Функциональная схема лага

ИНДУКЦИОННЫЙ ЛАГ ИЭЛ-2М

Назначение

Индукционный электронный лаг ИЭЛ-2М так же, как и любой другой лаг, предназначен для измерения скорости судна и пройденного им расстояния. Он является относительным измерителем скорости, т.е. определяет скорость судна относительно воды. Для индикации скоро­сти судна и пройденного им расстояния в лаге имеются два устройства: указатель скорости и указатель пройденного расстояния. Оба индика­тора снабжены дистанционной репитерной передачей.

Основные технические характеристики лага

Индукционный лаг ИЭЛ-2М измеряет скорость судна в пределах от 0 до 30 уз. Основным его достоинством по сравнению с лагами предшест­вующего поколения является одинаково высокая точность измерения во всем диапазоне скоростей. Схема лага обеспечивает высокую стабиль­ность и точность измерений. При изменении солености морской воды от 2 до 36 и температуры от 2 до 36°С инструментальная погрешность лага остается практически постоянной. С уменьшением солености с 2 до 0,1 погрешность лага может увеличиться не более чем на 0,1 уз. В помеще­нии, где установлены приборы комплекта лага, допускается большой перепад температуры: от -10 до +50"С; инструментальная погрешность при этом может изменяться в пределах ±0,35 уз.

В схеме имеется блок, позволяющий контролировать работу от­дельных узлов и вести поиск неисправностей.

Питание лага осуществляется от судовой сети однофазного перемен­ного тока частотой 50Гц, напряжением 220 В. Потребляемая мощность составляет примерно 170 Вт (при cos j= 0,7), ресурс лага равен 50000 ч.

Комплект приборов лага

Вкомплект лага ИЭЛ-2М входят следующие приборы (рис. 1): индукционный преобразователь (прибор 9), центральный прибор (прибор 6), прибор питания (прибор 3), согласующий прибор (при бор 29), указатель скорости судна (прибор 1), указатель скорости V судна и пройденного им расстояния S (прибор 5), размножитель ин­формации (прибор 59) и прибор связи (прибор 119).

Прибор 9 является датчиком первичной информации, который представляет собой индукционный преобразователь, вырабатываю­щий электрический сигнал, пропорциональный скорости судна относи­тельно воды. Этот прибор устанавливается в специальном клинкете. Имеются две модификации индукционного преобразователя: с уста­новкой заподлицо с корпусом судна или с выдвижением за днище судна до 890 мм. На судах морского флота в настоящее время используют индукционные преобразователи, устанавливаемые заподлицо с корпу­сом судна (прибор 9Д с герметизированным кабелем). Размещение прибора 9 в клинкете позволяет легко заменить его в случае выхода из строя. На судах на подводных крыльях вместо прибора 9 применяют прибор 64, который монтируют стационарно.

Прибор 6 предназначен для преобразования сигнала, поступаю­щего от прибора 9 (или прибора 64), в показания скорости V судна и пройденного им расстояния S. В приборе 6 имеются блоки преобразо­вания, индикации, контроля и управления. Узлы центрального прибо­ра выполнены на современных электронных схемах.

Прибор 3 подключен к судовой сети (220 В). Он служит для подачи в схему лага напряжений требуемых значений: постоянного 5, 10, 16, 35, 90 В, переменного 7, 12, 20 В, 50 Гц. Кроме этого в приборе созда­ется опорное напряжение _~U_оп, необходимое для работы лага.

Прибор 29 согласует выходное сопротивление индукционного преоб­разователя с входным сопротивлением измерительной схемы прибора 6. В согласующем приборе размещен предварительный усилитель сигнала.

Прибор 1 представляет собой цифровой индикатор скорости (от 0 до 30 уз).

Прибор 5 содержит цифровой указатель скорости судна и механический счетчик пройденного судном расстояния.

Прибор 59 позволяет размножать, получаемую информацию и подключать к схеме лага дополнительно до семирепитеров скорости судна и пройденного расстояния.

Прибор 119 преобразует цифровой код скорости судна в аналоговую форму сигнала V, необходимую для подключения лага к гирокомпасу и радиолокатору.

