FR2463418A1 - Appareil de detection de composantes du champ magnetique terrestre pour compas - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN APPAREIL DE DETECTION DE COMPOSANTES DU CHAMP MAGNETIQUE TERRESTRE. ELLE SE RAPPORTE A UN APPAREIL COMPRENANT UNE SONDE ELECTROMAGNETIQUE 15 AYANT UN NOYAU TOROIDAL PLAT 1 ENTOURE PAR UN ENROULEMENT EXCITATEUR 2, ET DEUX PAIRES DE BOBINES DE CAPTEURS 4, 6-5, 7, DETECTANT DES COMPOSANTES PERPENDICULAIRES DU CHAMP MAGNETIQUE. LES CHAMPS SONT ANNULES PAR UNE REACTION EN BOUCLE FERMEE PROVOQUANT LA SUPPRESSION DES COURANTS CIRCULANT DANS LES PAIRES DE BOBINES 4, 6-5, 7. APPLICATION A LA FABRICATION DE COMPAS N'AYANT AUCUNE PIECE MOBILE.

Description

La présente invention concerne les appareils de détection de composantes

du champ magnétique terrestre, et notamment des compas, ayant des capteurs magnétiques d'azimut ou une sonde électromagnétique dans lesquels des composantes perpendiculaires du champ terrestre sont annulées par la réaction en boucle fermée de courants d'annulation circulant dans des paires correspondantes

d'enroulements de détection d'une sonde électromagnétique.

Un capteur directionnel du champ magnétique terrestre à sonde électromagnétique de type connu a une structure comprenant un noyau feuilleté à trois

branches régulièrement disposées, un enroulement d'ex-

citation et des enroulements de détection entourant

chacune des trois branches du noyau et couplés à celui-

ci, cette structure étant décrite en détail dans la lit-

térature technique et notamment dans le brevet français n' 951 689 et dans le certificat d'addition à un brevet français n0 72 094. De telles sondes électromagnétiques sont normalement montées dans le plan du noyau qui est placé horizontalement, afin qu'elles mesurent le champ

magnétique terrestre horizontal total, avec une compen-

sation convenable des effets des erreurs produites par les champs magnétiques parasites créés par la structure du véhicule sur lequel la sonde est montée. De telles

sondes électromagnétiques peuvent être utilisées direc-

tement dans les systèmes de transmission de données à

trois fils et à boucle ouverte à synchronisation auto-

matique "Selsyn", soit pour l'asservissement d'un gyros-

cope directionnel soit pour la formation d'une repré-

sentation analogique directe ou d'une indication de l'angle de l'axe longitudinal d'un véhicule par rapport

au nord magnétique, au niveau d'un dispositif récepteur.

Cependant, ces systèmes à boucle ouverte présentent di-

vers inconvénients. Par exemple, le signal de sortie de la sonde électromagnétique à noyau à trois branches est riche en harmoniques et la démodulation précise est

difficile surtout dans le cas des signaux de faible ni-

veau. Les vibrations du véhicule font aussi apparaître

des signaux parasites de sortie de la sonde. La trans-

formation des courants alternatifs de la sonde électro-

magnétique en signaux unidirectionnels de sinus et de cosinus ayant une précision suffisante, souvent nécessai-

re dans un appareillage de navigation, est difficile.

On a alors réalisé des systèmes à boucle fer-

mée comprenant des compas, destinés à remédier à cer-

tains des inconvénients précités, par exemple comme dé-

crit dans les brevets français n0 69.44 893 et 75.36 668.

Dans ces systèmes, le signal de sortie d'une sonde élec-

tromagnétique à trois branches est transformé en signaux continus représentatifs des composantes du vecteur champ magnétique terrestre détecté. Ces courants constituent les signaux utiles de sortie du compas et ils sont

aussi renvoyés dans les branches de la sonde électro-

magnétique, avec un sens qui provoque une annulation pratiquement totale du vecteur champ magnétique. Ainsi,

le compas fonctionne à peu près en condition d'annula-

tion, en boucle fermée, et donne une meilleure précision

directionnelle surtout, comme décrit dans le brevet fran-

çais précité n0 69.44 893.

