Индукционные компасы

Индукционный метод определения направления магнитного поля земли позволяет обойтись без картушки с ее магнитной системой. Для пояснения идеи индукционного метода рассмотрим индукционный элемент (рис.14.11), состоящий из двух пермаллоевых стержней 1, на которые намотаны подмагничивающая обмотка 2 и сигнальная обмотка 3. Подмагничивающие обмотки охватывают каждый стержень и соединены последовательно, а сигнальная обмотка охватывает оба стержня. Если стержни находятся в горизонтальной плоскости, то горизонтальная составляющая поля земли Н будет создавать в стержнях магнитный поток Ф, величина которого зависит от положения осей стержней по отношению к вектору напряженности. магнитного поля земли. Поток Ф, постоянный по величине, не может наводить Э.Д.С. в сигнальной обмотке 3.

 

Рис. 13.11. Схема индукционного элемента:

1—стержень из пермаллоя; 2—подмагничивающая обмотка; 3—сигнальная обмотка

Для того чтобы поток Фнаводил в сигнальной обмотке пропорциональную ему э.д.с., необходимо осуществить изменение потока путем изменения магнитной проницаемости стержней. Для этого подмагничивающую обмотку 2 питают переменным напряжением частоты f (например, 400 Гц). Поскольку сила тока в подмагничивающих обмотках дважды за период принимает максимальное значение, то магнитная проницаемость стержней за тот же период дважды становится максимальной и дважды минимальной, т. е. частота изменения проводимости в два раза больше частоты питающего напряжения.

Очевидно, поток Ф также будет меняться с двойной частотой. Магнитные потоки, создаваемые подмагничивающими обмотками 2 в стержнях 1, противоположны по направлению, а индуктируемые ими в сигнальной обмотке Э.Д.С.равные по величине и обратные по знаку, взаимно компенсируются. Магнитный поток Ф, обусловленный магнитным полем земли, будет модулироваться с частотой 2f, что приведет к появлению в сигнальной обмотке Э.Д.С. той же частоты 2f.

На рисунке 13.12 приведена принципиальная электрическая схема индукционного компаса.

 

 

Рис. 13.12. Принципиальная схема индукционного компаса:

1—чувствительный элемент; 2—статор сельсина; 3—ротор сельсина; 4—усилитель; 5—двигатель

 

Чувствительный элемент компаса 1 состоит из трех пар пермаллоевых стержней, расположенных под углами 60° друг к другу. Намагничивающие обмотки намотаны на каждый стержень и соединены последовательно, а сигнальные обмотки охватывают оба стержня, соединены в треугольник и связаны тремя проводами со статорными обмотками 2 сельсина-приемника. В однофазной роторной обмотке 3 сельсина наводится Э.Д.С.частотой 800 Гц, зависящая от положения датчика по отношению к направлению магнитных силовых линий поля земли. Если ось обмотки ротора сельсина совпадает с направлением магнитного поля, то Э.Д.С. будет отсутствовать.Наводимая в обмотке ротора сельсина э.д.с. усиливается в усилителе 4 и подается в двигатель 5, который поворачивает ротор в такое положение, чтобы э.д.с. равнялась нулю.

Сигналы индукционного датчика по трехпроводной линии поступают на сельсин-приемник. Индукционные компасы обычно применяются в сочетании с гирополукомпасами, являясь для последних корректирующими устройствами в азимуте.

Сигнал датчика курса в виде сигнала переменного тока частоты 800 Гц поступает в сельсин-приемник, затем с ротора сельсина снимается сигнал той же частоты 800 Гц, усиливается в усилителе, преобразуется в сигнал частотой 400 Гц, опять усиливается и затем поступает в управляющую обмотку двигателя (типа ДИД-0,5), который, поворачивает ротор сельсина-приемника в положение, согласованное с направлением магнитного поля земли. Кроме того, двигатель поворачивает щетки датчика потенциометра потенциометрической следящей системы, обеспечивая передачу информации о магнитном курсе в гироагрегат, вырабатывающий гироскопический курс.

Поступающий с ротора сельсина на вход усилителя сигнал содержит большое число гармоник, кратных основной частоте питания индукционного датчика 400 Гц. Объясняется это тем, что магнитная проницаемость стержней является нелинейной функцией питающего напряжения. Согласованное положение ротора сельсина с индукционным датчиком будет только тогда, когда вторая гармоника, т. е. напряжение с частотой 400 Гц, будет отсутствовать в сигнале ротора. Остальные гармоники этого сигнала не несут полезной информации и их следует отфильтровывать.

Амплитудно-частотная характеристика фильтра показана на рисунке 13.14, а.

 

 

 

 

Рис. 13.14. Амплитудно-частотные характеристики

фильтра (а) и предварительного каскада усиления (б)

 

 

Параметры фильтра выбраны из условия практически полного затухания на частоте 800 Гц. Из амплитудно-частотной характеристики предварительного каскада усиления (рис.13.14,б) видно, что на частоте 800 Гц коэффициент усиления наибольший.

Двигатель устанавливает ротор сельсина в положение, согласованное с положением датчика, и перемещает щетки потенциометра. Этот потенциометр образует вместе с двумя другими потенциометрами две потенциометрические следящие системы. Первая из них, служит для передачи корректирующих сигналов на гироагрегат, а вторая для воспроизведения показаний прибора.

Связь двигателя с потенциометром осуществляется через редуктор и лекальное устройство, служащее для коррекции инструментальных и методических погрешностей индукционного датчика.

Погрешности индукционного компаса при нормальных условиях не превышают ±1,5°.

 

13.6. Современные разработки магнитных компасов.

 

Разработка современных магнитных и индукционных компасов сводиться к проектированию и производству более точных, надежных, имеющих малые габариты и веса приборов. При их проектировании широко используется комплексирование магнитных и индукционных датчиков курса с датчиками работающими на других принципах, в часности: гироскопические, радиопеленгационные, астрокомпасы.

Примеры некоторых типов компасов приведены в Приложении.

 

Приложение

Система формирования курса «МК-КОМПАС»

 

 

Система предназначена для формирования и выдачи потребителям гиромагнитного, магнитного и истинного текущего курсов при работе с внешним датчиком гирополукомпасного или гироскопического курса.