Гидрологический магнитный компас

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 12. 01. 81 (21) 3234531/18-10 011hh. Кд.з

G 01 С 17/26 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР но дел ам изобрете ни и и открытий (53) УДК 528.526 ° . 1(088. 8) Опубликовано 150832. Бюллетень ¹ 30

Дата опубликования описания 15 ° 08.82 (72) Авторы изобретения р. А. Балакин, Я. М. Кравченко и A. Ч. К

Ордена Ленина Арктический и антарктическ научно-исследовательский институт (71) Заявитель (54) 1 ИЛРОЛОГИЧЕСКИй МА1 НИТН и КОМПАС

Изобретение относится к контрольйоизмерительной технике и может быть использовано в качестве датчика ориентации по магнитному полю Земли.в из:ле- 5 рителях морских течений.

Известны гидрологические магнитные компасы, содержащие герметичный немагнитный корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, внутри которого распо- 10 ложена вращающаяся магнитная картушка, снабженная оптической кодовой маской, которая предназначена для преобразования угла поворота магнитной картушки в электрический сигнал или непосредственно в цифровой код. В отличие от классической конструкции компаса с самобалансирующейся магнитной картушкой, подвешенной в одной точке на острие опорной иглы, в аналога картушки установлена на вертикальной оси, закрепленной в двух опорных подшипниках. Такое изменение вызвано необходимостью фиксации плоскости картушки с целью обеспечения постоянства весьма малого зазора между опти- 25 ческой маской и элементами освещения и считывания — оптронными парами. Вер.тикальное положение оси вращения картушки обеспечивается кардановой под- . веской всего компаса 13. 30

Недостатком этой конструкции ком- паса является низкая точность его работы, которая обусловлена влиянием на картущку вредного вращающегося момента, возникающего за счет неполной сбалансированности веса картушки (смещение центра тяжести от оси вращения), .которая проявляется при отклонениях оси вращения от вертикали.

Величина этого вредного вращающего момента оказывается значительной даже при весьма жестких технологических допусках на точность балансировки ввиду малого полезного вращающего момента, устанавливающего картушку вдоль магнитного меридиана. Наклоны вертикальной оси, при которых проявляется средний вращающий момент, возникают из-за неточности установки компаса в кардановом подвесе или при раскачивании последнего, например, под действием волнения моря. Вторым недостатком является низкая эксплуатационная надежность конструкции, которая также обусловлена факторами, связанными с нарушением начальной балансировки компасной картушки. Нарушения балансировки вызываются изменениями формы картушки и искривлением ее оси под действием ударов, виб951074 ности балансировки веса картушки и проявляется при отклонении оси от вертикального положения. Отклонение от вертикальности возникают при неточности установки компаса в кардановом подвесе, а также при неизбежном раскачивании прибора, в котором установлен компас, морскими течениями и волнениями. Низкая эксплуатационная надежность вызывается неустойчивостью первоначальной заводской балансировки ввиду очень жестких требований к величине допустимого смещения центра тяжести от оси вращения (не более 0,01-0,02 мм).

Цель изобретения - повьыение точности измерений направления магнитного поля и повышение эксплуатационной надежности.

Укаэанная цель достигается тем, что гидрологический магнитный компас, содержащий заполненный демпфирующей, жидкостью герметичный корпус цилиндрической формы с верхней крышкой, 45

60 раций, явлений старения конструкционных материалов в процессе эксплуатации, Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является магнитный компас с генпометрическим преобразователем, содержащий герметичный немагнитный корпус„ заполненный демпфирующей жидкостью, а внутри корпуса на вертикальной оси подвешена магнитная картушка с емкостным преобразователем 10 гониометрического типа. Емкостный преобразователь состоит иэ системы электродов. Подвижный электрод расположен на верхней плоскости картушки и имеет форму эвольвенты, которая обеспечивает линейность выходной характеристик. На верхней крышке корпуса в параллельной плоскости подвижному электроду установлены с малым зазором три секторных питающих электрода и один кольцевой токосъемный.