L'invention donne les avantages d'un fonction-

nement asservi et d'une meilleure linéarité autour d'une condition d'annulation d'erreur, et permet la formation d'un système à compas peu encombrant et peu coûteux, coopérant avec une sonde électromagnétique miniature

ayant une forme toroldale plate. La sonde électroma-

gnétique utilisée peut comporter deux paires coopé-

rantes de bobines de capteur afin que le champ magné-

tique terrestre soit facilement résolu en composantes parallèle et perpendiculaire à l'axe de référence de direction de la sonde, les deux jeux de bobines de capteur étant montés orthogonalement et diamétralement sur le noyau toroldal de la sonde électromagnétique. La

configuration des bobines permet une annulation automa-

tique des effets de polarisation qui, lorsqu'ils sont

présents, peuvent provoquer la création d'erreurs indé-

sirables revenant tous les cycles ou tous les deux cy-

cles. En outre, les composantes parallèle et perpendi-

culaire du champ terrestre sont créées dans la même son-

de électromagnétique et subissent une manipulation par- tagée dans le temps dans le même canal du compas si

bien que les erreurs de gain des systèmes à deux ca-

naux sont éliminées. De plust la composante parallèle et la composante perpendiculaire du champ magnétique

terrestre sont toutes deux déterminées sans déplace-

ment ou rotation physique de la sonde électromagnétique si bien que la dimension, le coût et l'énergie consommée

peuvent être réduits alors que la fiabilité est accrue.

D'autres caractéristiques et avantages de

l'invention ressortiront mieux de la description qui

va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: - la figure l est une vue en plan avec des parties arrachées d'un capteur de deux composantes, à sonde électromagnétique, comprenant un appareil selon l'invention; - la figure 2 est un diagramme synoptique représentant un processeur de l'appareil coopérant avec l'une des deux paires de bobines de capteur de la sonde

électromagnétique de la figure 1, cette figure repré-

sentant les différents composants électriques et leurs connexions; et - la figure 3 est un diagramme synoptique en

partie sous forme schématique représentant une applica-

tion de l'appareil dans un système à partage de temps, destiné à la mesure des composantes orthogonales du

champ magnétique terrestre et au calcul de données pré-

cises de cap magnétique, certaines erreurs étant auto-

matiquement éliminées au cours du processus de calcul.

La sonde électromagnétique miniature incor-

porée au compas considéré, contrairement à une sonde

électromangétique à noyau à trois branches, a la struc-

ture annulaire représente sur la figure 1. Le-noyau 1 de la sonde 15 est formé d'un seul disque mince ayant

une ouverture et formé d'un alliage fer-nickel de permé-

abilité magnétique élevée et ayant de faibles pertes par hystérésis, par exemple d'alliage disponible sous la marque de fabrique "Supermalloy" auprès de Magnetics, Inc, Butier, Pennsylvanie, Etats-Unis d'Amérique. Dans un mode de réalisation de l'invention, le noyau 1 a un diamètre externe de 74 mm environ et un diamètre interne de 69 mm

environ, son épaisseur étant de 4 mm environ. Un enrou-

lement interne 2 d'excitation ayant par exemple 700 spi-

res et des bornes 3, est enroulé de façon continue au-

tour du noyau 1; un ruban protecteur ou isolant ou une

autre matière convenable peut être utilisé comme indi-

qué par la référence 8 pour le recouvrement de la bobine 2 d'excitation qui a de nombreuses spires. Le noyau 1 est de préférence excité par application d'un courant électrique dans la bobine 2 afin que le noyau 1 soit saturé magnétiquement deux fois par cycle. Par rapport à la direction de référence repérée par la flèche 9 sur la figure 1, deux bobines rectangulaires et identiques , 7 de capteur qui coopèrent l'une avec l'autre sont

diamétralement opposées et sont placées perpendiculaire-

ment au noyau 1, dans le plan de la flèche 9. Une se-

conde paire de bobines coopérantes 4, 6 de capteur est placée perpendiculairement au noyau 1 et à la direction de référence indiquée par la flèche 9. Les bobines 4, 6, de même que les bobines 5, 7 sont semblables et elles ont toutes le même nombre de spires (100 par

exemple). Ainsi, les tensions induites dans les bo-

bines 4 et 6 par un flux excitateur variant périodique-

ment, créé par l'enroulement d'excitation 2, ont

la même amplitude en l'absence de tout champ magné-

tique terrestre ou autre. Les bobines 4 et 6 sont re-

liées comme indiqué sur la figure 1, en série et en opposition, afin que la tension résultante mesurée entre le fil commun 12 et le fil de sortie 10 à 0 soit nulle en l'absence de tout champ magnétique appliqué extérieurement tel que le champ terrestre. De manière

analogue, les bobines 5 et 7 sont aussi montées en sé-

rie et en opposition afin que la tension résultante, apparaissant entre le fil commun 12 et le fil il de sortie à 90o,soit aussi nulle en l'absence d'un champ

magnétique appliqué de l'extérieur.

