БУССОЛЬ Российский патент 1995 года по МПК G01C17/04 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автономной фиксации и измерения магнитного азимута одной из горизонтальных осей различной аппаратуры и установок как на поверхности Земли, так и на морском дне.

Известны буссоли маятникового типа с подвесом магнитов на кварцевых растяжках с двумя кварцевыми рамками [1], в которых азимутальные углы измеряются и отсчитываются при помощи ряда зеркал с осветителями и специальными регистраторами. Хотя они и обладают очень большой чувствительностью, но чрезвычайно сложны в изготовлении, очень хрупки, что затрудняет во многих случаях их применение, и, кроме того, требуют специальное дополнительное электрическое питание. Все это удорожает их стоимость и сужает область применения.

Известен также горный компас с маятниковой буссолью и наклономером [2]. Основным его недостатком является низкая чувствительность и необходимость источника значительной энергии для механической фиксации положения компасной стрелки и маятникового подвеса при измерении азимутов и углов наклона.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является разработанная только для морских условий система фиксации и измерения стационарного азимута [3]. Она представляет собой вертикальный маятник в виде латунной трубки, свободно подвешенной внутри полого цилиндра над находящейся внутри этого цилиндра вогнутой полусферой, радиус которой равен радиусу качания маятника. На полусфере нанесены пять кольцевых и пять радиальных линий, служащих базисными для отсчета азимутальных углов и углов наклона.

Внутри маятниковой трубки проходит раскрученная нить, на которой под нижним концом трубки подвешен магнит, имеющий направленные вниз маркировочные зубцы. Полусфера, имеющая возможность скользить внутри стенок полого цилиндра, опирается на сжатую пружину, застопоренную стержнем из магниево-никелевого сплава. Находясь на некотором расстоянии от нижнего конца маятника с магнитом, эта полусфера допускает свободное качание маятника. Попадая в морскую воду, магниево-никелевый стержень коррозирует и разрушается, освобождая сжатую пружину. Под действием этой пружины полусфера прижимается к висящему на маятнике магниту, который своими зубцами оставляет на ней маркировочные метки. По этим меткам, используя кольцевые и радиальные линии, можно затем определить азимут и наклон прибора. Оно позволяет определить азимут с ошибкой до 10^о, наклона - до 1^о и направление наклона - до 20^о.

Основным недостатком этого устройства является очень низкая точность измерения азимута, что для многих исследований совершенно неприемлемо. Наличие коррозирующего магниево-никелевого стержня вблизи прибора также совершенно недопустимо при измерениях электрического поля в море, а возможно, и магнитного, из-за сильных коррозионных токов. Кроме того, сильные коррозионные потенциалы между магниево-никелевым стержнем и другими металлическими частями аппаратуры могут привести к их значительным повреждениям, а возможно, и к разрушению. Кардинальным ограничителем является и то, что эта буссоль пригодна для работы только в морских условиях. Все это значительно сужает сферу применения такой буссоли.

Предлагаемое изобретение предназначено для автономной фиксации с последующим измерением стационарных магнитных азимутов приборов и установок в любых условиях как на суше, так и на море без необходимости дополнительных источников энергии.

Цель изобретения - повышение точности и надежности определения азимутальных углов и расширение сферы его применения при значительном упрощении всего устройства и повышении его экономичности.

Цель достигается тем, что внутри герметизированного корпуса из немагнитного материала размещают регистрирующий блок, выполненный в виде компасной магнитной стрелки с маркированными игольчатыми вертикальными направленными вверх стерженьками на ее концах и расположенного над магнитной стрелкой кольца из мягко-упругого материала с закрепленным на его нижней поверхности бумажным градусным азимутальным лимбом. Нижнее отверстие корпуса пускового механизма перекрыто шайбой из материала с известной скоростью растворения, а сам корпус заполнен растворителем и соединяется через подпружиненный прижимной шток с кольцом из мягко-упругого материала.

Подпружиненный прижимной шток удерживается в начальном положении растворимой шайбой и приводится в действие после ее растворения через заданное время. Шток опускается вниз и прижимает кольцо из мягко-упругого материала к маркированным игольчатым стерженькам, закрепленным на магнитной стрелке. При этом на бумажном градусном азимутальном лимбе остаются маркированные проколы, по которым затем можно определить магнитный азимут имеющейся на лимбе начальной риски, согласованной по направлению с одной из горизонтальных осей прибора, на котором установлена буссоль, а, следовательно, и магнитный азимут этой оси.

На чертеже представлена схематически буссоль в разрезе.

