NO165003B - Kompass. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår fjernavleste kompasser, og mer spesielt kompassutførelser som tillater kontinuerlig 360° rotasjon rundt rulleaksen.

Som diskutert i U.S. patent 4.027.398, er det ofte et be-hov for et fjernavlest magnetkompass som frembringer et elektrisk utgangs-signal til å representere kompasskursen. Et spesielt effektivt digitalt kompass er subjektet for U.S. patent nr. 3.888.016, hvor en kompass-skive inneholder et flertall av optisk kodede spor som blir fotoelektrisk følt for å frembringe et digitalt utgangs-signal som representerer kompasskursen. Den kodede skiven blir understøttet for rotasjon rundt en normalt vertikal akse ved et øvre og et nedre dreielager som også opp-rettholder optisk innretning av den fotoelektrisk følte skiven i forhold til den tilhørende sensor. Kompasset er montert i et kardan-oppheng for å opprettholde en horisontal skiveorientering og å minimalisere falske bevegelser av skiven.

Skjønt forbindelser til et slikt kompass kan bli gjort ved elektriske ledninger, må det forstås at kompasset må hindres med stoppere fra å rotere 360° rundt rulleaksen for å hindre brudd av ledningene fra det ytre kompasshuset til kompasset. Tidligere har sleperinger eller lignende vært brukt til å tillate 3 60° rotasjon rundt rulleaksen, men slepering-utførelser er gjenstand for slitasje, og frembringer et uforholdsmessig høyt innhold av falske signaler når signalet blir sendt gjennom slepering-koblingen.

Som vist i U.S. patent 4.047.168, har det også vært gjort forsøk på å sende signalene gjennom to enkle punkt-kontakter gjennom ledende juvel-lagere i kardan-oppheng langs rulleaksen. Denne type mellomkobling er effektiv ved lave datahastigheter, men er noe upålitelige ved høyere datahastigheter. Årsaken er kontakt-prell, som ikke er en viktig faktor ved så lave datahastigheter som 500 Hz, men som resulterer i tapte data ved de 20 KHz datahastigheter forbundet med det ovennevnte, fjernavleste kompass. Påliteligheten er således ikke optimal, verk-en for sleperinger eller punkt-kontaktforbindelser i systemer med høye datahastigheter.

360° rotasjon er viktig når fjernavleste kompasser blir brukt i seismiske instrumentkabler, hvor kabel-linen surrer og roterer rundt rulleaksen mens den blir slept. Hvis 360° rulle-

frihet ikke kan oppnås, vil kompasset frembringe falske av-lesninger når den vertikale svingeakse ikke kan opprettholdes. Det skal bemerkes at fjernavleste kompasser som benytter fjær-belastede, ledende dreielagere og et enkelt sylindrisk hus for å tillate montering i ins.trumentkabler, er tilgjengelig som Digicourse modeller 318, 319, 320 og 321. Modellene 225, 226 og 227 benytter et enkelt sylindrisk hus med faste elektriske forbindelser.

Som ytterligere bakgrunn, kan det bemerkes at de tidlige Anschultz-gyroskoper, som vist f.eks. ved U.S. patentene 1.589.039 og 3.373.617, var utstyrt med en halvledende væske mellom en indre gyro-struktur og et ytre hus. Alle disse gyro-ene var av en kuleformet konstruksjon, og skjønt 360° rotasjon var tillatt rundt svingeaksen, var rotasjon rundt rulleaksen strengt begrenset. Elektrisk kraft ble tilført det ytre skjell ved nord- og syd-polene. Den elektriske kraft ble sendt gjennom en halvledende væske til en fasedeler-krets som frembragte tre-faset kraft for gyroskopet. På den tiden ble orienteringen av gyroskop-innretningen avlest ved bruk av elektrisk ledende strimler på det indre og ytre skjell gjennom en null-krets. Man vil forstå at tapene mellom elektrodene på en sfærisk overflate gjennom den halvledende væske er store på grunn av den sfæriske geometri,, spesielt med små miniatyr-kuler. Anordninger som benytter disse små kuler trekker betydelige mengder av strøm på grunn av den nære avstand mellom elektrodene på kulene, og de tilhørende meget korte lederbaner over kulenes overflate. Små kuler er viktige for miniatyriseringen av digital kompasser, men deres bruk har hittil vært begrenset på grunn av vanskelig-heten med å koble signalene inn og ut av kompassene, og fordi bruken av en mellomkobling med en ledende væske har det problem-et at tapene og strømforbruket er store. Kravet til uhindret 360° rotasjon av den indre del av kompasset rundt rulleaksen presenterer usedvanlige vanskeligheter i transmisjonen av store mengder informasjon uten bruk av direkte ledninger. Da disse kompasser kan være plassert et stykke borte, og derfor er relativt utilgjengelige, er pålitelighet av største viktighet for å oppnå pålitelige, vibrasjonsfrie digitale utgangs-signaler av kompasskursen.

