Как уже отмечалось выше, современные МК снабжаются системами дистанци-онной передачи информации. Впервые такой компас был разработан в 1938 году.
Основными целями, достигаемыми при создании дистанционных систем, явля-ются [11]:
•обеспечение возможности размещения котелка МК в местах с наиболее при-емлемыми для его работы магнитными условиями (уменьшение экранирова-ния компаса от магнитного поля Земли судовыми конструкциями, отдаление от источников помех) за счет передачи магнитного курса в ходовую рубку к посту управления рулем, где эти условия бывают часто неблагоприятными;
•выработка истинного курса путем учета общей поправки компаса (суммы ос-таточной девиации и магнитного склонения) и осреднение показаний курса при качке;
•трансляция курса в несколько постов с визуализацией в репитерах, а также передача информации потребителям, нуждающимся в ней;
•обеспечение, для повышения надежности курсоуказания непрерывного авто-матического сличения показаний компаса с гирокурсоуказателями и сигнали-зация при превышении разности показаний заранее установленного значения;
• обеспечение возможности документирования текущих значений курса, кото-рое необходимо, наряду с документированием других параметров движения судна, при анализе причин аварий;
• обеспечение возможности ускоренного приведения гирокурсоуказателя в ме-ридиан по значениям истинного курса, выработанного в дистанционной пере-даче;
•сигнализация об отклонениях от заданного штурманом генерального курса судна;
•автоматическое исключение из показаний истинного курса инструментальных погрешностей компаса, а также изменений девиации.
Учитывая необходимость обеспечения свободного доступа судоводителям к компасу, его, как правило, размещают на верхнем мостике непосредственно над ав-торулевым. Поэтому для отображения значения измеренного курса в рулевую рубку можно использовать оптическую систему. Для достижения всех остальных указан-ных выше целей к ней добавляются электрические (аналоговые или цифровые) сис-темы трансляции.
Оптическая система дистанционной передачи может быть построена путём
•использования специальной оптической трубы, связывающей МК с ходо-вой рубкой,
•с помощью волоконного оптического кабеля,
•с использованием специальной видеокамеры.
Электромеханическая система дистанционной передачи информации, как прави-ло, создаётся на базе индукционного датчика (ИД) ориентации картушки МК. Этот датчик содержит два или три магнитных зонда (часто их называют феррозондами), каждый из которых позволяет определить значение составляющей напряжённости измеряемого магнитного поля вдоль своей оси чувствительности. Совместное ис-пользование сигналов этих зондов даёт возможность определить направление век-тора напряженности магнитного поля, создаваемого картушкой компаса, относи-тельно диаметральной плоскости судна.
Магнитный зонд может быть построен на базе двух стержневых или одного кольцевого сердечников, выполненных из магнитомягкого материала с высокой магнитной проницаемостью, например, из пермаллоя. В первом случае (рис. 1.5) на каждый сердечник 1 наматываются обмотки подмагничивания 2 и 3, имеющие оди-наковое количество витков. Эти обмотки соединяются последовательно и встречно и питаются напряжением Uп переменного тока. Величина указанного напряжения
должна быть достаточной для того, чтобы стержни при любом значении напряжён-ности измеряемого магнитного поля гарантированно переводились бы в состояние насыщения.
На оба сердечника наматывается общая обмотка 4, с которой снимается выход-ной сигнал Uв магнитного зонда.
1
Х Uп
Магнитные потоки Ф1 и Ф2, создаваемые обмотками подмаг-ничивания, в любой фиксирован-ный момент времени равны друг
другу и противоположно направ-
лены в результате чего они ин-
Ф2
Рис.1.5 U
дуктируют в сигнальной обмотке равные напряжения U1 и U2, имеющие противоположные фа-
зы. Таким образом, при отсутст-
вии внешнего поля Х (рис. 1.5) результирующее выходное напряжение Uв оказыва-ется равным нулю.
Если напряжённость Х измеряемого поля не равна нулю, то магнитный поток Фх этого поля в одном стержне будет складываться с потоком подмагничивания, а в другом вычитаться из него. Это приведёт к нарушению симметрии магнитного со-стояния сердечников в результате чего в выходной обмотке будет индуктироваться напряжение, пропорциональное напряженности Х. Фаза выходного сигнала магнит-ного зонда изменяется на противоположную, если вектор напряжённости измеряе-мого поля меняет свое направление на противоположное. Подробное объяснение
процессов можно найти, например, в [8.19].
