the first spiky pulse generator are connected to two other inputs of which. ⁵⁵ In FIG. 1 is a block diagram of a digital compass; FIG. 2 is a timing chart.

44

Компас содержит генератор I импульсов, делитель 2 с переменным коэффициентом деления, фильтр 3 магниточувствительный датчик 4, выполненный на элементах Холла, фазовращатель 5, сумматор 6, формирователь 7 последовательностей импульсов, два формирователя остроконечных импульсов 8 и 9, преобразователь 10 фаза-интервал, счетчик 11, блок 12 памяти, блок 13 управления.The compass contains a pulse generator I, a divider 2 with a variable division coefficient, a filter 3 a magnetosensitive sensor 4 made on Hall elements, a phase shifter 5, an adder 6, a pulse train 7, two sharp pulse shapers 8 and 9, a phase-interval converter 10, a counter 11, a memory unit 12, a control unit 13.

. Электрическая схема компаса работает следующим образом.. The electrical circuit of the compass operates as follows.

С выхода генератора 1 на вход делителя 2, формирователя 7 последовательностей импульсов и на вход С счетчика 11 поступает последовательность прямоугольных импульсов частоты F_o. Блок 13 управления задает делителию коэффициент деления необходимый в данный момент времени, где N - основание системы счисления полного угла поворота (градусы, радианы и т.д.); 1=1; П-порядковый номер основания системы счисления. Сигнал с частотой из делителя 2 поступает на фильтр 3,¹где происходит преобразование прямоугольной формы сигнала в синусоидальную .From the output of the generator 1 to the input of the divider 2, the shaper 7 of the pulse sequences and the input From the counter 11 receives a sequence of rectangular pulses of frequency F _o . The control unit 13 sets the divider the division coefficient necessary at the given moment in time, where N is the base of the number system of the total angle of rotation (degrees, radians, etc.); 1 = 1; P-serial number of the base of the number system. A signal with a frequency from divider 2 is fed to filter 3, ¹ where the rectangular shape of the signal is converted to sinusoidal.

Сигнал с фильтра 3 поступает на вход магниточувствительного датчика 4, который горизонтально расположен в кардановом подвесе и выполнен в виде двух ортогонально установленных элементах Холла. С одного из этих элементов электрический сигнал поступает на сумматор 6 непосредственно, а с другого - через фазовращатель 5. С выхода сумматора снимается сигнал, амплитуда которого постоянная, а фаза, по отношению к сигналу с фильтра 3, пропорциональна угловому перемещению датчика относительно горизонтальной составляющей магнитного поля Земли.The signal from the filter 3 is fed to the input of the magnetically sensitive sensor 4, which is horizontally located in the gimbal and made in the form of two orthogonally installed Hall elements. From one of these elements, the electric signal enters the adder 6 directly, and from the other through the phase shifter 5. A signal is output from the adder, the amplitude of which is constant, and the phase, in relation to the signal from filter 3, is proportional to the angular displacement of the sensor relative to the horizontal component of the magnetic fields of the earth.

Синусоидальные сигналы с фильтра и сумматора 6 (фиг. 2, поз. 14 иSinusoidal signals from the filter and adder 6 (Fig. 2, item 14 and

I5) поступают на формирователи остроконечных импульсов 8 и 9, на другие входы которых с формирователя 7 последовательностей импульсов.поступают три последовательности импульсов (фиг. 2, поз. 16-18), сдвинутые относительно друг друга по фазе.I5) are supplied to pointed pulse shapers 8 and 9, to the other inputs of which are from pulse shaper 7. Three pulse sequences arrive (Fig. 2, pos. 16-18), which are shifted relative to each other in phase.

С формирователей 8 и 9 выходят три последовательности остроконечных импульсов, фронты которых привязаны к моментам перехода входного синусоидального сигнала через нуле9001 И вой уровень в положительном направлении (фиг. 2, поз. 19-21). Причем две такие последовательности (фиг. 2 поз. 19 и 20) поступают на входы преобразователя 10 фаза-интервал, а тре- j тья - на управляющий вход блока 12 памяти, тем самьги разрешая запись измеренной величины.From the shapers 8 and 9, three sequences of pointed pulses come out, the edges of which are tied to the moments of transition of the input sinusoidal signal through zero 9001 And the howl in the positive direction (Fig. 2, pos. 19-21). Moreover, two such sequences (Fig. 2, items 19 and 20) are fed to the inputs of the phase-to-interval converter 10, and the third to the control input of the memory unit 12, thereby allowing the recording of the measured value.

