Устройство для измерения магнитного склонения на море
Изобретение относится к области геофизики для измерения магнитного склонения в условиях морской магнитной съемки. Сущность изобретения: организуют одинаковую базу отсчета на корабле и в буксируемой немагнитной гондоле, относительно которой непрерывно определяют значение угла магнитного склонения. При этом устройство содержит буксируемую за кораблем при помощи кабеля немагнитную гондолу, феррозондовый магнитометр, кварцевый генератор с делителем частоты, дискриминатор нулевого уровня, два селектора, схему синхронизации, два формирователя импульсов, триггерное устройство управления, два счетчика, регистр памяти и блок ввода курса. Установленное в буксируемой немагнитной гондоле поворотное устройство включает в себя поворотный диск, узел фиксации датчика, шаговый двигатель с редуктором и схему управления. На поворотном диске установлен датчик феррозондового магнитометра, а диск осуществляет вращение в горизонтальной плоскости. В момент времени, когда датчик феррозондового магнитометра располагается перпендикулярно плоскости магнитного меридиана, фиксируется направление на магнитный меридиан, а направление на географический меридиан определяют на борту корабля при помощи судовой навигационной машины, путем осреднения измеренных значений курса корабля за определенной промежуток времени, осуществляемого при помощи блока ввода курса. 3 ил.
Изобретение относится к геофизике, предназначено для использования при измерении элементов земного магнетизма в процессе проведения морской магнитной съемки.
Известно устройство для измерения направления вектора магнитного поля Земли в буксируемой гондоле [1] содержащее немагнитную гондолу, буксируемую за кораблем при помощи кабеля, с размещенной в ней аппаратурой, включающей в себя феррозондовый магнитометр, сельсин, линии связи, синхронный двигатель, усилитель рассогласования, индикатор оси гондолы, кварцевый генератор с делителем частоты, дискриминатор нулевого уровня и селектор со схемой синхронизации и служащей для определения направления магнитного меридиана, а направление географического меридиана определяется на корабле, при помощи гирокомпаса. При этом измерение магнитного склонения сводится к измерению угловой разности между магнитным курсом в гондоле и направлением географического меридиана на корабле. Недостатком такого устройства является то, что в реальных условиях буксировки взаимное положение оси гондолы и курса корабля, принятое за базу отсчета, меняется и зависит от многих факторов, точный учет которых невозможен. Так, например, колебания оси гондолы, связанные с ее асимметрией, асимметрией закрепления буксировочного кабеля, могут достигать нескольких градусов. Известное устройство для измерения магнитного склонения [2] принятое за прототип, содержит буксируемую за кораблем немагнитную гондолу, феррозондовый магнитометр, линии связи, кварцевый генератор с делителем частоты, дискриминатор нулевого уровня, селектор со схемой синхронизации, два формирователя импульсов, триггер управления, счетчик с регистром памяти, регистратор, гирокомпас с репитером, включающим в себя сельсин-датчик и сельсин-приемник, на котором жестко закреплена катушка диска истинных курсов, два одинаковых поворотных устройства, каждое из которых включает поворотный диск, шаговый двигатель с редуктором и схемой управления. Первое поворотное устройство с закрепленным на нем датчиком феррозондового магнитометра установлено в буксируемой немагнитной гондоле, поворотный диск его закреплен в горизонтальной плоскости. Второе поворотное устройство с синхроконтактом, установленным на поворотном диске, закрепленном в вертикальной плоскости, находится на корабле, в непосредственной близости от одного из репитеров гирокомпаса, на картушке которого на румбе "0" (направление на север) закреплен второй синхроконтакт. Первое и второе поворотное устройство, при их равномерном и синхронном вращении с одинаковой постоянной угловой скоростью и в одном направлении, представляют собой базу углового отсчета на корабле и в буксируемой гондоле. При этом, в каждом цикле измерения величину угла магнитного склонения определяют непрерывно между моментами прохождения базой отсчета направления на географический меридиан на корабле и направления на магнитный меридиан в буксируемой немагнитной гондоле. Такое устройство предназначено для абсолютных измерений угла магнитного склонения. Однако для определения одного из реперных направлений, в частности, направления