Принцип действия гониометрического емкостного преобразователя требует строгого соблюдения параллельности и постоянства зазора между подвижньж и неподвижным электродами. Это требование должно соблюдаться и в фотооптическом преобразователе аналога. Для выполнения этого требования ось магнитной картушки также подвешена на двух опорных агатовых подшипниках, обеспечивая стабильность зазора и требуемую параллельность электродов. Вертикальность оси вращения, картушки достигается применением карданового подвеса (2). 35

Однако для данного устройства характерны недостаточно высокая точность измерения направления магнитного поля Земли, а также низкая эксплуатационная надежность. Причи- 49 на низкой точности магнитного компаса заключается в недостаточной точвыполненные из немагнитного диэлектрического материала и подвешенную в корпусе магнитную картушку, снабженную емкостным преобразователем угла поворота картушки в электрический сигнал, магнитная картушка выполнена в виде сферы, усеченной свер -ку и снизу и подвешенной на острие опорной иглы в точке геометрического центра, а емкостный преобразователь выполнен в виде неподвижных электродов, которые нанесены на корпус с равномерным шагом по его наружному периметру таким образом, что высота их средней линии лежит в горизонтальной плоскости, проходящей через точку подвеса магнитной картушки и подвижного электрода, который нанесен на боковую сферическую поверхность картушки:и связан с ними емкостной связью, причем его ширина равна ширине неподвижных электродов, а передача сигнала от подвижного электрода осуществлена через связанные взаимной . емкостью вспомогательные электроды, первый из которых нанесен на верхнюю плоскость картушки и гальванически соединен с подвижным электродом, а второй нанесен на коническую поверхность внутренней части верхней крышки корпуса.

Повышение точности измерений достигается за счет конструктивного сочетания элементов компасной картушки и емкостного преобразователя. Магнитная картушка из-за традиционной системы подвески в одной точке на острие опорной иглы обладает свойством самобалансировки и поэтому точно устанавливается вдоль линии магнитного поля Земли. При наклонах корпуса компаса балансировка картушки не нарушается, поэтому в предлагаемой конструкции компаса отпадает необходимость применения карданового подвеса и всех связанных с ним элвментов (переходных токосъемных и т.II,).

Применение классической системы подвески картушкн возможно за счет сферичности ее формы и усовершенствования конструкции емкостного преобразователя угла поворота картушки в электрический сигнал. В компасе при расположении подвижного токосъемного электрода на боковой сферической поверхности, а питающих электродов с шестифазной системой питания — на цилиндрической поверхности корпуса, сохраняется постоянство зазора между электродами;. даже при наклонах компаса, а отношение величин переходной емкости остается постоянным, несмотря на изменения их взаимной ориентации. Последнее условие выполняется только в том случае, если выполняются определенные геометрические соотношения между шириной электродов и соблюдение их симметрии относительно точки

95» 074 подвеса картушки. Конструктивное исполнение вспомогательных электродов также играет существенную роль, так как позволяет передать выходной сигнал наружу корпуса без искажений при наклонах компаса до 30ОС. Отсут- 5 ствие искажений сигнала достигается

;конической формой верхнего электрода, при которой обеспечивается постоянство взаимной емкости вспомогательных электродов при различных углах накло- 0 на компаса. Картушка при этом сохраняет свое положение (горизонтальность верхней плоскости), а конический электрод изменяет угол наклона относительно первого вспомогательного электрода, но в силу осевой симметрии их взаимная емкость остается неизменной.

Повышение эксплуатационной надежности конструкции компаса обеспечивается отсутствием требований к балансировке веса магнитной карту ".:<и.

На фиг. 1 показана конструктивная схема компаса, вид сбоку; на фиг. 2 то же, вид сверху.

Устройство содержит герметичный корпус 1, выполненный из немагнитного диэлектрического материала и заполненный демпфирующим маслом 2.

Корпус закрыт герметизирующей крышкой 3, внутри него помещена магнитная картушка сферической формы с усеченнымисверху и снизу полюсами 4.

Картушка 4 подвешена в геометрическом центре на острие опорной иглы 5.

На боковой сферической поверхности 35 картушки нанесен (например, методом электролиза) подвижный электрод б.

Иа верхней плоскости картушки нанесен вспомогательный электрод 7, гальванически соединенный с электродом 6.40

По наружному периметру цилиндрического корпуса 1 с равномерным шагом нанесены шесть питающих электродов 8 (прямоугольной формы). Средняя линия этих электродов лежит в горизонтальной плоскости, которая проходит через центр подвеса картушки 4. Ширина питающих электродов 8 равняется ширине подвижного электрода б. Иа внутренней поверхности верхней крышки 3, имеющей коническую форму, обращенную вершиной вниз, нанесен второй вcrroмогательный электрод 9, который имеет емкостную связь с электродом

Работа компаса происходит следующим образом.

Под воздействием внешнего магнитного поля Земли магнитная:<àðTóèï<à

4 поворачивается и встает точно вдоль магнитного поля. За счет подвески в одной точке центр тяжести картушки автоматически занимает положение в точке, лежащей на оси вращения.

По этой причине паразитные моменты остаточного небаланса отсутствуют .и точность установки картушки 4 вдоль65 магнитного поля значительно повышается, ограничиваясь только моментом трения в опоре иглы 5. Иа питающие электроды 8 подключается шестифазный синусоидальный источник переменного тока. Подвижный электрод б устанавливается против произвольного электрода 8 и в нем из-за наличия вмкостной связи наводится напряжение такой фазы, которая подана от многофазного генератора на противостоящий питающий электрод 8. При промежуточном положении подвижного электрода б между двумя смежными электродами 8 происходит интерполяция фазы выходного напряжения между двумя питающими эти электроды напряжениями. Результирующая фаза оказывается пропорциональной отношению переходных емкостей между электродом б и двумя электродами 8.

При наклонах корпуса 1 положение картушки 4 остается неизменным, поэтому ориентация подвижного б и питающих электродов 8 изменяется, изменяется и их взаимная емкость, но за счет симметрии их расположения отношение емкостей остается постоянным. Это обстоятельство является главным свойством предлагаемой конструкции емкостного преобразователя, которое обеспечивает независимость фазы выходного сигнала от наклонов компаса.

Далее наведенный на электрод б сигнал поступает на вспомогательный электрод 7 за счет их гальванической связи, а затем через емкостную связь передается на выходной электрод 8.

Коническая форма электрода 8 позволяет при максимально достижимой переходной емкости, определяемой величиной зазора между электродами 7 и 8, обеспечить независимость этой емкости от наклонов компаса за счет осевой симметрии конструкции.

Выходной сигнал с электрода 8 поступает на схему электронного фазометра, который измеряет фазу сигнала, равноценную углу направления магнитного поля относительно корпуса 1. На этом цикл измерений заканчивается.

Технико-экономический эффект от применения изобретения заключается в значительном повышении точности измерения направления морских течений и повышении. метрологической надежности измерений. Экономический эффект от внедрения прибора проявится также в существенном снижении себестоимости производства в связи с упрощением конструкции и исключением трудоемкой технологической операции балансировки магнитной катушки. При внедрении прибора может быть достигнут выСокий уровень автоматизации производства, так как все элементы конструкции могут быть изготовлены методом штамповки из пластмассы и электролитического осаждения электродов.

951074

Формула изобретения

В

Гидрологический магнитный компас, содержащий заполненный демпфирующей жидкостью герметичный корпус цилиндрической формы с верхней крышкой, выполненный из немагнитного диэлектрического материала, и подвешенную в корпусе магнитную картушку, снабженную - емкостным преобразователем угла поворота картушки в электрический сигнал,!0 отличающийся .тем, что, с целью повышения точности измерений, и метрологической надежности, магнитная картушка выполнена в виде сферы, усеченной сверху и снизу, а емкостный преобразователь выполнен в виде неподвижных электродов, которые нанесены на корпус с равномерным шагом по его наружному периметру таким образом, что высота их средней линии лежит в горизонтальной плоскости, Ф*лиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4 проходящей через точку подвеса картушки и подвижного электрода, который нанесен на боковую сферическую поверхность картушки и связан с ними емкостной связью, причем его ширина равна ширине неподвижных электродов, а передача сигнала от подвижного электрода осуществлена через связанные взаимной емкостью вспомогательные электроды, первый из которых нанесен на верхнюю плоскость картушки и гальванически соединен с .-одвижным электродом, а второй нанесен на коническую поверхность внутренней части верхней крышки корпуса.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. "Deep Sea Research", 1968, Р 6, "Самописец течения Ричардсона".

2. Патент США Р 3264554, кл. 323-128, 2.08.66 (прототип).