С преобразователя 10 фаза-интервал сигнал, представляющий собой им- 10 пульсную последовательность с частотой и длительностью импульса, равной разности фаз сигнала с фильтра 3 и сумматора 6 (фиг. 2, поз. .22), поступает на обнуляющий вход R счет- 15 чика 11, на счетный вход С которого приходит последовательность генератора с частотой F_o. За время длительности импульса преобразователя 10 фаза-интервал (фиг. 2 поз. 22), счетчик20 11 производит подсчет импульсов генератора, тем самьн осуществляет преобразование число-импульсного кода в необходимый информационный кс?д, кото1рый поступает на вход блока 12 памя- & ти и заполняется в моменты действия разрешающего импульса (фиг. 2, поз. 21) т. е. перед приходом заднего фронта импульса преобразователя фаза-интер|Вал. 30 ’ Отсчет углового перемещения датчика в необходимой системе счета возможен благодаря выбору коэффициента деления делителя 2, который задается блоком 13 управления. 3JFrom the phase-to-interval converter 10, a signal representing a pulse sequence with a frequency and pulse duration equal to the phase difference of the signal from filter 3 and adder 6 (Fig. 2, pos. 22) is fed to the resetting input R count-15 Chica 11, to the counting input From which comes the sequence of the generator with a frequency F _o . During the pulse duration of the converter 10 phase-to-interval (Fig. 2 pos. 22), the counter 20 11 calculates the pulses of the generator, thereby converting the number-pulse code into the necessary information qs, which is fed to the input of the memory unit 12 & and is filled at the moments of the action of the resolving pulse (Fig. 2, pos. 21), that is, before the arrival of the trailing edge of the pulse of the phase-to-inter | Val converter. 30 'The counting of the angular displacement of the sensor in the necessary counting system is possible due to the choice of the division ratio of the divider 2, which is set by the control unit 13. 3J

Частота генератора определяется из условия max N · ^Fo * Ϋ ~Т— - « где F^, — рабочая частота магниточувствительного датчика.The frequency of the generator is determined from the condition max N · ^F o * Ϋ ~ T— - “where F ^, is the working frequency of the magnetosensitive sensor.

Остроконечные импульсы, сформированные в моменты перехода сигналов с ⁴³фильтра 3 и сумматора 6 в положительном направлении, привязаны к двум последовательностям остроконечных импульсов с разными фазами. Это приводит к устранению эффекта наложения импульсов друг на друга при малых углах изменения курса и следовательно повышает точность отчета.Spiky pulses generated at the moments of transition of signals from ⁴³ filter 3 and adder 6 in the positive direction are tied to two sequences of spiky pulses with different phases. This leads to the elimination of the effect of imposing pulses on each other at small angles of change of course and therefore increases the accuracy of the report.