на географический меридиан, в этом устройстве используется система синхроконтактов, которые очень ненадежны и требуют достаточно скрупулезной регулировки. Этим синхроконтактам, как и всем типам механических контактов, присуще такое явление как "дребезг", который приводит, в процессе проведения работ, к некоторым "гистерезисным" явлениям срабатывания, что значительно увеличивает зону неопределенности срабатывания и тем самым ухудшает точность определения величины угла магнитного склонения. Устройство, содержащее буксируемую за кораблем при помощи кабеля немагнитную гондолу, электрически связанную с аппаратурой, установленной на корабле, и содержащую поворотное устройство, включающее в себя поворотный диск, шаговый двигатель с редуктором и схемой управления, причем электрический вход шагового двигателя соединен с выходом схемы управления, а на поворотном диске, установленном в горизонтальной плоскости, закреплен датчик феррозондового магнитометра, соединенный через дискриминатор нулевого уровня со входом первого формирователя импульсов, выход которого через линию связи кабеля соединен со входом аппаратуры, установленной на корабле, содержащей кварцевый генератор с делителем частоты, первый селектор, схему синхронизации, триггерное устройство управления, второй формирователь импульсов, первый счетчик, регистр памяти и регистратор, при этом выход блока ввода курса соединен с первым входом второго счетчика, выход которого через второй формирователь импульсов соединен с первым входом триггерного устройства управления, выход кварцевого генератора соединен с первым входом блока ввода курса, со входом схемы синхронизации и со входом делителя частоты, выход которого соединен с первым входом второго селектора, первым входом первого селектора и, через линию связи кабеля, с первым входом схемы управления, расположенной в гондоле, выход первого селектора соединен с первым входом первого счетчика, второй вход которого соединен со вторым выходом схемы синхронизации, а выход соединен со вторым входом регистра памяти, первый вход которого соединен с первым выходом схемы синхронизации, а выход соединен со входом регистра, при этом третий выход схемы синхронизации соединен с третьим входом триггерного устройства управления, а четвертый выход схемы синхронизации через линию связи кабеля соединен со вторым входом схемы управления, второй выход триггерного устройства управления соединен со вторым входом первого селектора, а первый выход триггерного устройства управления соединен со вторым входом второго селектора, выход которого соединен со вторым входом второго счетчика, а второй вход триггерного устройства управления соединен через линию связи кабеля с выходом первого формирователя импульсов, расположенного в гондоле, при этом пятый выход схемы синхронизации соединен со вторым входом блока ввода курса, согласно изобретению, дополнительно введен узел фиксации датчика, входящий в состав поворотного устройства, установленный в немагнитной гондоле, вход которого механически связан с поворотным диском, а выход подключен к третьему входу схемы управления, а третий вход блока ввода курса подключен к выходным информационным шинам судовой навигационной машины. Блок ввода курса, согласно изобретению, включает в себя третий счетчик, второй и третий делители частоты, первый и второй триггеры управления, второй и третий регистры памяти, третий и четвертый селекторы, третий и четвертый формирователи импульсов, реверсивный счетчик, коммутатор и блок ручной установки кода (БРУК), выход которого подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно со входом третьего формирователя импульсов и вторым входом второго регистра памяти, первый вход и выход которого подключены соответственно ко второму входу третьего формирователя импульсов и ко второму входу реверсивного счетчика, выход которого соединен со вторым входом первого триггера управления, а первый вход подключен к выходу и одноименному входу соответственно третьего и четвертого селекторов, выход первого триггера управления соединен со вторым входом третьего селектора, первый вход которого подключен ко входу второго делителя частоты и является первым входом блока ввода курса, а первый вход первого триггера управления соединен с одноименными выходом и входом соответственно третьего формирователя импульсов и второго триггера управления, выход которого подключен ко второму входу четвертого селектора, к которому подключен также и вход четвертого формирователя