Вид РИД
Изобретение
Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в высокоширотных магнитных компасах, оборудованных устройствами дистанционной передачи информации о курсе.
Известны дистанционные магнитные компасы, содержащие корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, картушку с магнитным чувствительным элементом (далее - МЧЭ), установленную на опоре, индукционный преобразователь, размещенный в магнитном поле МЧЭ, девиационный прибор, содержащий компенсатор полукруговой девиации компаса, и электромеханическую дистанционную передачу, например, магнитные компасы "Сектор" ["Магнитные компасы", В.П. Кожухов, В.В. Воронов, В.В. Григорьев // М.: Транспорт, 1981, стр. 173-180] и КМ145-С ["Современные судовые магнитные компасы" Л.А. Кардашинский-Брауде // С-Пб.:, Изд. ГНЦ РФ ЦНИИ "Электроприбор", 1999, стр. 60-62]. К недостаткам способа измерения магнитного курса, реализуемого в этих компасах относится значительная систематическая погрешность δp их показаний на качке при работе в высоких широтах, вызванная действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма, выражаемой формулой ["Магнитно-компасное дело" Н.Ю. Рыбалтовский // Государственное издательство водного транспорта, Л., 1954, стр. 441]:
где h - высота картушки компаса над осью качаний судна;
- длина маятника с периодом колебания, соответствующим периоду колебаний судна;
i - угол поперечного крена судна;
θ - магнитное наклонение (угол между вертикальной и горизонтальной составляющей вектора магнитного поля Земли);
k - магнитный курс судна.
За прототип устройства, описанного в изобретении, принят компас КМ145-С.
Решаемая техническая проблема - разработка способа компенсации систематической погрешности δp компаса на качке (далее - погрешности δp), вызванной действием в плоскости диска картушки с МЧЭ проекции вертикальной составляющей земного магнетизма и совершенствование конструкции магнитного компаса (далее - компаса).
Технический результат - уменьшение погрешности магнитного компаса на качке, в том числе в высоких широтах.
Реализация предлагаемого способа и устройства достигается путем дополнительной установки на котелок магнитного компаса, закрепленного в кардановом подвесе, датчика угловой скорости (далее - ДУС) с вертикальной осью чувствительности, что способствует выработке мгновенных значений магнитного курса путем интегрирования сигнала ДУС, свободного от погрешности δp., а затем и сигнала погрешности δp компаса на качке. Указанный сигнал погрешности δp. определяется как разница мгновенных значений магнитного курса, полученных от датчика магнитного курса компаса, и выработанных путем преобразований мгновенных значений результатов измерений ДУС. Для достижения технического результата полученное значение погрешности δp вычитается из результатов измерений датчика магнитного курса магнитного компаса (далее - ДМК) и передается на выносной индикатор.
На фиг. 1 показана блок - схема выработки измерительных сигналов и их обработки в вычислительном устройстве, работающем на основе предлагаемого способа.
Предлагаемый способ заключается в следующем:
1. Выработка с помощью ДМК сигнала о мгновенных значениях курса в горизонтной системе координат, состоящего из магнитного курса Км, угла рыскания γp, и погрешности δp.
2. Выработка с помощью ДУС с вертикальной осью чувствительности, установленного в горизонтной системе координат на котелке компаса, сигнала угловой скорости изменения курса, состоящего из угловых скоростей изменения курса и рыскания , а также погрешности ДУС, характеризуемой его дрейфом. Указанное мгновенное значение сигнала угловой скорости вырабатывается с коэффициентом передачи КДУС.
3. Интегрирование сигнала ДУС с постоянной времени Т1 и формирование на выходе интегратора сигнала, состоящего из магнитного курса Км, угла рыскания γp, и постоянного значения погрешности ΔДУС.. При выполнении вычислений значение Т1 выбирается исходя из задачи исключения погрешности от скорости дрейфа .
4. Вычисление разности между выходными сигналами ДМК и интегратора с целью формирования сигнала, состоящего из погрешности δp и погрешности ΔДУС.
5. Фильтрация значения погрешности ΔДУС с помощью фильтра высоких частот производится с постоянной времени T2, величина которой принимается больше периода качки.
Коэффициенты K1 и K2 выбираются исходя из масштабных коэффициентов ДМК и ДУС, p - оператор дифференцирования.
1 - интегратор, 2 - фильтр высоких частот
6. Исключение из измеряемых мгновенных значений магнитного курса погрешности δp производится путем вычисления разности между выходным сигналом ДМК и сигналом с выхода фильтра высоких частот, пропорциональным погрешности δp. Передача откорректированного значения магнитного курса выполняется на выносной индикатор.
Предлагаемое для реализации способа устройство содержит: датчик магнитного курса, установленный в котелке магнитного компаса, закрепленном к нактоузу с помощью двухстепенного карданного подвеса, и выносной индикатор с вычислительным устройством. При этом ДМК включает картушку с МЧЭ и преобразователь курсовой для выработки электрического сигнала о курсе. На котелке компаса установлен ДУС с вертикальной осью чувствительности.
Устройство работает следующим образом:
ДМК вырабатывает сигнал мгновенного значения магнитного курса, состоящий из магнитного курса Км, угла рыскания γp и погрешности от проекции вертикальной составляющей земного магнетизма δp., который подается на вход вычислительного устройства. ДУС с вертикальной осью чувствительности, установленный на котелке компаса, вырабатывает сигнал, пропорциональный угловой скорости изменения курса и рыскания с погрешностью и коэффициентом передачи КДУС, который также подается на вход вычислительного устройства. В вычислительном устройстве сигнал ДУС интегрируется и формируется сигнал, пропорциональный сумме значений KM+γp+ΔДУС, который вычитается из сигнала ДМК. Оставшееся значение δp+ΔДУС подается на вход фильтра высоких частот, с выхода которого формируется сигнал, пропорциональный погрешности δp. Полученный сигнал погрешности δp вычитается из сигнала ДМК и подается на выносной индикатор.
Полученные на основе компьютерного моделирования результаты подтверждают возможность корректировки результатов измерений мгновенного значения магнитного курса за счет компенсации в нем погрешности от вертикальной составляющей земного магнетизма, возникающей на качке, не менее чем в десять раз, что позволяет использовать магнитный компас при плавании судов до 84° северной широты. Таким образом, заявленный технический результат достигнут. В настоящее время изготавливается опытный образец компаса.