For å frembringe et miniatyrisert, fjernavlest 360° svinge-og rulle-kompass med pålitelig utlesning av kompass-kursen uten bruk av direkte ledninger, er det anordnet et sylindrisk kardan-oppheng og utlesnings-system. I en utførelse er en ytre sylinder totalt fylt med en halvledende væske. Den ytre sylinder inneholder en koaksialt plassert indre sylinder på hvilken er montert et fjern-avlest kompass. En halvledende væske fyller rommet mellom to adskilte plater eller elektroder i endende av den indre og den ytre sylinder, med elektrodene plassert langs, og i rett vinkel med, rulleaksen ved hver ende av sylindrene. Elektrisk kontakt til og fra kompasset er anordnet over flatene og den mellomliggende, halvledende væske, hvor platenes store overflate frembringer pålitelig elektrisk forbindelse for av-lesningen av kompasset. Den sylindriske utformning er viktig fordi den gir tilstrekkelig elektrode-avstand til å begrense lekkasjestrøm fra en elektrode til den andre gjennom den halvledende væske langs sylindrenes lange akser. Den spesielle sylindriske utformning tillater således miniatyrisering uten for stor lekkasje og dermed strømforbruk ved å anordne en langstrakt strømbane i lengderetningen.

Mer spesielt, er det i en utførelse et kompass-kort og en multiplekser/utløsnings-krets montert inne i et sylindrisk indre hus, og kardan-oppheng rundt retteaksen til et kretskort i det sylindriske indre hus for delvis å opprettholde en vertikal kompass-orientering. For å anordne den andre delen av den vertikale kompass-orientering, er det sylindriske indre hus kardan-montert til et fast eller fastspent, koaksialt plassert sylindrisk ytre hus for 360° rotasjon rundt anordningens rulleakse. Det sylindriske indre hus har elektrisk ledende endeplater ved hver ende, mens størstedelen av det sylindriske indre hus er elektrisk ikke-ledende. Det ytre hus har elektrisk ledende endeplater, parallelle med endeplatene av det sylindriske indre hus. Det sylindriske ytre hus er også av elektrisk ikke-ledende mate-riale. Elektriske ledninger er tilført endeplatene for det sylindriske ytre hus, og elektrisk kontakt blir etablert mellom platene ved å fylle det sylindriske ytre hus med en halvledende væske. Avhengig av radiene av de sylindriske indre og ytre hus, lengden av det sylindriske ytre hus, og avstanden mellom til-støtende plater, er det mulig å oppnå en 99,97% transmisjon til belastningen inne i det sylindriske indre hus, hvor belastningen

er prosess-kretsene for det fjernavleste kompass.

Strømtapene i forbindelse med tilføringen av elektrisk kraft gjennom den halvledende væske fra en ende av det sylindriske ytre hus til den andre kan minimaliseres ved å øke ohm pr. kvadrat i den halvledende væske. Mens den samme transmisjons-prosent kan bli oppnådd med en væske med en ohm pr. kvadrat på 1 ohm, kan endring av væskens ohm pr. kvadrat-karakteristikk til 100 ohm redusere strømtapene med en faktor på 100.

Det som er oppnådd ved bruken av den halvledende væske er en pålitelig forbindelse mellom det digitale kompass og dets hus, uten bruk av et fastkoblet system, og uten bruk av punkt-kontakt, kardan-opphengte konnektorer.

Den halvledende væske er valgt med 1 ohm pr. kvadrat så høy som mulig, som har en minimal degradering med tiden, og som og-så frembringer en passende dempnings-faktor for det indre huset, uten samtidig å begrense den frie rotasjon av det indre huset.

Man har i den foreliggende oppfinnelse funnet at en halvledende væske faktisk kan bli benyttet i den ovenstående geo-metriske utforming for transmisjon av kompliserte multipleks-signaler ved et relativt lavt nivå, uten betydelig tap av data-innhold, og uten betydelig tap av effekt. Dessuten tillater bruken av en halvledende væske for transmisjon av multipleks-signaler, produksjon av laveffekts komponenter for høye datahastigheter .