импульсов, третий вход второго триггера управления соединен с выходом второго делителя частоты, а второй вход второго триггера управления является вторым входом блока ввода курса, выход четвертого селектора подключен к первому входу третьего делителя частоты, второй вход которого соединен с одноименными выходом и входом соответственно четвертого формирователя импульсов и третьего счетчика, а выход третьего делителя частоты подключен к первому входу третьего счетчика, выход которого соединен со вторым входом третьего регистра памяти, первый вход которого подключен к первому выходу четвертого формирователя импульсов, а выход третьего регистра памяти является выходом блока ввода курса, третий вход которого подключен ко второму входу коммутатора. Отличие предлагаемого устройства от прототипа состоит в том, что в прототипе направление на географический меридиан определяется оператором визуально, а в предлагаемом устройстве эту функцию осуществляет система: навигационная машина блок ввода курса второй счетчик. При этом блок ввода курса формирует на своем выходе код, соответствующий среднему текущему курсу корабля на выбранном оператором интервале осреднения. Большой вклад в погрешность измерения направления на географический меридиан вносит динамика хода судна (качка, рыскание, крен, дифферент и т.д.). Высокая точность измерений достигается в предлагаемом устройстве тем, что в качестве информации о курсе корабля применяется код с выхода судовой навигационной машины, поступающий автоматически с определенной тактовой частотой на третий вход блока ввода курса, который содержит информацию о текущем курсе корабля с точностью до десятых долей угл.градуса, в отличие от прототипа, где точность определения курса корабля определяется ручной установкой его оператором по репитеру гирокомпаса. Так как в общем случае частота "тактовых импульсов" (частота поступления кода с выходных шин судовой навигационной машины на вход блока ввода курса) отличается от частоты, формируемой кварцевым генератором и не совпадает с частотой вращения поворотного диска в буксируемой гондоле, то их синхронизация осуществляется при помощи блока ввода курса и схемы синхронизации. И не суть важно значение частоты поступления кода на вход блока ввода курса, как важно то обстоятельство, насколько точно подобран интервал осреднения, от чего и зависит, главным образом, точность измерения (точность определения направления на географический меридиан) при проведении абсолютных измерений угла магнитного склонения на море. Поэтому блок ввода курса в предлагаемом устройстве выполняет следующие функции: синхронизацию предлагаемого устройства с судовой навигационной машиной; автоматический ввод параллельного двоично-десятичного кода о курсе судна с судовой навигационной машины в стандарте КАМАК или КОП (канала общего пользования по ГОСТ 26.003-80); ручной ввод параллельного двоично-десятичного кода о курсе судна оператором при помощи встроенных переключателей; осреднение, на выбранном оператором временном интервале, значений курса судна; выдача, по команде управления, параллельного четырехразрядного двоично-десятичного кода, соответствующего осредненному значению курса судна. Как видно из перечисленных основных функций блока ввода курса, этот блок является довольно специфическим и не похож своим построением ни на один из существующих известных стандартных блоков преобразователей кодов. Специфика применения счетчиков определенного объема, определяемого числом шагов выбранного шагового двигателя, необходимых для совершения поворотным диском одного полного оборота вокруг оси, накладывает жесткую схему построения и синхронизации всего блока, а также входящего в его состав управляемого делителя частоты, коэффициент деления которого определяется степенью необходимого осреднения значений курса и устанавливается оператором вручную, при помощи переключателя. Отличительной особенностью блока ввода курса является также и то обстоятельство, что он совмещает в себя функции преобразователя двоично-десятичного кода из стандарта КАМАК (по КОП) в нестандартный параллельный четырехразрядный двоично-десятичный код и функцию нониусного преобразователя временного интервала и частотомера средних значений. Такой симбиоз (оптимальный для данной схемы) в стандартных блоках ввода неизвестен, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию "существенные отличия". На фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства для измерения магнитного склонения на море; на