Индукционный электронный лаг

В противном  случае регулировкой резистора 6R6 необходимо добиться допустимого значения. Так исключаются погрешности вычислительной схемы (см. 1.3.1).

В положении 3 "Масштабирование" напряжение подается на реле 29К2. Его контакты 29К2-1 и 29К2-2 переходят вниз (по схеме), и на вход УП подается эталонное напряжение с резистора 3R1. Лаг должен показывать эталонное значение скорости, определенное на мерной линии и записанное на матовом стекле в приборе 6.

Резисторы 29R20, 29R21, 29R22 служат для ступенчатого изменения коэффициента усиления УП при регулировке лага на мерной линии, когда новое эталонное значение скорости вышло за пределы их возможной установки с помощью резисторов "Грубо" и "Плавно" (см. 2.2). Схема контроля СК позволяет определить наличие сигнала с помощью лампы 29Н1. В дальнейшем для изложения работы схемы полезно рис. 3.2 и рис. 3.3 рассматривать одновременно.

2. Блок усилителя измерительного канала УИК имеет два операционных усилителя 6А2 и 6А5. Из предварительного 
усилителя сигнал U_ип, состоящий из суммы полезного сигнала U_п, пропорционального скорости и квадратурной помехи 
U_к, поступает на вход 6А2. С его выхода сигнал идет на электронный ключ 6А7.1 и на вход 6А5. Данный усилитель

 

    тсэчкЛшми эийкяМиеиносЬшиэ 

_{1       ^S}

 
 

_щ

яэЛц

_3hSS 
 

 6А7.2. Таким  образом, на данных ые по фазе относительно друг друга на

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
и

5

Он

 

Вход ключа

выход HOI

выход ГПИ

   6А15 (вход Н02)

(вход СУ)

 

 

Рассмотрим подавление квадратурной помехи методом синхронного  детектирования. Управление электронными ключами производится с помощью  нуль-органа НО1, который синхронно  с полезным сигналом подает на них прямоугольные импульсы. Допустим, в момент времени, обозначенный на диаграмме "0", замкнут ключ 6А7.2, а 6А7.1 разомкнут, следовательно, на вход фильтра Z1 поступает сигнал с инвертора 6А5. В следующий полупериод импульс нуль-орган замыкает ключ 6А7.1 и размыкает 6А7.2. Теперь на вход Z1 поступает сигнал с усилителя 6А2. Следующим импульсом нуль-орган переключает ключи в первоначальное положение. Благодаря поочередному подключению ключей на входе фильтра Z1 образуется пульсирующее напряжение полезного сигнала U_с одного знака (отрицательное) и знакопеременное напряжение квадратурной помехи. Фильтр работает по принципу интегратора. Это означает, что вначале суммируется отрицательный сигнал квадратурной помехи, а затем его компенсирует положительная часть U_к. Таким образом, на выходе фильтра Z1 квадратурная помеха отсутствует. Напряжение полезного сигнала U_с сглаживается. В конечном итоге с выхода Z1 в схему ПНВ идет напряжение постоянного тока U_с, пропорциональное скорости V судна.

    Из  схемы (рис. 3.2) видно, что нуль-орган НО1 работает синфазно с полезным сигналом, так как его питание и питание электромагнита производится от одного источника.

3. Усилитель  опорного канала УОК предназначен  для выработки опорного напряжения  постоянного тока U_оп (положительного) и создания прямоугольных импульсов для управления ключами. В его состав входят два операционных усилителя 6А3 и 6А4, электронные ключи 6А8.1 и 6А8.2, нуль-орган НО1 и фильтр Z2. Опорное напряжение переменного тока U_оп снимается с резистора 3R1, который соединен последовательно с электромагнитом. Затем оно подается на усилители. Очевидно, что на их входе, а следовательно, и на выходе напряжение сдвинуто по фазе на 180°, так как они подключены к разным проводам. По импульсу НО1 в нулевой момент времени (рис. 3.3) замкнут ключ 6А8.1, а ключ 6А8.2 разомкнут. На вход фильтра Z2 поступает положительная составляющая ~ U_оп. В следующий полупериод положительная часть этого напряжения будет уже на ключе 6А8.2, который в это время замкнут по сигналу НО1, а 6А8.1 разомкнут. Таким образом, последовательное подключение ключей обеспечивает прохождение на вход фильтра Z2 пульсирующего напряжения одного знака. Фильтр данное напряжение выпрямляет и подает в преобразователь "напряжение – время" ПНВ.