Lorsqu'un champ magnétique unidirectionnel

ayant une composante parallèle à la direction de réfé-

rence 9 est présent, des tensions-différentielles in-

duites dans les bobines 4 et 6 ont une fréquence double de celle du flux excitateur et une phase correspondant au sens du champ appliqué dans la direction de la flèche 9. En d'autres termes, les bobines 4, 6 connectées en série forment aux bornes 10, 12 une tension qui varie sinusoidalement en amplitude, en fonction de l'angle

formé par la direction du champ.magnétique unidirec-

tionnel appliqué et par l'orientation du plan des bo-

bines 4, 6. Le signal de sortie transmis par les fils 11, 12 des bobines coopérantes 5, 7 est analogue au signal de sortie des bobines 4, 6 mais est décalé de 900. Les sondes électromagnétiques du type général représenté sur la figure 1 sont bien connues et sont

avantageuses car elles ne peuvent pas s'aimanter ac-

cidentellement et ellessont très minces; elles sont décrites de façon générale dans le brevet britannique

no 621 486.

Le champ excitateur produit par l'enroule-

ment 2 excite le noyau 1 en le faisant passer à satura-

tion positivement et négativement à chaque cycle du

courant excitateur. Lorsque le champ terrestre unidi-

rectionnel est présent, il s'ajoute à l'excitation

alternative et provoque le passage du noyau i à satu-

ration plus tôt ou plus tard en fonction de la polarité du champ terrestre, qu'en l'absence de ce champ. En fait, cette opération provoque un déplacement dans le temps des tensions des paires des bobines de capteur si

bien qu'elles ne s'annulent plus lorsque le champ ter-

restre est présent et forment finalement une tension unidirectionnelle résultante qui est proportionnelle

au champ terrestre.

L'appareil de la figure 2 est utilisé pour la transformation voulue. On considère l'application de l'appareil à une sonde électromagnétique 15 ayant deux bobines 4, 6 de capteur qui sont diamétralement opposées et qui coopèrent. Les bobines associées 5, 7 peuvent être commandées de la même manière, en temps

partagé par rapport aux connexions 70, 71, comme dé-

crit plus en détail en référence à la figure 3.

Comme l'indique la figure 2, un oscillateur stable 96 joue le rôle d'un circuit de synchronisation pour le système qui travaille par exemple à 4 kHz et qui transmet, par un fil 97 de dérivation, des signaux parvenant à un circuit diviseur 74 et un démodulateur

51. On considère d'abord le trajet qui comprend le cir-

cuit diviseur 74 et qui transmet un signal, par exemple à 2 kHz, à l'entrée d'un amplificateur classique 75 de pilotage dont la sortie est reliée par un fil 76 à un circuit classique interrupteur 94. Le courant continu

transmis par une connexion 59 (reliée au circuit in-

terrupteur 94) est pratiquement un signal de niveau

constante étant donné la présence d'une source non re-

présentée reliée à une borne 58 et d'un générateur 56 d'une tension de référence, et il est utilisé pour la stabilisation de l'amplitude du signal de sortie du circuit interrupteur 94 dont le niveau est interrompu

à la fréquence du signal de sortie 76 de l'amplifica-

teur 75. Un condensateur 93 d'arrêt monté entre le circuit interrupteur 94 et un amplificateur intégrateur

92 transmet à celui-ci un train 93a d'impulsions bi-

polaires. L'effet de l'amplificateur intégrateur 92 et d'un condensateur 91 de couplage est la formation

d'une onde triangulaire bipolaire régulière 91a. Celle-

ci est transmise par un convertisseur tension-courant

classique 90 et une résistance 89, à l'enroulement exci-

tateur 2 de la sonde 15, avec sa forme triangulaire bi-

polaire qui est conservée à la sortie du convertisseur.

L'appareil de la partie supérieure de la fi-

gure 2 est utilisé pour la formation d'un signal utile

de sortie du compas, à une borne 57, et par l'annula-

tion du champ terrestre dans la sonde 15 par réaction.

