Структура системы дистанционной передачи информации

Как уже было указано выше, ИД может содержать в своём составе два или три феррозонда, каждый из которых измеряет составляющую магнитного поля катушки вдоль оси своих сердечников. Он размещается в котелке МК под картушкой и вместе с котелком ориентируется требуемым образом относительно диаметральной плоскости судна.

Если используется двухзондовый ИД, то ось чувствительности одного зон­да уста­навливается вдоль диаметральной плоскости, а другого перпендикуляр­но ей (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Структура системы дистанционной передачи информации

В этом слу­чае зонд 1 будет измерять продольную составляю­щую Х поля картушки, а зонд 2 - попе­речную У. Сигнальные обмотки зондов связаны со статорными обмотками синусно-косинусного вращающегося транс­форматора (СКВТ). Получая от зондов напряжение, пропорциональное указан­ным компонентам магнитного поля картушки, эти обмотки создают внутри СКВТ ортогональные магнитные потоки Ф1 и Ф2, образующие в сумме маг­нитный поток, ориентация вектора Ф которого внутри статора определяется положением картушки относительно диаметральной плоскости судна. Магнит­ный поток Ф индуктирует в обмотках ротора СКВТ напряжения, которые будут зависеть как от величины потока, так и направления вектора Ф относительно плоскости роторных обмоток. Если плоскость обмотки ротора параллельна век­тору Ф, то ЭДС, индуктированная в ней, при любом значении его модуля бу­дет равна нулю. Таким образом, устанавливая ротор СКВТ в такое положение, когда на одной из его обмоток сигнал постоянно будет равен нулю, мы будем отслеживать изменение ориентации картушки относительно диаметральной плоскости судна.

С этой целью, сигнал с роторной обмотки СКВТ после его усиления уси­лителем А поступает на двигатель Д, который через редуктор Р поворачивает ротор СКВТ. Когда сигнал, поступающий на двигатель, станет равным нулю, вращение ротора прекратится.

В трёхзондовом датчике оси зондов образуют равносторонний треуголь­ник. Их обмотки подмагничивания включаются последовательно и питаются от специального генератора переменного тока. Сигнальные обмотки соединены в треугольник и подключе­ны к статорным обмоткам сельсина. В рассматриваемом случае измеряются три составляющие HI, H2 и НЗ магнитного поля, образованного картушкой компа­са. Напряжения, пропорциональные измеренным компонентам, создают в сельсине три магнитных потока Ф1, Ф2 и ФЗ Направление вектора напряженности результирующего поля, образованного указанными потоками, будет, как и в предыдущем случае, определяться текущей ориентацией картушки МК. Ротор сельсина с помощью следящей системы, аналогичной рассмотренной выше, будет приводиться в состояние, при котором сигнал, снимаемый с его обмотки, будет равен нулю. Таким образом, осуществляется отслеживание поворотов картушки компаса и, как следствие, изменения курса судна.

Наряду с описанными вариантами, могут использоваться датчики, в кото­рых магнитный зонд имеет одну обмотку и яв­ляется, по существу, переменным индуктив­ным сопротивлением. Величина указанного сопротивления зависит от степени подмагничивания сердечника полем магнитов картуш­ки. Сердечники зондов L1...L3 повернуты в пространстве друг относительно друга на угол, равный 120°, аналогично тому, как это имело место в рассмотренном выше трехзондовом ИД. Степень их на­магниченности, а, следовательно, и величина индуктивного сопротивления обмоток, будет зависеть от ориентации зондов по отношению к картушке МК. Спряжения на резисторах R1...R3 определяются разностью напряжения U~ и падений напряжений на обмотках феррозондов. В связи с тем, что их векторы развернуты друг относительно друга на угол 120° то в совокупности они представляют собой трехфазное напряжение которое может быть использовано для дистанционной передачи информации системой аналогичной рассмотренной выше.