Внутри цилиндрического корпуса 1 из прочного алюминиевого сплава с навинчивающейся на него крышкой 2 с герметизирующими резиновыми кольцами размещен в нижней его части корпус 3 магнитного компаса с магнитной стрелкой 4, несущей на северном ее конце два игольчатых вертикальных стерженька 5 и на южном - один стерженек 6 для маркировки северного и южного концов стрелки. Над стрелкой 4 размещен корпус 7 прижима, внутри которого расположено резиновое кольцо 8 с прикрепленным на его нижней поверхности плоским бумажным азимутальным лимбом 9 с градусными делениями. В центре корпуса размещен нажимной шток 10 со свободным скольжением в направляющем корпусе 11, который несет на своем нижнем конце корпус 7 прижима и под действием пружины 12, опирающейся на кольцевой выступ штока 10, перемещаясь вниз, способен прижать бумажный азимутальный лимб 9 к остриям игольчатых вертикальных стерженьков 5 и 6. Над подшипником магнитной стрелки 4 установлена мягкая пружинка 13, разрешающая свободное вращение стрелки, но препятствующая соскальзыванию подшипника с острия при транспортировке буссоли. Движением нажимного штока 10 управляет пусковой механизм, нижнее кольцевое отверстие корпуса 14 которого перекрыто растворимой шайбой 15, прижатой шайбой 16 к соединенному с нажимным штоком 10 фасонному винту. Внутреннее пространство корпуса 14 герметизировано сверху и снизу тонкими резиновыми диафрагмами 17 и 18, прижатыми к торцам корпуса 14 прижимными кольцами 19 и 20, причем нижняя диафрагма 18 в центре герметично прижата к торцу нажимного штока 10 фасонным винтом. Внутренняя полость корпуса 14 заполнена растворителем. Вся система, состоящая из корпуса 14 пускового механизма и направляющего корпуса 11, жестко соединена между собой тремя винтами 21 и может собираться вне прочного цилиндрического корпуса и легко в него вставляться.

Прочный цилиндрический корпус 1 имеет продольный узкий внутренний паз 22, а корпус 7 прижима имеет стерженек 23, входящий в этот паз при сборке буссоли. Причем наклейка бумажного азимутального лимба 9 производится так, чтобы его начальная риска совпадала со стерженьком 23. В нижней части корпуса 1 снаружи имеются два маркировочных стержня: один, более длинный 24, против внутреннего продольного паза, являющийся продолжением по направлению стерженька 23, и второй, более короткий стерженек 25, ему диаметрально противоположный, служащие для ориентирования бумажного азимутального лимба 9 буссоли относительно одной из осей прибора, на котором устанавливается буссоль. Таким образом, азимутальный отсчет на бумажном лимбе 9 будет определять и азимут этой оси. Выбор и разметка оси на приборе выполняются предварительно в лаборатории одновременно с разметкой гнезд болтов, крепящих на приборе основание карданового подвеса 26, на котором закреплена буссоль.

Дополнительным грузом для сохранения вертикального положения корпуса буссоли служит свинцовая пластина 27, электрически изолированная от ее корпуса для исключения возникновения коррозионных токов.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом. При растворении шайбы 15 через заданное время нажимной шток 10 под действием пружины 12 опускается вниз и прижимает резиновое кольцо 8 к маркированным игольчатым стерженькам 6 и 5, закрепленным на магнитной стрелке 4. Стерженьки, прокалывая бумажный лимб, оставляют на нем метки, по которым и отсчитывается азимут одной из выбранных осей прибора. При этом никакие дополнительные регистраторы и источники энергии не требуются.

Для исключения затруднений вращения магнитной стрелки в ее подшипнике вследствие действия на стрелку разных величин магнитного наклонения применяются сменные сбалансированные магнитные стрелки для разных магнитных широт. Практически достаточно двух-трех таких стрелок для всех магнитных широт, кроме высоких приполюсных, где угол магнитного наклонения близок к 90^о.

Предлагаемая буссоль является автономным прибором, фиксирующим азимут одной из горизонтальных осей устройства, на котором она установлена. Используется только химическая энергия растворимой шайбы в растворяющей жидкости и не требуется никаких дополнительных источников энергии и каких-либо регистраторов. Полностью автономна и имеет малые габариты и вес, что очень важно для глубоководных постановок, а также в труднодоступных местах. Пригодна для измерения азимутов как на суше, так и на море. Материалы для ее изготовления легко доступны и дешевы, например дюраль. Очень проста в изготовлении, требуя в основном только простых токарных работ. Допускает использование готовых магнитных стрелок от простых компасов, выпускаемых промышленностью. Все это свидетельствует о технической и экономической эффективности предлагаемого устройства.

Использование: в измерительной технике для автономной фиксации и измерения магнитного азимута одной из горизонтальных осей объекта, на котором она установлена, как на поверхности Земли, так и на морском дне. Сущность изобретения: индикатором азимутального угла служат метки от имеющихся на концах компасной стерлки маркированных вертикальных игольчатых стерженьков, оставленные на бумажном градусном лимбе после прижима его к стрелке. Прижимной узел работет с использованием растворимого по заданному времени затвора. Лимб имеет угловую привязку к индикатору на внешней поверхности корпуса буссоли. 1 ил.

БУССОЛЬ, содержащая размещенные в герметизированном корпусе из немагнитного материала градусный азимутальный лимб, пусковой механизм и регистрирующий блок, отличающаяся тем, что регистрирующий блок выполнен в виде компасной магнитной стрелки с маркированными игольчатыми вертикальными стерженьками на ее концах и расположенного над магнитной стрелкой кольца из мягко-упругого материала, на нижней поверхности которого закреплен бумажный градусный азимутальный лимб, в корпусе установлены ориентирующие элементы, а пусковой механизм выполнен в виде заполненного растворителем корпуса, нижнее отверстие которого перекрыто шайбой из материала с известной скоростью растворения, при этом пусковой механизм соединен через подпружиненный прижимной шток с кольцом из мягкоупругого материала.