При установке комплекта приборов лага на судне необходимо добиваться, чтобы длина (в м) соединительного кабеля между отдельными приборами не превышала допустимых приведенных ниже значений:

между прибором 3 и прибором 29................ 150

между прибором 3 и прибором 6.................. 50

между прибором 9 и прибором 29................ 10

Принцип действия лага

Чувствительным элементом лага является индукционный преобразователь (ИП), который вырабатывает сигнал _~U_ип, пропорциональный скорости V судна. Принцип действия индукционного преобразователя основан на явлении электромагнитной индукции. При движении судна поток морской воды обтекает торцовую поверхность корпуса ИП (рис. 2). На этой поверхности расположены два электрода 2.Линия, соединяющая электроды, перпендикулярна диаметральной плоскости (ДП) судна.

Сигнал _~U_ип снимается с элек­тродов 2 и передается в электриче­скую схему лага для преобразова­ния его в отсчет скорости V судна.

Рис. 3

При преобразовании сигнала _~U_ип квадратурная помеха отделяется от полезного сигнала и компенсируется.

На рис. 3 представлена блок-схема индукционного лага ИЭЛ-2М, поясняющая принцип преобразования сигнала ИП в показания скорости судна и пройденного расстояния.

При движении судна в индукционном преобразователе ИП возни­кает сигнал переменного тока _~U_ип, пропорциональный скорости V судна. Этот сигнал поступает в прибор 29, в котором находится пред­варительный усилитель УП, предназначенный для согласования вы­ходного сопротивления ИП с входным сопротивлением усилителя из­мерительного канала УИК. В блоке УИК производятся усиление сиг­нала _~U_ип и преобразование его в напряжение постоянного тока _U_с.

Одновременно с преобразованием сигнала из него исключается квадратурная помеха, которая всегда возникает в ИП при работе лага. Сигнал постоянного тока _U_с, свободный от помехи, с выхода УИК подается в преобразователь "напряжение—время" (ПНВ). Сюда же поступает опорное напряжение в виде сигнала постоянного тока _U_oп. Опорное напряжение вырабатывается в приборе питания (прибор 3), , поступает в усилитель опорного канала УОК, где усиливается и преоб­разуется в сигнал постоянного тока _U_oп.

В блоке ПНВ при помощи сигналов _U_с и _U_опвырабатывается прямоугольный импульс, длительность t которого пропорциональна скорости V судна. Для измерения значения t, т.е. для расчета скорости V, служит преобразователь "время—цифра" (ПВЦ). Определение осу­ществляется путем подсчета числа импульсов (за время т), поступаю­щих от генератора опорной частоты (f₀ = 250кГц). Чем выше скорость судна, тем длиннее промежуток времени t и тем большее число им­пульсов будет подсчитано за время t.

Эта информация поступает в устройство индикации скорости УИС и устройство индикации расстояния УИР. В итоге в блоке УИС выра­батывается цифровая индикация скорости V, а в блоке УИР — прой­денного расстояния S. Эти данные подаются в репитеры: в прибор 1 — скорость, в прибор 5 — скорость и пройденное расстояние.

Функциональная схема лага

Функциональную схему лага можно разделить на следующие ос­новные части: аналоговая часть (АЧ); преобразователь "напряжение-время" (ПНВ); преобразователь "время—цифра" (ПВЦ).

Рис. 4

Аналоговая часть. Вэтой части лага (рис. 4) осуществляются усиление и преобразование сигнала _~U_ип, поступающего от индукци­онного преобразователя, а также выработка, усиление и преобразование опорного напряжения _~U_оп, необходимого для работы схемы. Выходны­ми элементами аналоговой части являются фильтры Z1 и Z2, с которых снимаются сигналы _U_с и _U_опв виде напряжений постоянного тока.

В аналоговой части расположены три блока: предварительный уси­литель УП, усилитель измерительного канала УИК и усилитель опор­ного канала УОК.

Блок предварительного усилителя состоит из двух операционных усилителей 29А1 и 29А2, на вход которых подается сигнал _~U_ип. Предва­рительный усилитель обеспечивает согласование выходного сопротивле­ния индукционного преобразователя с входным сопротивлением усилителя измерительного канала УИК. К блоку УП, расположенному в приборе 29, относятся также два реле: 29К1 и 29К2. Контакты этих реле 29К1.1, 29К1.2, 29К2.1, 29К2.2 обеспечивают три режима работы лага, в зависимости от положения переключателя 6S1, находящегося в приборе 6.