Claims

The invention relates to navigation devices, in particular, to electronic digital compasses, and is used as a course indicator or converter of degrees in radians in onboard navigation computational compasses. A digital compass, used as a heading indicator, is known. It contains a generator, a magnetically sensitive sensor made on the Hall slots, horizontally located in a gimbal suspension, a phase shifter, an adder, sharpened 1shpulsov converters, a phase-to-width converter and a counter with an indicator output. In this compass, the signal from the generator goes to one of the sensor elements directly, and to the other through the phase shifter, whose phase shift is 90. The signals from the sensor elements arrive at the input of the adder, and from the output of the adder the signal is amplified, with respect to the sensor excitation signal, is proportional to the angular displacement of the sensor. The signals from the outputs of the adder and the generator, (via the driver of sharp-pointed pulses, arrive at the inputs of the phase-interval converter, and from its output a signal is output, the duration of which is proportional to the angular displacement of the sensor. Then the signal from the converter enters the counter in which it is coded and recalculated into the number of pulses proportional to the angular displacement of the sensor fi 3 The disadvantage of the compass is the lack of the possibility of presenting information in the angular measure. My technical solution is a digital compass containing a generator, a magnetically sensitive sensor, a phase shifter, an adder, pulse drivers, a phase-to-converter, and a counter. The generator and accumulator outputs through pulse drivers and input cells into the device reset to zero the counter, and to the second block of the cell OR the control unit 2 is connected. The disadvantage of a compass is not possible. it is possible to measure the total angle of rotation in any desired system. The purpose of the invention is to make it possible to measure the angular displacement of a magnetically sensitive sensor in a given angular measure. The goal is achieved by the fact that a digital compass containing a generator, a magnetically sensitive sensor, a phase shifter, an adder, a transducer, two pointed pulse shapers, a counter and a control unit is equipped with a divider, pulse sequence shaper, a filter and a memory block, and the generator output is connected with the input of the pulse trainer, connected to the first input of the divider and, with the second input of the counter, the output of the divider through the filter is connected with the input of the magnetically sensitive sensor and The first input of the second pointed pulse shaper, the output of which is connected to the second input of the converter, the first output of the shaper sequence generator is connected to the second input of the second shaper pulse former, the second and third outputs are connected to the first and second inputs of the first sharp tip pulse former, the first output The first generator of pointed pulses is connected to the first input of the converter, the output of which is connected to the first one. the counter output, the second output of the magnetically sensitive sensor through the first input of the adder is connected to the third output of the first shaper of the pulses, and the first output is connected through the phase shifter to the second input of the adder, the first output of the control unit is connected to the second divider input, and the second output connected to the third input of the memory unit, to the other two inputs of which the output of the counter and the second output of the first shaper pulse generator are connected. FIG. I is a block diagram of a digital compass; FIG. 2 is a timing diagram. The compass contains a generator of I pulses, a divider 2 with variable dividing coefficient, a filter 3 a magnetically sensitive sensor 4 made on Hall elements, a phase shifter 5, a total of 5 6, a driver of 7 pulse sequences, two formers of sharp-pointed pulses 8 and 9, a converter 10 phase-interval, a counter II, memory unit 12, control unit 13. The electric circuit of the compass works as follows. From the output of the generator 1 to the input of the divider 2, the driver of the 7 pulse sequences and to the input C of the counter M, a sequence of square pulses of the frequency FP is received. The control unit 13 sets the division factor 2; the division factor N; j is the required 8 given moment of time, where N is the basis of the system of calculating the total angle of rotation (degrees, radians, etc.); p-serial number base number. The signal with frequency from divider 2 is fed to filter 3, where the rectangular waveform is converted into a sinusoidal one. . The signal from filter 3 is fed to the input of the magnetosensitive sensor 4, which is horizontally located in the gimbal suspension and is made in the form of two orthogonal Hall elements. From one of these elements, the electrical signal is fed to the adder 6 directly, and from the other through the phase shifter 5. From the output of the adder, the signal is removed, the amplitude of which is constant, and the phase relative to the signal from filter 3 is proportional to the angular displacement of the sensor Earth’s magnetic field. Sinusoidal signals from filter 3 and adder 6 (Fig. 2, pos. 14 and 15) are sent to shapers of cuspidal pulses 8 and 9, to the other inputs of which from a generator of 7 pulse sequences. Three sequences of pulses arrive (Fig. 2, pos. 16-18), shifted relative to each other in phase. Formers 8 and 9, three sequences of pointed pulses emerge, the fronts of which are tied to the moments when the input sinusoidal signal passes through zero:; 59 level in the positive direction (Fig. 2, pos. 19-21). Moreover, two such sequences (Fig. 2, pos. 19 and 20) are fed to the inputs of the converter 10 phase-interval, and the third to the control unit 12 of the memory, thereby allowing the recording of the measured value. From the converter 10, the phase-interval signal, which is a pulse sequence with a pulse duration frequency equal to the phase of the signal from the filter 3 and the adder 6 (Fig. 2, posi. 22), goes to the input R of the counter 11, and counts input From which comes the sequence of the generator with a frequency of Rd. During the pulse duration of the converter 10 fa for-interval (Fig. 2, pos. 22J, counters II, it performs counting of the generator's pulses, thus converting the number-pulse code into the necessary information, which is fed to the input of the memory block 12 and is filled at the moments of the action of the permissive pulse (Fig. 2, pos. i.e. before the arrival of the trailing edge of the transducer phase-inter | shaft. The counting of the angular displacement of the sensor in the necessary counting system is possible by choosing the division ratio of divider 2, whichIt is determined by the control unit 13. The generator frequency is determined by the condition max NFO - f. --- J / where Rl is the working frequency of the magnetically sensitive sensor. The pointed pulses generated at the moments of transition of signals from the filter 3 and the adder 6 in the positive direction, They are applied to two sequences of sharp-pointed pulses with different phases, which leads to the reduction of the effect of superimposing of pulses on each other at small angles of change of course and, therefore, increases the accuracy of the report. A digital compass comprising a generator, a magnetically sensitive sensor, a phase shifter, an adder, a transducer, two pointed pulse formers, a counter and a control unit, characterized in that in order to make it possible to measure the angular displacement of the magnetically sensitive sensor in a given angular measure, the digital compass equipped with a divider, a pulse trainer, a filter, and a memory unit, the generator output being connected to the input of the pulse trainer With the first input of the divider and with the second input of the counter, the output of the divider through the filter is connected to the input of the magnetically sensitive sensor and the first input of the second shaper pulse generator, the output of which is connected to the second input of the converter, the first output of the shaper of the pulse trainer jC by the second input of the second shaper pulse generator, the second and third outputs are connected with the pea and the second inputs of the first sharp pulse generator, the first output of the first shaper pulse generator pulses are connected to the first input of the converter, the output of which is connected to the first input of the counter, the second output of the magnetically sensitive sensor through the first input of the adder is connected to the third input of the first shaper pulse generator, and the first output is connected through the phase shifter to the second input of the adder, the first output of the block the control is connected to the second input of the divider, and the second output is connected to the third input of the memory unit, the output of the counter and the second output of the first driver are connected to two other inputs strokonechnyh pulses. Sources of information taken into account in the examination 1. US patent number 3197880, cl. 33-204, 1965.

2. The author's certificate of the USSR 581371, cl. G 01 C 17/32, 26.11.75 (prototype).

AND

V / vy / l /