A cet effet, la tension à fréquence double présente aux

bornes des enroulements 4, 6 lorsque le champ terres-

tre est présent, est couplée par des connexions 70, 71 et des connexions 36, 37, 73 à la résistance d'entrée

72 à partir de laquelle elle est transmise par un con-

densateur 38 d'arrêt à l'entrée d'un amplificateur al-

ternatif 39. Le signal de sortie de ce dernier est

transmis par un condensateur 50 d'arrêt à un démodu-

lateur 51. Ce signal d'entrée du démodulateur 51 -

est sous forme d'un signal d'erreur à fréquence dou-

blée (4 kHz) si bien que le signal de sortie de l'os-

cillateur 96 de synchronisation est directement couplé par le fil 97 afin qu'il permette le fonctionnement

de la démodulation dans le circuit démodulateur 51.

Le signal continu d'erreur démodulé est alors couplé à un amplificateur intégrateur 53 qui forme rapidement, dans les fils 30 et 55 et à la borne 57 de sortie, une

tension à niveau asymptotique constant 55a représenta-

tive de l'angle formé par le Nord et la direction 9 de

la sonde électromagnétique.

Le signal intégré 55a, dans le cas représenté, est le cosinus de la direction du champ terrestre et peut être transmis par le fil 30 et la résistance 29 à une première entrée du convertisseur tension-courant 31 dont la seconde entrée est reliée par une résistance 32

à la masse et auxconnexions 36 et 70. Un circuit résis-

tif 34, 35 diviseur de puissance transmet le signal de sortie du convertisseur-31 par une résistance 35 et un fil 30 à la première entrée du convertisseur 31 et transmet aussi le signal de sortie de ce dernier à

la connexion 36 par l'intermédiaire d'une résistance 35.

La borne 36 est aussi reliée à la masse par le fil 33 et

la résistance 32. L'intégrale du signal continu d'er-

reur présent à la sortie de l'amplificateur intégrateur 53 est ainsi renvoyée dans les bobines coopérantes 4, 6 de capteur d'une manière qui annule pratiquement

l'effet du flux du champ terrestre dans la sonde 15.

Le signal de sortie de l'amplificateur intégrateur 53 peut en outre être transmis sous forme d'un signal

utile indicateur de direction à un convertisseur clas-

sique tension-fréquence 80 qui utilise aussi la tension de référence à la connexion 59, provenant du générateur 56, afin que l'échelle soit. stabilisée. Le signal de sortie du convertisseur 80 peut alors être utilisé pour

une navigation ou pour une commande de vol, par exem-

ple dans un système classique 81 de traitement de don-

nées numériques. Il faut noter que, avant mise initiale

du circuit en fonctionnement, l'amplificateur intégra-

teur 53 est mis à l'état initial par mise du commuta-

teur 52 à l'état conducteur, par exemple par applica-

tion d'un potentiel convenable d'activation à une bor-

ne 52a de commande du commutateur ou par mise à la masse de la borne convenable de l'amplificateur 53,

suivant des techniques connues.

L'appareil représenté-sur la figure 2 peut être utilisé avantageusement avec les quatre capteurs 4, 6 et 5, 7 de la figure 1, comme représenté sur la figure 3 sur laquelle les quatre bobines de capteur sont représentées bien que la bobine 2 d'excitation et le noyau i ne soient pas représentés par raison de simplicité. Le rôle de la figure 3 est de représenter un avantage de l'appareil permettant l'utilisation dans des instruments originaux de navigation alors que jusqu'à présent, un déplacement physique de la sonde électromagnétique était nécessaire pour l'annulation de certains effets de polarisation. Dans cet appareil, certaines mesures et certains calculs sont effectués en série au cours du temps. Par exemple, les appareils connus effectuent une lecture de champ magnétique puis font tourner physiquement la sonde de 90 en azimut avant une seconde lecture. Dans l'appareil selon l'invention, l'inversion non mécanique des bornes de bobines permet finalement l'annulation des polarisations électroniques,

avec une économie d'énergie, et les composantes parallè-

le et perpendiculaire du champ terrestre sont toutes deux déterminées rapidement sans rotation de la sonde

électromagnétique.