фиг. 2 блок-схема блока ввода курса предлагаемого устройства; на фиг. 3 схема конкретной реализации блока ввода курса прототипа. В немагнитной гондоле 1 (см. фиг. 1), буксируемой за кораблем 2, расположено поворотное устройство 3, включающее в себя поворотный диск 4, соединенный при помощи редуктора 5 с выходом шагового двигателя 6, вход которого подключен к выходу схемы 7 управления, третий вход которой соединен с выходом узла 8 фиксации датчика, вход которого механически соединен с поворотным диском 4. На поворотном диске 4 закреплен датчик 9 феррозондового магнитометра 10, выход которого через дискриминатор 11 нулевого уровня подключен ко входу формирователя 12 импульсов. Буксируемая немагнитная гондола 1 соединена с аппаратурой, расположенной на борту корабля 2, при помощи немагнитного кабеля 13. Бортовая аппаратура содержит триггерное устройство 14 управления, схему 15 синхронизации, кварцевый генератор 16 с делителем 17 частоты, первый и второй селекторы 18 и 24, первый и второй счетчики 19 и 23, регистр 20 памяти, регистратор 21, блок ввода 22 курса и второй формирователь 25 импульсов. Блок ввода 22 курса (см. фиг. 2) включает в себя два делителя частоты 26 и 27, два триггера управления 28 и 29, два селектора 30 и 31, два формирователя импульсов 32 и 33, два регистра памяти 34 и 35, счетчик 36, БРУК 37 с коммутатором 38 и реверсивным счетчиком 39. Работа устройства осуществляется следующим образом (см. фиг. 1). Значение текущего курса корабля 2, выраженное в цифровой форме, с соответствующих выходных шин судовой навигационной машины поступает в виде кода в темпе, определяемом темпом судовой навигационной машины, на третий вход блока ввода 22 курса. При этом, на первый вход блока ввода 22 курса поступают импульсы частоты fo с выхода кварцевого генератора 16. По команде схемы 15 синхронизации, поступающей на второй вход блока ввода 22 курса, на его выходе формируется код, соответствующий среднему значению курса корабля с учетом его рыскания (за выбранный оператором промежуток времени), который записывается в счетчик 23. Объем счетчика 23 равен числу шагов шагового двигателя 6, необходимых для того, чтобы поворотный диск 4 совершил полный оборот вокруг оси. Например, если дискретность поворота диска 4 равна 1 угл. градусу, то объем счетчика 23 будет равен N 360 и число импульсов, записанных в счетчике 23 будет соответствовать текущему значению курса корабля, выраженному в угловых градусах. В исходном состоянии на первом и втором выходах триггерного устройства 14 управления сформированы потенциалы, соответствующие лог. "0", селекторы 18 и 24 закрыты, в счетчике 23 записан код, соответствующий среднему значению текущего курса корабля, а датчик 9 феррозондового магнитометра 10 расположен перпендикулярно продольной оси буксируемой немагнитной гондолы 1. По команде схемы 15 синхронизации на втором ее выходе формируется положительный импульс, который устанавливает счетчик 19 в нулевое состояние, а на третьем выходе схемы 15 синхронизации формируется импульс, который устанавливает на первом выходе триггерного устройства 14 управления потенциал, соответствующий лог. "1". При этом открывается селектор 24 и синхроимпульсы частоты fo/n, формируемой кварцевым генератором 16 и делителем 17 частоты поступают на второй (счетный) вход счетчика 23. Одновременно, на четвертом выходе схемы 15 синхронизации формируется потенциал, соответствующий лог. "1", и начинает вращаться с постоянной угловой скоростью в одном направлении, например, по часовой стрелке, поворотный диск 4 в буксируемой немагнитной гондоле 1. Скорость вращения поворотного диска 4 определяется частотой синхроимпульсов fo/n, формируемых кварцевым генератором 16 и делителем 17 частоты, которые поступают через первый вход схемы 7 управления на вход шагового двигателя 6. Каждый синхроимпульс с частотой fo/n поворачивает ротор шагового двигателя 6 на один шаг, а поворотный диск 4 на определенный угол

Формула изобретения