При положении 1 "Работа" обмотки реле обесточены, все контак­ты замкнуты вверх (по схеме) и на вход УП подается сигнал _~U_ип. Лаг должен показывать скорость судна.

В положении 2 "Калибровка" обмотка реле 29К1 подключается к источнику постоянного тока (напряжением 15 В). Контакты 29К 1.1 и 29К1.2 переводятся вниз (по схеме), и вход предварительного усилителя замыкается накоротко. Лаг должен показывать нулевой отсчет скорости.

В положении 3 "Масштабирование" переключателя 6S1 под током оказывается обмотка реле 29К2. Контакты 29К2.1 и 29К2.2 замыкают­ся вниз (по схеме) и на вход УП подается эталонное напряжение, снимаемое с резистора 3R1. При этом лаг (для проверки его действия) должен показывать некоторый (эталонный) отсчет скорости.

Резисторы 29R20, 29R21, 29R22 служат для дискретного измене­ния коэффициента усиления УП при тарировке лага. В блоке УП имеется схема контроля СК с лампой 29Н1, указывающей на наличие сигнала на выходе предварительного усилителя.

Блок усилителя измерительного канала собран на двух операци­онных усилителях: 6А2 и 6А5. На вход усилителя 6А2 подается сигнал _~U_ип ⁼ _~U_с ⁺ _~U_к, поступающий с выхода предварительного усили­теля УП. Усилитель 6А5 является инвертирующим: он изменяет фазу сигнала _~U_ип на 180°.

Блок УИК обеспечивает не только усиление сигнала _~U_ип, но и его преобразование в напряжение постоянного тока (детектирование) с одно­временным подавлением квадратурной помехи _~U_к. Такое преобразова­ние осуществляется при помощи управляемых электронных ключей 6А7.1 и 6А7.2, которые открываются поочередно прямоугольными синх­ронными с сигналом импульсами, поступающими с нуль-органа НО1.

Принцип подавления квадратурной помехи U_K методом синхрон­ного детектирования можно пояснить с помощью временных диаграмм (рис. 5). На входы ключей 6А7.1 (см. рис. 4) и 6А7.2 с индукционного преобразователя по­ступает один и тот же сигнал _~U_ип ⁼ _~U_с ⁺ _~U_к, но со сдвигом по фазе на 180°. Сдвиг по фазе создает ин­вертирующий усилитель 6А5. В первый полупериод на вход фильтра Z1 подает­ся сигнал, проходящий че­рез ключ 6А7.2, который на это время открыт пря­моугольным импульсом нуль-органа НО1. Во вто­рой полупериод ключ 6Л7.2закрыт, а ключ 6А7.1 открыт и на вход фильтра Z1 подается сигнал, пропу­скаемый ключом 6А7.1. В итоге на входе фильтра Z1 наблюдается пульсирую­щее (одного знака) напря­жение полезного сигнала U_c и знакопеременное на­пряжение квадратурной помехи U_K.

Постоянная составля­ющая полезного сигнала _U_C выделяется фильтром Z1 и подается в схему ПНВ. Знакопеременная квадратурная помеха, не имеющая постоянной составляющей, подавляется фильтром и исключается из показаний лага.

Блок усилителя опорного канала предназначен для выработки опорного напряжения постоянного тока _U_on и создания прямоугольных импульсов, управляющих электронными ключами. К блоку УОК относятся два операционных усилителя 6АЗ и 6А4, электронные ключи 6А8.1 и 6А8.2, фильтр Z2 и нуль-орган НО1.

Опорное напряжение переменного тока _ U_опснимается с резисто­ра 3R1, который соединен последовательно с обмоткой электромагнита индукционного преобразователя. Эта цепь получает питание от трансформатора ЗТ1.

Значение величины _~U_оп подается на вход усилителей, где будут возникать два сигнальных напряжения со сдвигом по фазе на 180°. После детектирования, производимого ключами 6А8.1 и 6А8.2, на вы­ходе фильтра Z2 появляется сигнал постоянного тока _U_оп. Ключи 6А8.1 и 6А8.2 открываются поочередно под действием прямоугольных импульсов, поступающих с нуль-органа НО1.