Comme indiqué sur la figure 3, l'appareil met en oeuvre un arrangement de commutateurs représenté à titre purement illustrati' sous forme de commutateurs mécaniques rotatifs manuels 103, 106, 107, 125 qui sont tous commandés de façon synchronisée par une tringlerie 126 ou un autre mécanisme. Les hommes du métier peuvent noter que des commutateurs électroniques, par exemple à semi-conducteur, peuvent aussi être utilisés à leur place, et que les commutateurs peuvent être commandés

manuellement ou automatiquement en fonction d'un pro-

gramme prédéterminé au cours du temps. Le commutateur rotatif 103 détermine la condition du commutateur 52 de réglage de l'état initial du processeur 40 de la figure 2, par fermeture du commutateur 52 lorsque la

lame rotative du commutateur 103 est dirigée vertica-

lement vers le haut sur le dessin. Pour toutes les autres positions de la lame du commutateur 103, une tension positive d'une source non représentée, reliée

à la borne 100, est transmise par un bus 102 de ma-

nière que le commutateur 52 ne conduise pas.

Les commutateurs rotatifs 106 et 107 déter-

minent les états des commutateurs bidirectionnels 111, 112 et 113 de manière coordonnée. La première (position

verticale dirigée vers le haut), la seconde et la qua-

trième position du commutateur rotatif 106 assurent le couplage du potentiel de la masse par l'intermédiaire du bus 101 et des fils 108 et 109 aux commutateurs 111 et 113 alors que la troisième et la cinquième position

du commutateur rotatif 106 assurent le couplage du po-

tentiel positif du bus positif 102 aux commutateurs

111, 113 qui changent alors d'état. Le commutateur ro-

tatif 107 coopère uniquement avec le commutateur bidi- rectionnel 112, par l'intermédiaire du fil 110. Ce dernier est mis à la masse pour la première (position

verticale tournée vers le haut), la secondeet la troi-

sième position du commutateur 107 et il transmet une

polarisation positive pour ses deux dernières positions.

Le commutateur 111 a une entrée reliée à la connexion 70 du processeur 40. Il a aussi deux sorties 114 et 115 qui peuvent être sélectionnées. La sortie 114 est reliée à l'entrée du commutateur 112 et le fil 116 de dérivation parvient à une des deux entrées du commutateur 113. Le commutateur 112 a deux sorties possibles, l'une reliée à la paire de bobines 4, 6 montées en série et l'autre à la paire de bobines 5, 7 montées en série. A l'extrémité opposée au commutateur 112, les paires de bobines sont toutes deux reliées à un fil 115 du commutateur 111 et à la seconde entrée

du commutateur 113. Le signal de sortie unique du com-

mutateur 113 parvient à la connexion 71 du processeur 40

de la figure 2.

Les jeux de commutateurs qu'on vient de dé-

crire permettent la sélection de paires de bobines de capteur et leur inversion efficace, par couplage aux

connexions 70, 71 du processeur 40, dans cinq pas cy-

cliques successifs. Dans le premier pas, les signaux d'entrée des commutateurs 52, 111, 112, 113 sont tous au potentiel de la masse.Il s'agit d'un mode d'attente dans lequel l'évènement important est le fait que l'amplificateur intégrateur d'erreur 53 de la sonde

est maintenu à l'état initial de zéro.

Dans la seconde étape, seul le jeu de cap-

teurs 4, 6 à O0 est relié aux connexions 70, 71 par le commutateur 111, le fil 114, le commutateur 112, les bobines 4; 6, le fil 115 et le commutateur 113. Cet état est obtenu lorsque les commutateurs rotatifs 103, 106, 107 et 125 sont déplacés d'un pas depuis la

première position verticale tournée vers le haut, cha-

cun restant à sa seconde borne de contacteur. Après un court intervalle par exemple d'une seconde environ,

et lorsque la boucle de réaction comprenant la résis-

tance 29 et le convertisseur 31 s'est stabilisée, un échantillon du signal de sortie de la sonde est disponible à la connexion 57 de sortie du processeur 40. L'échantillon précédent est alors transmis à un circuit classique 127 d'échantillonnage et de maintien, le commutateur rotatif 125 étant déplacé

d'un pas afin qu'il permette le passage de l'échantil-

lon. Il y a quatre circuits d'échantillonnage et de maintien 127, 128, 129, 130 reliés chacun à l'une des

quatre dernières bornes du commutateur rotatif 125.

