Чувствительный элемент электронного компаса

 

Применение фотоэлектронного умножителя Б качестве чувствительнотю элемента электроннохх) компаса

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1030652

g(5g G 01 С 17/32

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHGMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3417924/18-10 (22) 07.04.82 (46) 23.07.83. Бюл. No 27 (72) М. Н. Кайгородов (71) Морской гидрофизический институт АН Украинской CCP (53) 538.74 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 836521, кл. G 01 С 17/30, 1980.

2. Фридлендер Г, О, и др. ПилотажI ные манометрические приборы, компасы и автоштурманы. М., Оборонгиа, 1В53, с. 237-241.

3. Большая Советская Энпиклопедия, 1977, т. 27, с, 606, (54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ

ЭЛЕКТРОННОГО КОМПАСА. (57) Применение фотоэлектронного умножителя в качестве чувствительного элемента электронного компаса.! 1030652 2

Изобретение относится к приборострсьению, конкретнее к устройствам для определения направления магнитного оля Земли, и может быть использовано в погружаемой ашюратуре при океанографических и лимнологических исследованиях, а также в аппаратуре наземного использования.

Известны устройства для определения направления магнитного и геогра- 10 фического полюсов Земли, используемые в целях навигации, ориентирования на местности, при геологоразведочных ра:-ьработках, геомагнитных съемках и т,д, В этих устройствах чувствительными элементами служат магнитные стержни, электромагниты, гониометры, датчики

Холле, изотопные, феррозонцовые, электронные и другие датчики, а также всевозможные разновидности гироскопических систем. Примерами таких устройera могут служить электромагнитный компас с ферроэондом кольцевого типа и электронный дистанционный компас, в котором в качестве чувствительного д элемента используется малогабаритная электронно-лучевая трубка, установпенная на кардановом подвесе, связанном с транспортным средством.

Принцип работы такого компаса ос- нован на свойстве электронного пучя трубки отклоняться от вертикали в за падном направлении под воздействием магнитного поля Земли 51),(2)и (3) .

ИВ1е коасы с суще ву шими 3 типами чувствительных элементов оказываются конструктивно громоздкими, имеют сложные электрические схемъ1, их показанияя отягощены погрешностями, обусловленными влиянием вертикаль-4 > ной составляюшей магнитного поля

Земли. Все это затрудняет возможность использования электронного компаса в океанографической аппаратуре, работающей, как правило, в экстре- 4 мальных условиях. рамку 10.

15 Возбуждающий источник 2 света вы. Белью изобретения является упрощение конструкции и схемы электронного компаса, его кинеьатической и электронной схем и повышение точности показаний.

Поставленная цель достигается применением фотоэлектронного ужожите и в качестве чувствительного элемента электронного компаса. 55

На фиг. 1 схематически изображен адин из возможных вариантов выполнения электронного дистанционного компаса с фотоэлектронным умложителем; на фиг. 2 - амплитудная характеристика фотоумножителя в полярной системе координат, Электронный дистанционный компас содержит фотоумножитель 1 с делителем напряжения (не показан), возбуждающий источник 2 света, аналоговый преобразователь 3, борт-индикатор 4, карнаново кольцо 5 и следящую систему, включаюшую B себя нульорган 6, балансный усилитель 7, исполнительный двигатель 8, редуктор 9 и следяшую полнен в виде таблетки из светосостава постоянного свечения и расположен вблизи фотокатода фотоумножителя 1.

Фотоумножитель 1 с делителем налряжения и таблетка могут быть заключены в единый электростатический экран, установленный на кардановом кольце 5, На электроды фотоумножителя 1 (и на другие блоки устройства) подается напряжение от источника питания, выполненного в виде отдельного блока (не показан) °

Анод фсагоумножителя 1 соединен с одним из входов нуль-органа 6, выход которого подключен к входу балансного усилителя 7. На второй вход (не пока зан) нуль-органа 6 подается стандартное напряжение (Е ) от источника питания, Нуль-орган 6 служит для сравнения напряжения на выходе фотоумножителя 1 со стандартным налряжением и получения. разностного сигнала (сигнала рассогласования), Балансный усилитель 7 электрически связан с исполнительным двигателем 8, в качестве которого выбирается двигатель постоянного тока, например типа ДПМ.

Редуктор 9 предназначен для кинематической связи исполнительного двигателя 8 со следящей рамкой 10 и аналоговым преобразователем 3.