Нуль-орган НО1 представляет собой пороговую схему, срабатывающую при переходе подаваемого  на вход синусоидального напряжения U_оп через нулевой уровень, и предназначен для выработки прямоугольных импульсов, управляющих ключами.

Схема НО1 имеет  два выхода: один прямой, второй –  через инвертор, поэтому импульсы на обоих выходах отличаются по фазе на 180°. Из диаграммы (рис. 3.3) видно, что в один и тот же момент с выходов нуль-органа снимаются

 

импульсы, противоположные  по знаку. Положительные импульсы прямого  выхода открывают ключи 6А7.2 и 6А8.1, отрицательные – запирают их. С инверсного выхода сигналы идут на ключи 6А7.1 и 6А8.2, которые срабатывают в обратном порядке с предыдущими ключами.

3.2.2. Аналого-цифровой  преобразователь

В аналого-цифровой преобразователь АЦП входят блоки: ПНВ – преобразователь "напряжение – время"; ПВЦ –

преобразователь "время – цифра".

1. Блок ПНВ  предназначен для преобразования сигнала U_c во временной интервал τ₁, пропорциональный скорости.

Указанное преобразование производится методом двойного интегрирования: вначале интегрируется отрицательное

напряжение полезного  сигнала U_c, а затем положительное напряжение опорного канала U_оп.

Состав ПНВ: генератор  прямоугольных импульсов ГПИ; электронные  ключи 6А9, 6А10.1, 6А10.2, 6А11.1, 6А11.2; схема

управления ключами  СУ; интегрирующий усилитель 6А15: нуль-орган  НО2, представляющий собой триггерную схему,

срабатывающую при достижении на ее входе порогового напряжения U_о.

Ритм работы преобразователя, а с ним и  всей схемы лага задает ГПИ, с которого в схему управления ключами СУ

поступают синхронизирующие импульсы длительностью 0,5 мкс и  периодичностью 8 Гц.

На рис. 3.2 показано исходное положение вышеперечисленных электронных ключей. В момент времени t₁ (рис. 3.3)

синхронизирующий  импульс от генератора начинает цикл работы ПНВ, размыкая ключи 6А9, 6А10.2 и  замыкая ключ

6А11.2. Тем самым  на усилитель 6А15 подается отрицательное  напряжение с делителя 6R40 – 6R42. Поскольку данный

усилитель интегрирующий, то на его выходе, подключенном к  входу НО2, происходит накапливание напряжения на

конденсаторе 6С32. Когда оно достигает значения U_о, то нуль-орган НО2 срабатывает (момент t₂) и с его выхода идет

прямоугольный импульс, передний фронт которого размыкает  ключ 6А11.2 и замыкает ключ 6А10.1. В  результате

отрицательный полезный сигнал U_с, пропорциональный скорости, проходит на 6А15, накапливаясь на том же

конденсаторе 6С32.

В этот же момент времени t₂ блок СУ начинает формировать другой прямоугольный импульс с фиксированной

длительностью τ = 18 мкс. В момент времени t₃ задний фронт импульса размыкает ключ 6А10.1 и замыкает ключ

6А11.1. Таким образом,  за время τ = 18 мкс конденсатор зарядится полезным сигналом – U_с на величину,

пропорциональную  скорости судна. Очевидно, что чем  больше скорость V, тем больше сигнал – U_с, тем до большей

величины зарядится  конденсатор. Так происходит интегрирование полезного сигнала.

 

В момент времени  t₃ через ключ 6А11.1 на вход усилителя 6А15 подается положительное опорное напряжение. Поскольку оно имеет противоположный полезному сигналу знак, то конденсатор начинает разряжаться, формируя передний фронт нового импульса т₁. Когда конденсатор разрядится до уровня U_о (момент времени t₄), срабатывает нуль-орган НО2, образуя задний фронт импульса i1, который через схему управления ключами СУ приводит их в исходное (первоначальное) положение, то есть размыкает ключ 6А11.1 и замыкает ключи 6А9 и 6А10.2. Через последний конденсатор разряжается на корпус до нуля (момент времени t₅), и схема ПНВ окончательно готова к новому циклу. Следует отметить, что создание импульса i1 происходит интегрированием - U_оп. Длительность i1 тем больше, чем больше заряд конденсатора, который пропорционален скорости V. Следовательно, i1 ~V.