Les signaux de sortie des circuits 127 et 128 d'échan-

tillonnage et de maintien sont couplés, avec la pola-

rité indiquée, aux entrées opposées d'un dispositif additionneur 140 dont le signal de sortie est transmis par un fil 142 à une première entrée d'un générateur 143 de fonction tangente. De manière analogue, les

signaux de sortie des circuits 129, 130 d'échantillon-

nage et de maintien sont transmis, avec la polarité indiquée, aux autres entrées d'un second dispositif additionneur141 dont le signal de sortie est transmis par un fil 144 à une seconde entrée du générateur 143

de fonction tangente.Le signal de sortie de ce géné-

rateur 143 est transmis par un fil 145 à un généra-

teur 146 d'une fonction classique arctangente, si bien qu'un angle, par exemple le cap véritable 0, peut être indiqué sur un dispositif classique 148 d'affichage numérique. Il apparaît que les signaux de sortie des circuits 127, 128, 129, 130 d'échantillonnage et de maintien peuvent être transmis simultanément lorsqu'ils sont tous présents, aux circuits 14Q, 141 d'addition,

par des dispositifs bien connus, par exemple par cré-

ation d'un signal de transfert lorsque le commutateur solidarisé 124 est tourné vers l'emplacement du contact 122 relié à une source convenable d'énergie non repré-

sentée, à la borne123.

Il faut noter que les données conservées dans le circuit 127 d'échantillonnage et de maintien sont représentatives de la quantité Y =A sin 0+B (1) dans laquelle e représente la valeur voulue de l'angle

formé par le Nord magnétique et la direction 9 de ré-

férence de la sonde électromagnétique, A est un facteur

d'échelle qui dépend du gain électronique dans le sys-

tème et B est un terme indésirable de polarisation qui

dépend des anomalies du circuit.

Dans la troisième étape, les commutateurs rotatifs 103, 106, 107 et 125 sont tournés chacun vers les emplacements horizontaux. Alors que le signal

d'entrée de commande transmis au commutateur 112 con-

serve sa valeur, les signaux transmis par les fils 108, 109 aux entrées des commutateurs 111 et 113 sont

modifiés si bien que le courant circulant dans les bo-

bines 4, 6 montées en série est inversé. Ainsi, le

jeu de bobines montées à 0 subit une inversion élec-

trique de polarité par rapport à la connexion aux bor-

nes 70, 71 du processeur 40. Après le même intervalle

de temps (une seconde) qui est court, lorsque la bou-

cle 29, 31 de réaction s'est stabilisée, le nouveau signal de sortie de la connexion 51 est transmis au

second circuit 128 d'échantillonnage et de maintien.

La nouvelle quantité peut être représentée par l'é-

quation: Y2 = -A sin e + B (2) dans laquelle les symboles ont la même signification que dans l'équation (1). Les deux quantités Y1 et Y2 peuvent alors être transmises à un circuit 140 qui assure une soustraction algébrique et forme la fonction Y3 = 2A sin O (3) indépendamment de l'anomalie B qui pourrait créer une erreur indésirable revenant tous les cycles, si elle était présente. Dans l'étape 4, seul le jeu de bobines 5, 7 montées en série à 90 est relié par le commutateur 111, le fil 114, le commutateur 112, les bobines 5, 7, le fil 115 et le commutateur 1.13. Cet état est obtenu lorsque les commutateurs rotatifs 103, 106, 107 et 125 passent de la troisième à la quatrième

ou avant-dernière position de commutation. Après sta-

bilisation de la boucle de réaction, un troisième échan-

tillon du signal de sortie de la sonde est présent

à la connexion 57 de sortie du processeur 40. Cet échan-

tillon peut alors être transmis au troisième circuit 129 d'échantillonnage et de maintien, le commutateur

rotatif 125 s'étant déplacé vers sa quatrième posi-

* tion. Les données alors conservées dans le circuit 129 sont représentatives de l'équation Y4 = A cos 0 -I- B (4) Dans la cinquième étape, les commutateurs rotatifs 103, 106, 107 et 125 sont tous déplacés vers leur dernière ou cinqcuième position, les contacts mobiles étant tous dirigés vers le bas. Le signal d'entrée du commutateur 112 reste positif: alors que les signaux d'entrée des commutateurs, transmis par les fils 108 et 109, sont alors positifs si bien que

le courant circulant dans les bobines 5, 7 est inversé.