Disse og andre trekk ved denne oppfinnelsen skal beskrives i forbindelse med den detaljerte forklaring tatt under henvis-ning til tegningene, hvor: Figur 1 er et utsnitt og et isometrisk riss av en utførelse av kompasset ifølge oppfinnelsen, og illustrerer de koaksiale sylindriske indre og ytre hus, forbundet gjennom en halvledende væske; Figur 2 er et skjematisk diagram av en ekvivalent elektrisk krets for en del av kompasset på figur 1; og Figur 3 er et sideriss, delvis i snitt, av kompasset på figur 1.

På figur 1 er det vist et fjernavlest kompass 10 med et magnetisk element 12 og et kompass-kort 14 kardan-opphengt langs en setteakse 16, med kortet 14 og opphengt apparat flytende inne i et hus 18, slik at kortet 14 er fritt til å dreie seg 360° rundt svingeaksen 20. Kompasset 10 er kardan-montert for 360° rotering rundt rulle-aksen 22 på grunn av kardan-monteringen til et kretskort 24, montert i et sylindrisk indre hus 26 som er kardan-montert til et sylindrisk ytre hus 28 ved kardan-juvelene 30 på rulleaksen 22.

Det sylindriske indre hus 26 er forsynt med elektrodene

32 og 34, henholdsvis på støtte-skivene 33 og 35 på hver ende av kretskortet 24. Det fjernavleste kompass 10, av den type som tidligere beskrevet i U.S. patent 3.888.016, er forbundet via kabelen 38 og linjene 40 og 42 til de respektive elektroder 32 og 34. Mellom støtteskivene 33 og 35 er det en elektrisk ikke-ledende sylindrisk hud 44 som fullfører det sylindriske indre hus. Det sylindriske ytre hus omfatter elektrodene 4 6 og 48, sentrert på rulleaksen 22, og parallelle med elektrodene 32 og 34 slik at alle elektroder er perpendikulære med, og langs rulleaksen. Disse elektrodene er montert på støtteskivene 47 og 49. Det sylindriske ytre hus er også elektrisk ikke-ledende som indikert ved 50. Elektrisk kontakt, både for kraft-tilførsel og for de-modulering av signalene fra kompasset 10, er anordnet ved 52, slik at kraft fra en kraftforsynings-krets 54 kan bli forsynt til kompasset 10, og slik at de digitale signaler fra kompasset 10 kan bli demultiplekset ved 56 og lest ut av en passende enhet 58.

For å etablere en elektrisk forbindelse mellom linjene 60 og 62 og kompasset 10, er regionen mellom det sylindriske indre hus og det sylindriske ytre hus fylt med en halvledende væske. Denne væske kan være sjøvann, eller i alminnelighet enhver halvledende væske med en passende ohm/kvadrat-karakteristikk.

Man vil forstå at datahastigheten kan være i størrelses-orden 20 KHz, og man har funnet i den foreliggende oppfinnelse at en så høy datahastighet faktisk kan bli lest ut fra kompasset 10 gjennom mellomkoblingen som består av de adskilte elektroder og den halvledende væske mellom dem. Som et eksempel, anta at radien av elektrodene 32 og 34, r^ er lik 24,8 mm. Anta at radien av elektrodene 46 og 48, r^ r er lik 2 5,4 mm, anta at lengden mellom tilstøtende elektroder er 0,5 mm, og anta videre at lengden av det sylindriske ytre hus mellom elektrodene 46 og 48 er 101 mm. Det kan demonstreres, at med en væske som har en ohm/kvadrat-karakteristikk på 1 ohm, vil motstandsverdi-ene på den ekvivalente krets på figur 2 være som illustrert, f.eks. 40 ohm for motstanden 64 og 0,0066 ohm for motstandene 66 og 68, hvor belastningen 70 er den belastning som utgjøres av det fjernavleste kompass 10. Bemerk at motstanden mellom elektroder gjennom enhver væske er gitt ved den følgende formel: R = ~ (ohm/kvadrat). Mo.tstandsverdien for motstanden 40 er gitt ved formelen R = L2/A = lj2^ 3Tr2 <2> ~ 3J' ri 2)' °9 motstanden mellom tilstøtende elektroder er gitt ved R = L^/A.

Transmisjons-prosenten for ovenstående tilfelle kan beregnes til 99,97%, som representerer en meget høy koblingsfaktor til det digitale kompasset, og tillater utlesning av den høye datahastighet.

Mens eh halvledende væske med en ohm-karakteristikk på 1 ohm frembringer en 99,97% transmisjons-karakteristikk, må det forstås at effekt-tapene kan bli redusert med to størrelsesordener ved å justere væsken til en ohm/kvadrat-karakteristikk på 100 ohm. Dette resulterer i en motstand 64 med en 4.000 ohm verdi, mens motstandene 66 og 68 har en 0,6 ohm karakteristikk. Som man kan se, er transmisjons-prosenten den samme, mens effekt-tapene er proporsjonale med ohm/kvadrat-karakteristikken av den halvledende væske.