Кольцевые феррозонды имеют одну обмотку возбуждения 2 (рис. 1.6) и одну или несколько сиг-нальных обмоток 1. Использование таких сердеч-ников обусловлено наличием у них ряда преиму-ществ, к числу которых можно отнести:
•Рис. 1.6
однородность механических и магнитных пара-
метров сердечника, а также параметров цепи
возбуждения, что обеспечивает низкий уровень шума и более высокую стабиль-ность “нуля” феррозонда;
•симметричную форму сердечника, которая позволяет использовать несколько сигнальных обмоток, охватывающих его и имеющих разные направления отно-
сительно вектора измеряемого поля, что исключается для стержневых феррозон-дов;
•возможность значительно уменьшить размеры кольцевых сердечников по срав-нению со стержневыми;
•отсутствие необходимости подбора сердечников.
Отечественные кольцевые феррозонды для двухкомпонентных измерений име-ют сердечники в виде набора шайб из листового материала. Две сигнальные обмот-ки располагаются ортогонально друг к другу, причем с целью обеспечения возмож-ности точной относительной ориентации обмоток одна из них выполняется под-вижной.
Феррозонды могут питаться синусоидальным или прямоугольно-импульсным напряжениями. Второе предпочтительнее, так как позволяет получить более устой-чивую работу датчика при значительных коэффициентах усиления его сигнала и да-ет возможность построить систему в удобном микромодульном исполнении, кото-рое не требует существенной настройки [6]. Как уже было указано выше, ИД может содержать в своём составе два или три феррозонда, каждый из которых измеряет со-ставляющую магнитного поля картушки компаса вдоль оси своих сердечников. Как правило, он размещается в котелке МК под картушкой и вместе с котелком ориен-тируется требуемым образом относительно диаметральной плоскости судна. Однако существуют варианты, когда два одноосных магнитометра располагаются таким об-разом, что их оси чувствительности находятся в плоскости картушки. Такой вариант реализован, например, в компасе КМ-115-07 (ОАО «Штурманские приборы »).
Если используется двухзондовый ИД, то ось чувствительности одного зонда ус-
1 Ф
Ф1 Ф2 Х СКВТ
2
Ф2 Y
Г
Д Рис. 1.7
танавливается вдоль диаметральной плоскости судна, а другого перпендикулярно ей. В этом случае зонд 1 (рис. 1.7) будет измерять продольную составляющую Х по-ля картушки, а зонд 2 – поперечную Y. Сигнальные обмотки зондов связаны со ста-
торными обмотками синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ). Получая от зондов напряжение, пропорциональное указанным компонентам маг-нитного поля картушки, эти обмотки создают внутри СКВТ ортогональные магнит-ные потоки Ф1 и Ф2, образующие в сумме магнитный поток, ориентация вектора Ф которого внутри статора определяется положением картушки относительно диамет-ральной плоскости судна. Магнитный поток Ф индуктирует в обмотках ротора СКВТ напряжения, которые будут зависеть как от величины потока, так и направле-ния вектора Ф относительно плоскости роторных обмоток. Если плоскость обмотки ротора параллельна вектору Ф, то ЭДС, индуктированная в ней, при любом значе-нии его модуля будет равна нулю. Таким образом, устанавливая ротор СКВТ в та-кое положение, когда на одной из его обмоток сигнал постоянно будет равен нулю, мы будем отслеживать изменение ориентации картушки относительно диаметраль-ной 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.
Описанная система была использована в отечественном компасе КМ-145[2].
Аналогичная система использована и в компасе КМ 145-С с той лишь разницей, что на дне котелка закреплен двухкомпонентный кольцевой феррозонд.
В трёхзондовом датчике (рис. 1.8) оси зондов образуют равносторонний тре-угольник [9]. Сигнальные обмотки соединены в треугольник и подключены к ста-
Н1 Ф1
Н2 Р
Ф2
Ф3 Н3
Сельсин
Рис. 1.8
торным обмоткам сельсина. Ротор сельсина с помощью следящей системы, анало-гичной рассмотренной выше, будет приводиться в состояние, при котором сигнал, снимаемый с его обмотки, будет равен нулю. Таким образом, осуществляется от-слеживание поворотов картушки компаса и, как следствие, изменения курса судна.
Имеются системы дистанционной передачи, построенные с использованием цифровой техники. Так в компасе КМ 145-М для преобразования истинного курса в импульсный код служит дополнительное электронное устройство, выполненное на плате, поставляемой Пермским приборостроительным объединением. Очевидным недостатком такой схемы является ее сложность, вызванная необходимостью двой-ного преобразования курса.
Более совершенный вариант цифровой системы использован в компасе КМ 115-07, в котором два однокомпонентных кольцевых феррозонда размещены ортого-нально на внешней поверхности стенки котелка на уровне кольцевого магнита чув-ствительного элемента.