Устройство для измерения магнитного склонения на море, содержащее соединенную кабелем с кораблем немагнитную гондолу, электрически связанную с аппаратурой, установленной на корабле, и содержащую поворотное устройство, включающее в себя поворотный диск, шаговый двигатель с редуктором и схемой управления, причем электрический вход шагового двигателя соединен с выходом схемы управления, а на поворотном диске, установленном в горизонтальной плоскости, закреплен датчик феррозондового магнитометра, соединенный через дискриминатор нулевого уровня с входом первого формирователя импульсов, выход которого через линию связи кабеля соединен с входом аппаратуры, установленной на корабле, содержащей кварцевый генератор с делителем частоты, первый селектор, схему синхронизации, триггерное устройство управления, второй формирователь импульсов, первый счетчик, регистр памяти и регистратор, при этом выход кварцевого генератора соединен с входом схемы синхронизации и с входом делителя частоты, выход которого соединен с первым входом первого селектора и через линию связи кабеля соединен с первым входом схемы управления, расположенной в гондоле, выход первого селектора соединен с первым входом первого счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом схемы синхронизации, а выход соединен с вторым входом регистра памяти, первый вход которого соединен с первым выходом схемы синхронизации, а выход соединен с входом регистратора, при этом третий выход схемы синхронизации соединен с третьим входом триггерного устройства управления, а четвертый выход схемы синхронизации через линию связи кабеля соединен с вторым входом схемы управления, второй выход триггерного устройства управления соединен с вторым входом первого селектора, а второй вход триггерного устройства управления соединен через линию связи кабеля с выходом первого формирователя импульсов, размещенного в гондоле, отличающееся тем, что в него дополнительно введен узел фиксации датчика, входящий в состав поворотного устройства, установленный в немагнитной гондоле, вход которого механически связан с поворотным диском, а выход подключен к третьему входу схемы управления, в состав аппаратуры, установленной на корабле, введены вторые селектор и счетчик, блок ввода курса, а также судовая навигационная машина, при этом выход блока ввода курса соединен с первым входом второго счетчика, выход которого через второй формирователь импульсов соединен с первым входом триггерного устройства управления, выход кварцевого генератора соединен с первым входом блока ввода курса, выход делителя частоты соединен с первым входом второго селектора, первый выход триггерного устройства управления соединен с вторым входом второго селектора, выход которого соединен с вторым входом второго счетчика, второй вход блока ввода курса соединен с пятым выходом схемы синхронизации, а его третий вход подключен к выходным информационным шинам судовой навигационной машины, при этом блок ввода курса включает в себя третий счетчик, второй и третий делители частоты, первый и второй триггеры управления, второй и третий регистры памяти, третий и четвертый селекторы, третий и четвертый формирователи импульсов, реверсивный счетчик, коммутатор и блок ручной установки кода, выход которого подключен к первому входу коммутатора, первый и второй выходы которого соединены соответственно с входом третьего формирователя импульсов и вторым входом второго регистра памяти, первый вход и выход которого подключены соответственно к второму выходу третьего формирователя импульсов и к второму входу реверсивного счетчика, выход которого соединен с вторым входом первого триггера управления, а первый вход подключен к выходу и одноименному входу соответственно третьего и четвертого селекторов, выход первого триггера управления соединен с вторым входом третьего селектора, первый вход которого подключен к входу второго делителя частоты и является первым входом блока ввода курса, а первый вход первого триггера управления соединен с одноименными выходом и входом соответственно третьего формирователя импульсов и второго триггера управления, выход которого подключен к второму входу четвертого селектора, к которому подключен также и вход четвертого формирователя импульсов, третий вход второго триггера управления соединен с выходом второго делителя частоты, а второй вход второго триггера управления является вторым входом блока ввода курса, выход четвертого селектора подключен к первому входу третьего делителя частоты, второй вход которого соединен с одноименными выходом и входом соответственно четвертого формирователя импульсов и третьего счетчика, а выход третьего делителя частоты подключен к первому входу третьего счетчика, выход которого соединен с вторым входом третьего регистра памяти, первый вход которого подключен к первому выходу четвертого формирователя импульсов, а выход третьего регистра памяти является выходом блока ввода курса, третий вход которого подключен к второму входу коммутатора.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3