Достоинством  рассмотренной схемы является независимость  длительности т₁, а значит, и показаний лага от изменения напряжения судовой сети. Действительно, за время т₀ происходит зарядка конденсатора до величины т₀ ~ U_c. Разрядка происходит за время i1 на величину i1 ~ U_оп. Очевидно, что ю U_c =x₁ U_оп.

На такую

Допустим, что  произошло изменение напряжения питания на К %, то есть, достигло величины U

V

100

же величину в процентном отношении изменяются и зависящие от него U_c и U_оп. Следовательно,

'100 ±KЛ (100±K^Л

т_л-U

100

100

V

т_п ■U

J

J

V

Это выражение  показывает, что временной интервал i1 не зависит от колебаний напряжения судовой сети. Нуль-орган НО2 с момента первого срабатывания до момента второго срабатывания формирует импульс т = ю + ц. Схема управления ключами СУ исключает из него постоянный временной интервал т₀ = 18 мс. Выходной сигнал блока ПНВ в виде прямоугольного импульса ц = nV подается на вход преобразователя "время - цифра" (ПВЦ). Здесь n -коэффициент пропорциональности, зависящий от конструктивных параметров схемы.

    В блоке ПВЦ имеется ждущий мультивибратор МВЖ, который вводится в действие установкой переключателя 6S1 (рис.2.4, 3.2, 4.1) в положение "Ручной ввод". Мультивибратор формирует прямоугольные импульсы, длительность которых регулируется переменным резистором 6R1 с помощью специальной рукоятки. Данные искусственно созданные импульсы поступают через схему управления ключами СУ на цифровой фильтр для выработки отсчета введенной скорости и пройденного расстояния.

 

    

3.2.3. Преобразователь "время – цифра"

    Преобразователь "время – цифра" (ПВЦ) служит для преобразования прямоугольных  импульсов длительностью τ₁ = nV, поступающих из ПВЦ, в отсчеты скорости V и пройденного расстояния s. В состав ПВЦ входят: цифровой фильтр ЦФ, корректор К, устройство индикации скорости УИС, устройство индикации расстояния (рис. 3.2). Работает преобразователь следящим образом. Импульсы τ₁ с частотой следования 8 Гц из схемы управления ключами СУ поступают на вход цифрового фильтра ЦФ. В нем происходит осреднение величин импульсов за промежуток, равный постоянной времени фильтра, и вырабатывается средний прямоугольный импульс τ_ср. Таким образом, ЦФ значительно снижает случайную погрешность измерения скорости (см. 1.3.3). С увеличением волнения моря значение случайных погрешностей возрастает, поэтому в фильтре предусмотрено увеличение постоянной времени (времени осреднения), для этого достаточно переключить тумблер 6S3 в положение 2. Строб τ_ср заполняется в ЦФ счетными импульсами от ГПИ с частотой f₀ = 250 кГц.

В схеме предусмотрено  также исключение из показаний лага систематических погрешностей. Для  этой цели служит корректор К, который работает по программе, заданной по данным испытаний лага на мерной линии (см. гл. 5). Программа определяется характером и величиной поправок лага и вводится в действие дискретно, через один узел. Сигнал τ_ср из цифрового фильтра поступает на схему И, откуда через делитель К=100 передается на корректор К, который вырабатывает импульсы дополнительной частоты f_доп, пропорциональные поправке лага при данной скорости судна.

    С помощью схемы И производится исправление частоты (f₀ + f_доп) в импульсе τ_ср, который поступает в устройство индикации скорости УИС на счетчик импульсов СИ. Последний преобразует информацию в двоично-десятичный код и передает на регистр памяти РП. Одновременно с генератора прямоугольных импульсов ГПИ на регистр памяти поступают управляющие импульсы, которые определяют периодичность индикации скорости 1 Гц. Поскольку частота следования импульсов τ_ср равна 8 Гц, то за 1 с (период обновления информации) счетчик импульсов посчитает количество заполняющих импульсов как величину, равную 8 (f₀ + f_доп). По этой причине на пути к СИ эта информация проходит делитель К=8. В результате деления на 8 решается не только задача правильного подсчета импульсов в СИ, но и происходит дополнительное осреднение информации о скорости.