Нуль-орган НО1 представляет собой электронную схему, имеющую один вход и два выхо­да: простой и инверсный. На вход подается сигнал в виде синусоидального на­пряжения _~U _оп, а на выхо­дах образуются прямо­угольные импульсы со сдвигом по фазе на 180°.

Рис. 6

В блоке УОК располо­жены четыре потенцио­метра: 6R6, 6R7, 6R8 и 6R12. Они предназначены для выполнения регулиро­вок в процессе эксплуата­ции лага. Потенциометром 6R6 устанавливают нуле­вой отсчет скорости в ре­жиме "Калибровка", а по­тенциометром 6R7 — в ре­жиме "Работа". Регулято­ры 6R8 и 6R12 служат для установки эталонного от­счета скорости, наблюдае­мого в режиме "Масштаби­рование".

Сигналы _U_си _U_oпс фильтров Z1 и Z2 подаются в преобразова­тель "напряжение—время".

Преобразователь "напряжение—время".Узел ПНВ (рис. 6) предназначен для преобразования сигнала _U_с в прямоугольный им­пульс с временным интервалом, пропорциональным скорости судна. Это преобразование сигнала _U_с осуществляется по принципу двойного интегрирования с использованием опорного напряжения _U_оп. Снача­ла интегрируется отрицательное напряжение сигнала U_c, а затем — положительное опорное напряжение U_оп. Это позволяет исключить влияние колебаний напряжения судовой сети на показания лага.

В состав преобразователя "напряжение—время" входят: 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.

Работа ПНВ происходит следующим образом. С выхода ГПИ в блок СУ подаются синхронизирующие импульсы длительностью 0,5 мкс, пе­риодичностью 8 Гц, которые определяют ритм работы схемы лага.

Перед приходом синхронизирующего импульса ключи блока ПНВ находятся в исходном состоянии: ключи 6А10.1, 6А11.1 и 6А11.2 разомкнуты, а ключи 6А9 и 6А10.2 замкнуты.

В момент времени t₁ (рис.7) синхронизирую­щий импульс через блок СУ (см. рис. 6) размыка­ет ключи 6А9, 6А10.2 и за­мыкает ключ 6A11.2. На вход усилителя 6А15 пода­ется сигнал в виде ускоря­ющего отрицательного на­пряжения, которое снима­ется с делителя напряже­ний 6R40, 6R42.

Усилитель 6А15 явля­ется интегрирующим, поэ­тому на его выходе наблю­дается увеличение напря­жения, подаваемого на вход нуль-органа НО2.

импульса, передний фронт которого в момент времени t₂ размыкает ключ 6А11.2 (см. рис. 6) и замыкает ключ 6А10.1.

В этот же момент блок СУ начинает формировать другой прямо­угольный импульс с фиксированной длительностью t₀=18мс (см. рис. 7). Через ключ 6А10.1 (см. рис. 6) на вход усилителя 6А15 пода­ется полезный сигнал в виде отрицательного напряжения _U_с. Конденса­тор 6С32 заряжается в течение промежутка времени t₀, и к моменту времени t₃ (см. рис. 7) сигнал на выходе усилителя 6А15 достигает некоторого максимального напряжения U_m. Значение U_m определяется скоростью V судна. В момент времени t₃ задний фронт импульса t₀ через схему управления размыкает ключ 6А10.1 и замыкает ключ 6А11.1.

На вход усилителя 6А15 подается положительное опорное напря­жение _U_oп. Конденсатор 6С32 (см. рис. 6) начинает разряжаться. Сиг­нал на выходе 6А15, т.е. на входе НО2, уменьшается. Когда он достигает значения U₀ (момент времени t₄ на рис. 7), триггерная схема нуль-ор­гана НО2 срабатывает. При этом на выходе Н02 образуется задний фронт импульса т, который через блок СУ размыкает ключ 6А11.1 и снова замыкает ключи 6А9 и 6А10.2. Вход усилителя 6А15 заземляется, кон­денсатор 6С32 (см. рис. 6) разряжается до нуля, и к моменту времени t₅ (см. рис. 7) схема ПНВ приходит в исходное состояние.