Det henvises nå til figur 3, som er et sideriss og et utsnitt av en sylindrisk utførelse av kompasset ifølge oppfinnelsen, hvor like deler er gitt like referanse-karakterer. På denne figuren vil det bemerkes at kompasset er begrenset kardan-montert rundt setteaksen, som illustrert ved pilen 72, med stoppere anordnet ved åpningen 72 i kretskortet 24.

Kompasset 10 er utstyrt med en vekt eller masse 76 ved bun-nen av kompass-huset for å anordne et opprettings-moment, slik at kompasskortet 14 roterer rundt en vertikalt orientert svingeakse.

Man vil også bemerke i denne figur, at regionen mellom de sylindriske indre og ytre hus er fylt med en halvledende væske 78 for å anordne den elektriske forbindelse mellom de tilstøt-ende elektroder, uansett rotasjons-vinkelen av det indre huset i forhold til det ytre huset.

Claims (10)

1. Kompass omfattende et ytre, elektrisk ikke-ledende hus, med svinge-, sette- og rulle-akser og adskilte elektrode-plater, hvor i det minste en del av en elektrode-plate er perpendikulær med rulle-aksen, karakterisert ved et indre, elektrisk ikke-ledende hus montert inne i det ytre hus for 360° rotasjon rundt rulleaksen av det nevnte ytre hus, hvor det indre huset er montert inne i det ytre huset mellom de nevnte, adskilte elektroder, og det indre huset har elektrode-plater, som hver er adskilt fra og orientert parallell med en tilsvarende elektrodeplate i det ytre huset; et digital-kompass montert i det indre huset hvor digital-kompasset har et digital-multiplekset utgangs-signal og et magnetfelt-følerelement montert for rotering rundt den nevnte svingeakse; en anordning for å koble det nevnte digital-kompass til elektrodeplatene i det indre huset; og en halvledende væske mellom tilsvarende elektroder i de nevnte indre og ytre hus, hvorved kraft kan bli levert til det nevnte digital-kompasset via forbindelser til elektrodeplatene i det nevnte ytre hus, og hvorved digitale data fra det nevnte digital-kompass kan bli lest ut via forbindelsen til elektrodeplatene i det nevnte indre hus.

2. Kompass ifølge krav 1, karakterisert ved at det indre og det ytre hus er sylindriske.

3. Kompass ifølge krav 1, karakterisert ved at det indre og det ytre hus er sylindriske, at elektrodeplatene i det ytre hus er flate skiver ved hver ende av det ytre huset, og at elektrodene i det indre huset er flate skiver plassert ved hver ende av det indre huset.

4. Kompass ifølge krav 3, karakterisert ved at det indre huset omfatter en anordning for kardan-opphenging av det indre huset til det ytre huset langs rulle-aksen.

5. Kompass ifølge krav 4, karakterisert ved at kardan-anordningen omfatter dreiepunkter på de flate skivene forbundet med det ytre huset, og at dreiepunktene er innrettet til å kontakte de flate skivene forbundet med det nevnte indre huset.

6. Kompass ifølge krav 5, karakterisert ved at dreiepunktene er elektrisk ikke-ledende.

7. Kompass ifølge krav 5, karakterisert ved at dreiepunktene er plassert langs den nevnte rulleakse.

8. Kompass ifølge krav 3, karakterisert ved at det indre huset omfatter et kretskort mellom de flate skivene forbundet med det indre huset, at digital-kompasset omfatter et hus og en anordning for å montere digital-kompass-huset til det nevnte kretskort slik at digital-kompasset er fri til en begrenset rotasjon rundt setteaksen.

9. Kompass ifølge krav 8, karakterisert ved at kretskortet har en åpning, at digital-kompass-huset er montert i denne åpningen, og at det videre omfatter en anordning som omfatter dreiepinner koblet mellom digital-kompass-huset og det nevnte kretskortet for å tillate en begrenset rotasjon rundt den nevnte setteakse.

10. Kompass ifølge krav 1, karakterisert ved at det også omfatter en anordning for å bringe elektrisk kraft, til de adskilte elektrode-plater forbundet med det nevnte ytre huset, og en anordning koblet til de adskilte elektrodeplater forbundet med det nevnte ytre huset for demultipleksing av digital/multipleks-utgangs-signalet fra det nevnte digital-kompass.