Аналоговый преобразователь 3 служит для определения угла y между базовой осью Е, фотоумножителя 1 и продольной осью Т транспортного средства, на котором установлен компас, и преобразования величины угла в электрический сигнал. Выход преобразователя 3 подключен к борт»индикатору 4

Следящая рамка 10 дизстко связана с одной из ведомых шестерен 9 и имеет оси, на которых установлено карданова кольцо 5, Рамка 10, карданово кольцо 5

3 10;306 и электростатический экран фотоумножителяля 1 образуют кардановый подвес, предназначенный для пространственной стабилизации геометрической оси чувствительного элемента компаса. 5

Фотоумножитель как чувствительный элемент компаса работает следующим образом, Первичные электроны, выбитые из фотокатода умножителя 1 под действием 1о воэбуждаюшего источника 2 света и усиленные и -каскадами за счет напряжения на делителе фотоумножителя и явления вторичной эмиссии, собираются анодом, создавая на нем напряжение сигнала.

Характер траектории электронов, определяемый конфигурацией ускоряюшего электрического поля, создаваемого элек родами фотоумножителя, в значительной мере подвержен воздействию внешних магнитных полей. Геометрия электродов такова, что при одном положении их относительно вектора напряженности магнитного поля фокусирующее действие электродов минимально, а при пиаметраль- д5 но противоположном - достигает максимального значения. В соответствии с этим напряжение сигнала на выходе фотоумножителя при вращении его вокруг вертикальн:й оси (совпадаюшей с его геометрической осью) относительно магнитного поля меняется от некоторой минимальной величины до максимальной.

Эти изменения могут оказаться наиболее значительными, если фотоумножи35 тель питать пониженным напряжением.

При подаче на компас питающего напряжения на выходе фотоумножителя 1 появляется напряжение сигнала (Е ), которое поступает на вход нуль-органа 6,40 где оно сравнивается со стандартным (Е ). Если напряжение сигнала не равcT но стандартному (Е Е .„), то на выходе нуль-органа 6 появляется сигнал рассогласования Id E I = Е . - Е.

Усиленный балансным усилителем си нал рассогласования приводит в действие исполнительный двигатель 8, который посредством редуктора 9, следящей рамки 10 и карданового кольца 5 поворачивает чувствительный элемент до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе нуль-органа 6 не станет равным нулю, т.е. пока не наступит баланс напряжения: Е т= Eo . Это соответствует случаю, когда базовая ось фотоумно- 55 жителя (Ео занимает crpore определенное положение относительно направления на магнитный полюс Земли Я. Угол aL52 4 между базовой осью фотоумножителя E и направлением магнитного полюса N поотоянен и определяется при калибровке компаса. Положение базовой оси фотоумножителя Е выбирается по его амплнтудной характеристике из условия получе1ния наибольшей разрешающей способности компаса путем задания определенного режима работы нуль-органа 6. Курсовой угол транспортного средства р представляющий собой разность углов и Д-(P=g- о4, выделяется и преобразуется преобразователем 3 в электрический аналог, который затем поступает на борт-индикатор 4.

Информация о положении продольной оси транспортного средства относительно сторон света может передаваться на бор индикатор 4 как по кабельной линии связи, так и гидроакустическим каналом. При работе в автономном режиме эта информация может регистрироваться непосредственно на транспортном средстве, Для экономии технического ресурса и электроэнергии компас может работать в режиме "Запрос - ответ" или по заданной программе.

Поскольку фотоумножи гель безынерционен, время отслеживания направления целиком определяется быстродействием исполнительного двигателя и редуктором, Хотя баланс напряжений (Е =Е )

CT 0 может имечь место в одном из двух положений базовой оси фотоумножителя, проходящей либо через точку а, либо через точку В, устойчивым направлением является лишь одно, второе положение не неустойчиво. Устойчивое положение равновесия рабочей точки (E ) на ампли» тудной характеристике определяется полярностью включения исполнительного двигателя к выходу балансного усилителя.

Чувствительность компаса определяется чувствител ностью фотоумножителя, При соответствующем подборе образца фотоумножителя, режима его питания, усиления и мощности возбуждающего источника света можно добиться высокой чувствительности . Отклонение геометрической оси фотоумножителя от вертикали в пределах о

5-10 не оказывает заметного влияния на величину его выходного сигнала, что определяется конструктивными особен- . ностями электродной системы фотоумножи» теля. Значительный уровень выходного . напряжения (до нескольких вольт) сокрашает количество каскадов усиления, а следовательно, ограничивает накопле»

1030652

Составитель Ю. Ферштман

Редактор Н. Лазаренко Техред С.Мигунова Корректор А. Повх

Заказ 5190/41 Тираж 602 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ние погрешностей измерения на этапах преобразования аналога и влияние собственных шумов фсггоумножителя, Достаточно высокая точность указания направления, возможность передачи данных на большие расстояния, простота и компактность конструкции обеспечивают высокую эксплуатационную надежность предлагаемого элемента при работе его в аппаратуре различного назначе> ния в лабораторных и экстремальных поле= вых условиях.