Ainsi, le jeu de bobines 5, 7 à 90 a une polarité

électrique inversée par rapport à la liaison aux bor-

nes 70, 71 du processeur 40. Après l'intervalle con-

venable de stabilisation, le nouveau signal de sortie de la connexion 57 est conservé dans le quatrième circuit 130 d'échantillonnage et de maintien. Cette

nouvelle quantité peut être représentée sous la for-

me: Y5 = -A cos O + B (5) Après soustraction des quantités représentées par les équations (4) et (5) dans un dispositif 141 d'addition algébrique, la quantité B est éliminée et le fil 44 transmet donc un signal représentatif de la quantité Y6 = 2A cos O (6) Le générateur 143 de fonction tangente est un circuit

diviseur classique si bien que la division de la quan-

tité Y3 par la quantité Y6 peut être facilement effec-

tuée et donne comme résultat Y7 = tg 3 (7) La valeur de l'angle 0 de l'équation (7) est facilement

tirée par le générateur classique 146 de fonction arc-

tangente si bien que la valeur de l'angle O peut être

facilement déterminée comme décrit précédemment.

L'examen des équations (1) à (7) montre clairement que les solutions peuvent être tirées par

plusieurs types d'instrument, notamment par utilisa-

tion d'un ensemble de circuits analogiques connus de traitement ou de calcul ou de circuits de calcul ou de traitement de données numériques. Par exemple, les différentes équations mettent en oeuvre des opérations

arithmétiques simples telles que l'addition, la sous- traction, la multiplication, la division et la forma-

tion de fonctions trigonométriques. De nombreux exem-

ples d'éléments de calcul aussi bien analogique que numérique sont connus pour la mise en oeuvre de ces opérations de calcul; on peut utiliser aussi des

calculateurs hybrides. Il apparaît en outre qu'un or-

dinateur numérique classique d'emploi universel ou un calculateur analogique d'emploi universel convient

à cet effet. On sait que les programmeurs des ordina-

teurs savent traiter les équations indiquées précé-

demment pour la formation d'organigrammes et pour la

transformation de ceux-ci en programmes et sous-

programmes permettant la résolution de ces équations,

en langage compatible de calculateur lors du traite-

ment des données et des instructions, les signaux de sortie formés pouvant être utilisés directement par

un dispositif normalisé d'affichage par exemple.

Ainsi, dans un mode de réalisation avanta-

geux, l'invention concerne un appareil formant compas, comprenant une sonde électromagnétique, consommant peu

d'énergie, peu encombrant, léger et d'une grande sou-

plesse d'application, comportant une sonde électro-

magnétique toroldale ayant deux paires de capteurs disposées de manière qu'elles séparent facilement les

composantes orthogonales du champ magnétique terrestre.

Les erreurs revenant tous les cycles ou tous les deux cycles sont annulées automatiquement Les erreurs des systèmes à double canal sont éliminées par partage dans le temps d'un canal commun. Aucun déplacement physique

du capteur de la sonde électromagnétique n'est néces-

saire pour l'obtention fiable de données précises.

L'annulation asservie du vecteur champ magnétique as-

sure un fonctionnement linéaire.

Claims (14)

REVENDICATIONS

1. Appareil de détection des composantes du champ magnétique terrestre, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif détecteur de champ magnétique comprenant un noyau toroldal (1) ayant une bobine d'excitation (2) et au moins des premières bobines de capteur (5, 7) diamétralement opposées, montées en série et en opposition et formant un premier élément

ayant une impédance, un générateur (56, 92, 94) d'on-

des triangulaires relié à la bobine excitatrice (2) afin qu'il fasse passer le noyau (1) à saturation

deux fois par cycle de l'onde triangulaire, un démo-

dulateur (51) commandé par le signal de déséquilibre du premier élément ayant une impédance, en présence

d'une première composante prédéterminée du champ ter-

restre, un premier intégrateur (53) commandé par le

démodulateur (51) et destiné à créer un signal inté-

gré de sortie, un circuit (31, 34, 35) commandé par l'intégrateur (53) et destiné à renvoyer le signal intégré au premier élément ayant une impédance afin

qu'il annule la composante prédéterminée du champ ma-

gnétique terrestre, et un dispositif utilisateur sup-

plémentaire (81) directement commandé par le signal intégré.

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le générateur d'ondes triangulaires comporte un générateur (56) d'une tension stable de référence, un circuit (94) d'interruption de cette tension stable de référence, et un second intégrateur (92) commandé

par le circuit d'interruption et destiné à former l'on-

de triangulaire.