На этом принципе фирмой Анщютц разработан магнитный зонд типа 108-010, который может быть смонтирован на любой компас не имеющий встроенной электромеханической дистанционной передачи. Зонд может быть установлен на котелке компаса как сверху так и снизу. Для центрирования установочной шайбы относительно шкалы картушки используется специальная накладка которая после наклеивания шайбы на стекло удаляется. К установочной шайбе с помощью шпилек крепится магнитный зонд. Сам котелок располагается как обычно в кольце карданова подвеса.

Следует иметь в виду что выше описан лишь принцип построения дистанционных систем. Реальные устройства имеют более сложный состав позволяющий решать задачи устойчивости работы следящих систем компенсировать часть ошибок МК сравнивать его сигналы с сигналами поступающими от других курсоуказателей и т.п.

Как было указано выше, описанные электромеханические синхронные системы передачи угла поворота картушки не являются единственно возможным и заведомо лучшими системами, предназначенными для решения рассматриваемой задачи. Уместно предположить, что на современном уровне развития цифровой техники использование чисто электронных систем связи может оказаться более предпочтительным. Одним из примеров такой системы является вариант дистанционной передачи, использующий емкостной преобразователь угла поворота картушки МК.

Дистанционный маг­нитный компас содержит первичный емкостный преобразователь углового перемещения, вторичный частотный преобразователь; опорный кварцевый генератор; смеситель; формирователь однополярных импульсов, вычислительный блок; программатор; интерфейс ввода-вывода информации; цифровой индикатор и буферный регистр.

Первичный преобразователь углового перемещения представляет собой конденсатор переменной емкости, ротор которого жестко связан с картушкой компаса. Он включен в схему кварцевого генератора, частота которого определяется текущим значением этой емкости, зависящей от курса судна. Таким образом, угловое перемещение картушки компаса преобразуется сначала в изменение емкости, а затем в отклонение частоты колебаний. Колебания разност­ей частоты, получаемые в смесителе путем смешения частот управляемого и опорного кварцевых генераторов, преобразуются формирователем импульсов в последовательность однополярных импульсов, период следования которых содержит информацию о компасном курсе судна. Эта информация обрабатывается в вычислительном блоке, с учетом значения магнитной девиации, которая вводятся в программатор штурманом через клавиатуру интерфейса ввода-вывода информации. Аналогичным образом вводятся значения магнитного склонения. Последний процесс можно автоматизировать, поскольку на­званные значения зависят от географического местоположения судна.

Вычисленное значение истинного курса судна отображается на цифровом индикаторе и через буферный регистр выдается на вход системы автома­тической прокладки курса, авторулевого, в цифровые репитеры и другие принимающие устройства.

Из всех блоков функциональной схемы наиболее специфичен первичный емкостный преобразователь углового перемещения картушки ком­паса. К достоинствам этого преобразователя можно отнести высокую чувстви­тельность малую инерционность малое усилие электрического взаимодействия между обкладками конденсатора, возможность получения практически лю­бой функциональной зависимости емкости от измеряемого угла поворота про­стоту и технологичность конструкции малые габариты и массу. Главное же достоинство емкостных первичных преобразователей — простота порообразования измеряемой входной неэлектрической величины в частоту колебаний вторичного преобразователя (автогенератора гармонических или импульсных электрических колебаний). Известно, что частотный метод преобразования неэлектрических величин в электрические обеспечивает значительно большую точность, чем амплитудный

В рассматриваемом преобразователе углового перемещения картушки компаса используется конденсатор с переменной площадью перекрытия пластин. При этом форма характеристики преобразования задается фигурной об­кладкой, образующая которой выполнена в виде спирали Архимеда.

Использование диэлектрика для изготовления ротора первичного преобразователя позволяет обеспечить минимальное утяжеление картушки компаса. Наиболее подходит высокочастотный диэлектрик фторопласт, отличающийся температурной устойчивостью высокой стойкостью к действию химических реагентов, незначительным старением и малым коэффициентом трения. Фторопласты марок 4Д и 42 позволяют изготавливать детали малой толщины.

