5. 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. В этой 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_оп в 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.

П ринцип 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.

Б

Рис. 5

лок 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_оп снимается 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_с и _U_oп с 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.

Рис. 7

К моменту времени t₂ (см. рис. 7) напряжение на выходе 6А15 достигает уровня U₀, необходимого для срабатывания нуль-органа НО2. Нуль-орган, представляющий собой триггерную схему, срабатывает, и с его выхода на схему управления ключами СУ подается постоянное напряжение в виде прямоугольного

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 ₀=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 ₀, 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 ₀ 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 ₁, 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 ₁ 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.

где R_on — сопротивление резистора 3R1.

Подставляя значения U_c и U_on в

Прямоугольный импульс  = ₀ +₁, вырабатываемый нуль-орга­ном НО2, подается в схему управления ключами СУ, где из него иск­лючается постоянный временной интервал ₀=18 мс.

Следовательно, выходным сигналом блока ПНВ является прямо­угольный импульс ₁= nV. Коэффициент пропорциональности п есть постоянная величина, зависящая от конструктивных параметров к, R_c, R_оп и ₀. С выхода ПНВ сигнал ₁ подается на вход преобразователя "время—цифра".

Преобразователь "время—цифра". Схема ПВЦ служит для пре­образования прямоугольных импульсов длительностью ₁= 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.

У

Рис. 8

зел ПВЦ работает следующим образом. Прямоугольные импульсы ₁ 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 с редний прямо-угольный импульс (усреднен-ный строб) _ср. Осреднение осуществляется за промежуток, равный постоянной времени фильтра. Выключателем 6S3 можно установить одно из двух фиксированных значений постоянной времени ЦФ. За время _ср производится подсчет импульсов, поступающих в ЦФ из генератора пря­моугольных импульсов ГПИ и имеющих частоту f₀ = 250 кГц.

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 _ср подсчитывает число импульсов, соответствующее исправлен­ному значению скорости V судна. Таким образом, изменением частоты заполнения _ср компенсируется погрешность в длительности временно­го интервала ₁, 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 0,002 мили. Выключателем 6S4 можно включить или отключить счетчик расстояния.