3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé

en ce qu'il comprend en outre un convertisseur tension-

courant (90) commandé par le second intégrateur (92) et

destiné à assurer l'excitation de la bobine excitatrice.

4. Appareil selon l'une des revendications 1 et

2, caractérisé en ce qu'il comprend en>outre un oscil-

lateur (96) et un circuit diviseur de fréquence (74) commandé par l'oscillateur (96), le circuit diviseur

de fréquence (74) réglant la fréquence de fonctionne-

ment du circuit d'interruption, le démodulateur (51) étant en outre commandé par le circuit diviseur (74).

5. Appareil selon l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce que le cir-

cuit commandé par l'intégrateur comporte un convertis-

seur tension-courant (31).

6. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit commandé par l'intégrateur comporte un convertisseur tension-courant (31) ayant une entrée reliée par l'intermédiaire d'une première résistance (29) afin qiuVelle recoive le signal intégré, un circuit

diviseur de tension (34, 35) comprenant une seconde ré-

sistance montée entre d'une part la première résistance et l'entrée du convertisseur et d'autre part la sortie

du convertisseur, le circuit diviseur de tension com-

prenant en outre une troisième résistance (72) reliant la sortie du convertisseur en série à la paire de

bobines de capteur.

7. Appareil selon l'une quelconque des reven-

dications précédentes, caractérisé en ce que les bo-

bines opposées (5, 7) de capteur forment une première

paire de bobines diamétralement opposées et le dispo-

sitif détecteur de champ magnétique comprend une se-

conde paire de bobines de capteur (4, 6) diamétralement opposées, montées en série et en opposition, disposées sur le noyau toroldal (1) perpendiculairement à la

première paire de bobines (5, 7) diamétralement oppo-

sées, et formant un second élément ayant une impédance.

8. Appareil selon la revendication 7, caracté-

risé en ce qu'il comprend une matrice de commutation destinée à relier sélectivement le premier élément ayant une impédance, dans un premier ou un second état, au démodulateur (51) soit directement soit par connexion inverse de manière que, dans un premier état, le signal intégré soit de la forme Y, = A sin Q + B et, dans le second état, le signal intégré soit de la forme Y2 = -A sin 0 + B Q étant la valeur voulue de l'angle formé par le Nord magnétique et la direction de référence de la sonde électromagnétique, A étant un facteur d'échelle et B

étant un terme indésirable de polarisation du circuit.

9. Appareil selon la revendication 8, caracté-

risé en ce que la matrice de commutation est destinée en outre à relier sélectivement le second élément ayant une impédance au démodulateur (51) de manière qu'il se trouve dans un troisième ou un quatrième état dans

lequel il est relié directement ou sous forme inver-

sée au démodulateur, si bien que, dans le troisième état, le signal intégré de sortie est de la forme Y4 = A cos e + B et dans le quatrième état, le signal intégré de sortie est de la forme Y = -A cos O + B

10. Appareil selon la revendication 9, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre un premier, un se-

cond, un troisième et un quatrième circuit d'échantil-

lonnage et de maintien (127 à 130), la matrice de com-

mutation étant en outre destinée à transmettre sélec-

tivement et successivement les signaux intégrés de sortie du premier, du second, du troisième et du quatrième état afin que ces signaux soient conservés dans des circuits correspondants d'échantillonnage et

de maintien.

11. Appareil selon la revendication 10, carac-

térisé en ce qu'il comprend un premier dispositif d'ad-

dition (140) qui reçoit les signaux de sortie du pre-

mier et du second circuit d'échantillonnage et de maintien (127, 128), lorsqu'ils sont présents, et qui

en forme la somme algébrique représentée par l'équa-

tion: Y3 = 2A sin O

12. Appareil selon la revendication 11, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre un second dispositif d'addition (141) qui reçoit les signaux de sortie du

troisième et du quatrième circuit (129, 130) d'échan-

tillonnage et de maintien, lorsqu'ils sont présents, afin qu'il forme leur somme algébrique représentée par l'équation: Y6 = 2A cos O

13. Appareil selon la revendication 12, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre un5circuit diviseur

qui reçoit les signaux du premier et du second dispo-

sitif d'addition et qui forme la quantité: Y7 =tg 0 Y7 étant une quantité indépendante des paramètres A et B.

14. Appareil selon la revendication 13, caracté-

risé en ce qu'il comprend en outre un générateur (146) de fonction arctangente destiné à calculer l'angle 0

à partir de tg 0.