Благодаря частотному методу преобразования физических величин и цифровой обработке информации показания описанного магнитного компаса могут передаваться по проводам или по радио на практически любое число репитеров, непрерывно вводиться в память компьютера, использоваться при автоматической прокладке курса судна. При этом программным способом учитываются остаточная девиация и магнитное склонение. В отличие от дистанционных компасов с сельсинной передачей показаний на репитеры рассмотренное устройство бесшумно.

Следует иметь в виду, что следящие системы передают информацию от картушки МК к потребителям с некоторой погрешностью, что уменьшает точность работы системы в целом. Однако их собственная погрешность, как правило значительно меньше погрешностей самого МК и ее влияние на общий результат несущественно.

Современные ДМК.

Магнитный компас КМ145 предназначен для измерения, отображения и трансляции текущего магнитного и определения значения истинного курса, а также определения магнитных пеленгов и курсовых углов. Компас КМ145 обеспечивает трансляцию с помощью дистанционной оптической или закодированной электронной передачи магнитного курса на пост рулевого. Компас КМ145 соответствует международным стандартам, имеет сертификаты Морского и Речного регистров и свидетельство Министерства транспорта РФ.

Из современных российских магнитных компасов только КМ145 имеют полный набор компенсаторов девиации, включая компенсаторы широтной девиации, что делает его идеальным для судов неограниченного плавания. Имеются комплектации с оптической передачей на базе оптоволоконной или геометрической оптики, что позволяет отказаться от путевого компаса.

Компас имеет несколько вариантов исполнения:

КМ145-1:	Наиболее простая комплектация семейства КМ145. Не имеет устройств дистанционной передачи.
КМ145-С1:	Оптическая передача показаний курса телескопического типа
КМ145-2:	Компенсатор электромагнитной девиации с питанием от прибора 3. Может поставляться с приемкой заказчика.
КМ145-3:	Электрическая дистанционная передача показаний курса на основе сельсин-приводов. Выдача информации в коде NMEA (по спец. заказу).
КМ145-4:	Электрическая дистанционная передача показаний курса на основе сельсин-приводов. Выдача информации в коде NMEA (по спец. заказу). Компенсатор электромагнитной девиации с питанием от прибора 3. Может поставляться с приемкой заказчика.
КМ145-5:	Дистанционная оптическая передача на базе оптоволоконной оптики с передачей изображения картушки на оптический репитер (прибор 54). Длина световода 1400 мм или 2800 мм. Большая длина возможна по отдельному заказу.
КМ145-6:	Отличается от КМ145-5 наличием дополнительного компенсатора электромагнитной девиации с питанием от прибора 3. Может поставляться с приемкой заказчика.
КМ145-7:	Электрическая дистанционная передача показаний курса на основе сельсин-приводов. Дистанционная оптическая передача на базе оптоволоконной оптики.
КМ145-7И:	Дополнительно к КМ145-7 оснащается интерфейсом NMEA (IEC 1162-1).
КМ145-8:	Отличается от КМ145-7 наличием дополнительного компенсатора электромагнитной девиации с питанием от прибора 3. Может поставляться с приемкой заказчика.

 

Технические данные ДМК.

Рассмотрим вариант  исполнения КМ145-С1 с оптической передачей показаний курса телескопического типа.

Ниже приведены приборы, входящие в состав комплекта компаса КМ145, и места их установки (рис.1.4)

Основной прибор (прибор 52) служит для определения курса судна и выработки сигнала дистанционной передачи. Он состоит из датчика курса и компенсаторов девиации (рис.1.5). Его устанавливают на верхнем мостике судна.

Центральный прибор (прибор 50) усиливает и преобразует сигнал дистанционной передачи, поступающей от датчика курса. Его устанавливают в ходовой рубке.

Регулировочное устройство (прибор 3) предназначено для регулировки силы тока в обмотках компенсатора электромагнитной девиации. Его устанавливают в ходовой рубке.

Приборы питания (прибор ЗА, прибор ЗБ) вырабатывают напряжения, необходимые для питания электрической схемы компаса. Их устанавливают в ходовой рубке.

Оптический репитер (прибор 54) служит для дублирования показаний датчика курса на оптическом экране, установленном в ходовой рубке. Считывать курс судна на экране оптического репитера можно одновременно нескольким лицам.

Прибор 52 представляет собой нактоуз 7, сверху закрываемый кол­паком5 с вентиляцион-ным грибком 10. В верхней части 14 нактоуза рас­положены: курса 12, компен­сатор электромагнитной девиации 13 и осветитель 9. При пеленгова­нии винты 8 отворачивают, фиксатор 11 оттягивают и осветитель 9 с кронштейном сдвигают в сторо­ну на угол 10°. В средней части нактоуза расположены: девиационный прибор 15 для компенсации полукруговой и креновой девиации, а также до­полнительные вертикальные креновые магниты 18. Вдоль всего на­ктоуза проходит вертикальная труба 16 оптической передачи, в ко­торой находится объектив 19. В нижнем отверстии трубы закреплен входной торец свето-провода. Патрон с силикагелем 20 поглощает влагу и предотвращает запотевание объектива и светопровода.В нактоузе есть окно, закрытое крышкой 17. В девиационном приборе находятся три пары поворотных магнитов, складывающих­ся в виде ножниц: продольные для компенсации силы ВλН, попе­речные для компенсации силы СλН и вертикальные — для компен­сации вертикальной силы Z, создающей креповую девиацию. Ручки управления (В, С и Z), с помощью которых осуществляют раздвиж­ку магнитов, выведены в сторону окна. На рисунке они отмечены по­зицией 6.Снаружи нактоуза, в его верхней части, закреплены безындук­ционные компенсаторы четвертной девиации 4. Они представляют собой набор пластин из мягкого железа, расположенных в пеналах. Кронштейн с компенсаторами 4 может быть развернут вокруг вертикальной оси в пределах ±15°. Угол поворота фиксируют по шкале 3.На нактоузе закреплен широтный компенсатор (флиндерсбар), состоящий из двух верти­кальных стержней 2. По­тенциометр 1, располо­женный на корпусе прибо­ра, служит для регулиров­ки освещенности чувстви­тельного элемента.

 

 

Рис. 1.4. Состав комплекта компаса КМ-145

Главным узлом основ­ного прибора (прибор 52) является датчик курса, изображенный на рис 1.6. Этот датчик представляет собой герметичный корпус 11, запол­ненный жидкостью и закрытый сверху и снизу стеклами 9 и 2. Груз 12 позволяет сохранить отвесное положение корпуса датчика при качке. На грузе закреплен индукционный (феррозондовый) датчик 1, вырабатывающий электрический сигнал для дистанционной пе­редачи курса на репитеры. На верхнем стекле 9 расположен узел подсветки 7, предназначенный для освещения картушки при пелен­говании в ночное время. Внутри корпуса есть круговой экран 5, за которым расположен эластичный (воздушный) компенсатор 4, обеспечивающий компен­сацию изменения объема компасной жидкости при изменении тем­пературы. В нижней части корпуса закреплена опора с подпятником 10, на которую опирается шпилька 8 магнитного чувствительного элемента (МЧЭ) 6. Основу МЧЭ составляет магнитная система, которая состоит из шести горизонтальных постоянных магнитов (стрелок) 3. Они за­креплены в нижней части поплавка, частично компенсирующего вес МЧЭ в компасной жидкости.

 

Рис. 1.5. Прибор 52

Рис. 1.6. Датчик курса магнитного компаса КМ-145

Таблица 1.1.