Время t₁, в течение которого заряд конденсатора 6С32 (см. рис. 6) уменьшается с напряжения U_m до значения U₀, зависит от значения U_m и скорости разряда. Значение U_m определяется сигналом _U_с, и следовательно скоростью V судна. Скорость разряда зависит от значения опорного напряжения _U_oп, которое всегда постоянно. Таким образом, временной интервал t₁ оказывается пропорциональным ско­рости судна. Следует отметить, что он не зависит от колебаний тока возбуждения i_o индукционного преобразователя, т.е. от изменения на­пряжения судовой сети.

Прямоугольный импульс t = t₀ +t₁, вырабатываемый нуль-орга­ном НО2, подается в схему управления ключами СУ, где из него иск­лючается постоянный временной интервал t₀=18 мс.

Следовательно, выходным сигналом блока ПНВ является прямо­угольный импульс t₁= nV. Коэффициент пропорциональности п есть постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров к, R_c, R_опи t₀. С выхода ПНВ сигнал t₁ подается на вход преобразователя "время—цифра".

Преобразователь "время—цифра".Схема ПВЦ служит для пре­образования прямоугольных импульсов длительностью t₁= nV, сни­маемых с выхода блока ПНВ, в отсчеты скорости V и пройденного расстояния S. К узлу ПВЦ (рис. 8) относятся: цифровой фильтр ЦФ, корректор К, устройство индикации скорости УИС, устройство инди­кации расстояния УИР.

Узел ПВЦ работает следующим образом. Прямоугольные импульсы t₁ с частотой следования 8 Гц из схемы управления ключами СУ (см. рис. 6) подаются на вход цифрового фильтра ЦФ (см. рис. 8.8). В ЦФ вырабатывается некоторый средний прямо-угольный импульс (усреднен-ный строб) t_ср. Осреднение осуществляется за промежуток, равный постоянной времени фильтра. Выключателем 6S3 можно установить одно из двух фиксированных значений постоянной времени ЦФ. За время t_ср производится подсчет импульсов, поступающих в ЦФ из генератора пря­моугольных импульсов ГПИ и имеющих частоту f₀ = 250кГц.

Число сосчитанных импульсов соответствует скорости судна с не­которой погрешностью. Для ее устранения в схеме предусмотрен кор­ректор К, который вырабатывает импульсы дополнительной частоты f_доп. Значение и знак f_доп задаются заранее составленной программой корректора по результатам испытания лага на мерной линии. Програм­ма вводится в действие сигналом скорости дискретно, через 1 уз. В результате на выходе схемы И наблюдается исправленная частота (f₀ + f_доп). Благодаря действию корректора счетчик импульсов СИ за время t_ср подсчитывает число импульсов, соответствующее исправлен­ному значению скорости V судна. Таким образом, изменением частоты заполнения t_ср компенсируется погрешность в длительности временно­го интервала t₁, возникающая из-за неточной работы индукционного преобразователя. Выключателем 6S2 корректор может быть включен (положение 1) или отключен (положение 2).

Устройство индикации скорости УИС предназначено для отобра­жения на цифровом табло значения скорости судна в узлах. С выхода счетчика импульсов СИ на вход регистра памяти РП подается инфор­мация (с частотой 8 Гц) о скорости судна в виде двоично-десятичного кода. Одновременно с генератора прямоугольных импульсов ГПИ на регистр памяти РП поступают управляющие импульсы, которые опре­деляют периодичность индикации скорости (1 Гц). С выхода регистра памяти РП код скорости подается на дешифратор ДШ, который обес­печивает включение ламп цифрового табло.

Устройство индикации расстояния УИР служит для подсчета об­щего числа импульсов, идущих пачками на счетчик СИ. Для этой цели пачки импульсов подаются на вход делителя с коэффициентом деления К = 720, где вырабатывается счетный импульс через определенное чис­ло импульсов, проходящих через делитель. Пятьсот счетных импуль­сов соответствуют пройденному расстоянию в 1 милю. Эти импульсы через усилитель мощности 6А16 подаются на шаговый двигатель 6М1, который через редуктор связан с механическим счетчиком пройденно­го расстояния S. Один счетный импульс изменяет показание механи­ческого счетчика на 0,002мили. Выключателем 6S4 можно включить или отключить счетчик расстояния.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: