УСТРОЙСТВО МЕЖЕРИЧЕРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ПО ВЕРТИКАЛИ Российский патент 1994 года по МПК G01B3/10 B63C11/26 

Изобретение относится к устройствам для измерения расстояний по вертикали, в частности к приборам для измерения глубины погружения водолаза (водолазным глубиномерам). Оно может также использо- ваться для определения вертикальных размеров каких-либо подводных объектов при проведении различных водолазных работ и исследований.

Известен водолазный глубиномер в виде водолазного футштока - разборного шеста с нанесенной на нем шкалой, размеченной в единицах длины. Замер глубины с помощью футштока ведут два человека: нижний его конец устанавливает под водой сам водолаз, а верхний конец удерживает на поверхности акватории, обеспечивая необходимую вертикальность шеста, помощник водолаза, ведущий отсчет глубины по верхнему участку шкалы [1].

Недостатком футштока является то, что он малоудобен в работе, поскольку, во-первых, он представляет собой жесткую, громоздкую конструкцию, которую с увеличением глубины погружения водолаз должен постоянно наращивать, во-вторых, водолаз не может самостоятельно без посторонней помощи пользоваться футштоком, выдерживая к тому же требуемую его вертикальность, и, в-третьих, информацию о замеренной глубине водолаз может получать также только от помощника.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является устройство для измерения расстояний по вертикали, содержащее гибкий элемент с нанесенной на нем шкалой, барабан для намотки гибкого элемента, закрепленного на нем одним концом, привод вращения барабана и закрепленное на другом конце гибкого элемента тяговое звено для его размотки [2].

Недостатком известного устройства является то, что из-за конструктивного выполнения его узлов и прежде всего тягового звена для размотки гибкого элемента оно может измерять расстояние от одного горизонтального уровня до другого только тогда, когда оба эти уровня находятся в пределах одной и той же среды, а именно воздушной, т.е. производить замеры высоты помещения на воздухе. Но оно не пригодно для работы в качестве водолазного глубиномера, когда эксплуатация устройства должна вестись с учетом одновременного существования двух сред: жидкой, где ведутся водолазные работы, и газообразной, которая находится над ней (граничит с последней); в этом случае один уровень (горизонт погружения) находится в одной среде - жидкой, а другой (уровень отсчета) расположен на границе двух сред - жидкой и газообразной, т. е. принадлежит обеим средам одновременно. Указанный недостаток ограничивает функциональные возможности известного устройства, сужая область его использования.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства путем его использования в качестве водолазного глубиномера в жидкой среде, граничащей с газообразной.

Это достигается тем, что в устройстве для измерения расстояний по вертикали, содержащем гибкий элемент с нанесенной на нем шкалой, барабан для намотки гибкого элемента, закрепленного на нем одним концом, привод вращения барабана и закрепленное на другом конце гибкого элемента тяговое звено для его размотки , тяговое звено для размотки гибкого элемента выполнено в виде поплавка с положительной плавучестью в жидкой среде и отрицательной плавучестью в газообразной, а устройство снабжено закрепленным на торце барабана фиксатором, предназначенным для закрепления поплавка в нерабочем состоянии. При этом фиксатор выполнен в виде штыря, эксцентрично закрепленного на торце барабана и служащего рукояткой привода вращения барабана, а в поплавке выполнено отверстие для его надевания на штырь, при этом устройство снабжено П-образной скобой, одна ветвь которой является осью вращения барабана, а другая предназначена для удержания устройства и съема поплавка со штыря.

На фиг.1 изображено предлагаемое устройство перед началом замера, продольный разрез; на фиг.2 - то же, в момент подъема поплавка, аксонометрический вид; на фиг.3 - схема работы водолаза с устройством.

Предлагаемое устройство содержит барабан 1, П-образную скобу 2, одна из ветвей которой служит осью вращения барабана 1, и гибкий элемент с нанесенной на нем шкалой, имеющий, в частности, вид ленты 3. Один конец ленты 3 закреплен на барабане 1, и эта лента намотана на сердечник последнего. На свободном конце ленты 3 закреплено тяговое звено для ее размотки, выполненное в виде поплавка 4. Форму, материал, размеры и массу поплавка 4 подбирают таким образом, чтобы он обладал в жидкой среде, где должны вестись водолазные работы положительной плавучестью, а в газообразной среде, граничащей с указанной жидкой средой, - отрицательной плавучестью. "Положительная плавучесть" поплавка 4 зависит от его параметров и параметров среды, где он находится при этом результирующая действующих на него сил направлена вверх; при "отрицательной плавучести" она, наоборот, направлена вниз, т.е. поплавок 4 подбирают в зависимости от состава сред таким образом, чтобы в жидкой среде, в частности в воде, он всплывал, а в газообразной (в воздухе) - "тонул". Для этого действующая в воде на поплавок 4 подъемная сила (сила Архимеда) должна быть больше суммы сил, ей противодействующих - силы тяжести поплавка, силы натяжения ленты 3 и сил сопротивления вращению барабана 1 вокруг оси (сопротивления размотке ленты 3 на всю ее длину), а в воздухе эта же сила должна быть меньше суммы перечисленных сил. Hапример, поплавок 4 может быть изготовлен из пробки или пенопласта и иметь форму шайбы, как показано на чертеже. Шкала на ленте 3 имеет нулевую отметку на внешнем конце ленты, связанном с поплавком 4 и, возрастает в направлении к внутреннему концу ленты, соединенному с барабаном 1. Для закрепления поплавка 4 в нерабочем состоянии устройство содержит фиксатор, имеющий, в частности, вид штыря 5, эксцентрично закрепленного на одном из торцов барабана 1, а в поплавке 4 выполнено отверстие для надевания поплавка на этот штырь (именно в этом, зафиксированном на барабане, положении и показан поплавок 4 на фиг.1). Штырь 5 служит также одним из элементов привода вращения барабана 1, а именно рукояткой, посредством которой можно вращать последний для намотки на него ленты 3. Функции остальных элементов привода выполняют ось, на которую насажен барабан 1, и прилагаемая к штырю 5 мускульная сила человека. Hаряду с первой (верхней на фиг.1) ветвью П-образной скобы 2, служащей осью вращения для барабана 1, вторая (нижняя) ее ветвь 2а служит ручкой водолазу 6 для удержания устройства на глубине погружения. Кроме того, благодаря П-образной скобе 2 водолаз 6 может достаточно просто отсоединить поплавок 4 от торца барабана 1, сдвинув его со штыря 5 легким движением большого пальца руки в направлении, обозначенном стрелкой, в положение, показанное пунктиром.

Устройство работает следующим образом.

Перед началом замера глубины погружения водолаза элементы глубиномера находятся в положении, показанном на фиг.1. После расфиксации поплавка 4 водолазом 6 действующая на поплавок сила Архимеда заставляет его быстро двигаться вертикально вверх, т.е. всплывать в направлении, обозначенном на фиг. 2 прямолинейной стрелкой, увлекая за собой ленту 3. При этом лента 3, оказывая на барабан 1 тангенциальное силовое воздействие, приводит его во вращение в направлении, обозначенном на фиг.2 круговой стрелкой, а сама сматывается с него. Сматывание ленты 3 и вращение барабана 1 происходят до тех пор, пока поплавок 4 не достигнет границы раздела двух сред - воды и воздуха, т.е. поверхности воды (см. фиг.3). При этом лента 3 принимает форму прямой вертикальной линии, длина которой соответствует глубине погружения водолаза 6 (на уровне его вытянутой руки, держащей глубиномер). Отсчет показаний шкалы водолаз 6 ведет по значению делений, находящихся в это время напротив верхней кромки барабана 1, или какой-либо другой произвольно выбранной на глубиномере неподвижной меткой-указателем. После замера глубины водолаз 6, удерживая одной рукой глубиномер за ветвь 2а П-образной скобы 2, другой рукой вращает барабан 1 за штырь 5 в обратном направлении, наматывая на него ленту 3, и по окончании намотки надевает поплавок 4 на штырь 5.

В устройстве возможны различные изменения и дополнения. В частности, возможен другой, помимо описанного, принцип фиксации поплавка 4 на барабане 1 в нерабочем положении: можно, например, сделать в одном из торцов барабана прорезь и продевать в нее ленту 3, как это делается в обычных катушках со швейными нитками. Вместо ленты 3 можно использовать другой подобный гибкий элемент - шнур, нить и т.п. Можно также шкалу на ленту 3 нанести с обеих сторон, что еще более повышает удобство пользования глубиномером. Эти и другие видоизменения очевидны специалисту в данной области техники и не выходят за рамки изобретения.

Наличие в устройстве фиксатора поплавка 4 (системы "штырь 5 на барабане 1 - отверстие в поплавке 4"), исключающего в нерабочем состоянии устройства размотку ленты 3 путем удержания непосредственно поплавка, а не другого связанного с лентой элемента (барабана), обеспечивает иммобилизацию ее свободного конца и тем самым предотвращает появление в ней растягивающих усилий, которые возникали бы в жидкой среде за счет действия силы Архимеда, если бы свободный конец ленты не был закреплен. Благодаря этому исключается необходимость в применении для изготовления ленты материалов повышенного качества, а также увеличивается долговечность и эксплуатационная надежность устройства, что отвечает условиям его эксплуатации в водной и другой жидкой среде.

Использование в качестве тягового звена для размотки ленты поплавка, имеющего в жидкой среде положительную плавучесть и в газообразной среде отрицательную плавучесть, обеспечивает саморазмотку ленты в жидкой среде и перемещение ее свободного конца вверх с точной остановкой на границе "жидкость - газ", т. е. на поверхности акватории, благодаря чему данное устройство может служить водолазным глубиномером. Наличие в устройстве П-образной скобы, одна ветвь которой является осью вращения барабана, а другая предназначена для удержания устройства в воде и съема поплавка со штыря, позволяет водолазу одной и той же рукой держать глубиномер и запускать его в работу, что делает его удобным в эксплуатации под водой.

Простота конструкции предлагаемого глубиномера, напоминающего обычный портновский "сантиметр" или мерную рулетку, делает его более надежным в работе, чем, например, известные глубиномеры прецизионных типов: манометрические, барометрические и пр., измеряющие глубину по давлению столба воды. Кроме того, его можно применять даже в тех случаях, когда другие известные глубиномеры неприемлемы. Так, в водолазной практике, особенно при подводном строительстве и судоремонте нередки ситуации, когда требуется замерить под водой вертикальное расстояние от уровня расположения водолаза, но не до поверхности воды, а до какого-либо промежуточного уровня водной толщи, на котором находится какой-либо объект или его элемент. В этом случае приборы, основанные на измерении давления столба воды (от поверхности воды до водолаза) вообще не пригодны. Не позволяет также водолазу самостоятельно решить эту задачу ни футшток, ни тем более устройство-прототип. Предлагаемый же глубиномер легко с ней справляется - водолазу следует лишь направить поплавок не на свободную поверхность воды, а под указанный объект и, упершись в последний, поплавок обеспечивает новое положение точки отсчета.

Аналогичным образом используют глубиномер в случае, когда поверхность акватории покрыта льдом, например в арктических условиях: поплавок направляют под ледяную корку и от нее производят замер глубины. При необходимости глубиномер позволяет измерить толщину плавающих льдов: вначале водолаз направляет поплавок до поверхности "чистой" воды, определяя тем самым общую глубину своего погружения, а затем направляет его до нижней кромки льда, определяя расстояние от себя до этого льда, после чего, делая простейшее вычисление (вычитая из первой величины вторую), определяет искомую величину - толщину льда. Для той же цели водолаз может воспользоваться и двумя разнотипными глубиномерами: вначале обычным, например манометрическим, глубиномером он замеряет общую глубину своего погружения, а затем предлагаемым глубиномером измеряет расстояние от себя до нижней кромки льда. Дальнейшие вычисления он производит так же, как описано выше. Этот же принцип замера расстояний до промежуточных подводных уровней пригоден и для подводных пещер, где часто требуется замерить расстояние до каких-то участков, доступ в которые для водолаза затруднен (например, до узких сводов пещеры).

Изобретение позволяет вести замеры глубины и в других, чем сочетание "вода-воздух", жидкостно-газовых условиях, например, в крупных емкостях, баках, танках, заполненных жидкостями различного назначения, над которыми находятся газы или паро-воздушные смеси ("бензин-бензиновые пары" и пр.).

Использование: водолазное дело. Цель: расширение функциональных возможностей устройства путем его использования в качестве водолазного глубиномера в жидкой среде, граничащей с газообразной. Сущность изобретения: устройство содержит П-образную скобу 2, за которую его удерживает в жидкой среде (воде) водолаз 6, смонтированный на ней барабана 1 и ленту 3 с нанесенной на ней шкалой. Лента закреплена одним концом на барабане, а свободным концом соединена с поплавком 4, имеющим положительную плавучесть в воде и отрицательную плавучесть в воздухе. В нерабочем состоянии поплавок 4 закреплен на торце барабана 1 с помощью фиксатора, служащего одновременно рукояткой для вращения барабана. Для проведения замера водолаз 6 расфиксирует поплавок 4 и последний под действием силы Архимеда, всплывает вверх к поверхности акватории, увлекая за собой свободный конец ленты 3. При этом барабан 1 приходит во вращение, а лента 3 сматывается с него на длину, соответствующую глубине погружения водолаза 6. Отсчет показаний шкалы ленты 3 водолаз 6 ведет по значению делений, находящихся напротив верхней кромки барабана. По окончании замера водолаз 6, продолжая удерживать одной рукой барабан 1, другой рукой вращает его в обратном направлении, наматывая на него ленту 3, и по завершении намотки фиксирует поплавок 4 на барабане 1, переводя таким образом устройство в походное положение. Если водолазу 6 требуется замерить расстояние от места своего нахождения, но не до поверхности воды, а до какого-то промежуточного уровня водной толщи, на котором находится какой-либо интересующий его объект, он направляет поплавок 4 под этот объект и, упершись в последний, по окончании своего всплытия поплавок 4 обеспечивает требуемое положение точки отсчета шкалы ленты 3. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Устройство для измерения расстояний по вертикали, содержащее гибкий элемент с нанесенной на нем шкалой, барабан для намотки гибкого элемента, закрепленного на нем одним концом, привод вращения барабана и закрепленное на другом конце гибкого элемента тяговое звено для его размотки, отличающееся тем, что, с целью расширения его функциональных возможностей путем использования в качестве водолазного глубиномера в жидкой среде, граничащей с газообразной, тяговое звено выполнено в виде поплавка с положительной плавучестью в жидкой среде и отрицательной плавучестью в газообразной, а устройство снабжено закрепленным на торце барабана фиксатором, предназначенным для закрепления поплавка в нерабочем состоянии. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что фиксатор выполнен в виде штыря, эксцентрично закрепленного на торце барабана, в поплавке выполнено отверстие для его надевания на штырь, а устройство снабжено П-образной скобой, одна ветвь которой является осью вращения барабана, а другая предназначена для удержания устройства и съема поплавка со штыря.