МАГНИТНЫЙ КОМПАС Российский патент 1997 года по МПК G01C17/06 

Изобретение относится к навигационному приборостроению и может быть использовано в переносных автономных навигационных приборах.

Известен компас, содержащий корпус, шкалу, герметичную камеру с жидкостью, заключенную в нее магнитную стрелку, неподвижно закрепленную на оси, концы которой установлены с возможностью вращения в гнездах, находящихся в камере, камера выполнена в виде эллипсоида вращения, стрелка выполнена из материала, плотность которого меньше плотности жидкости, заполняющей камеру ровно наполовину. Компас позволяет измерять горизонтальные и вертикальные углы.

Недостатки этого компаса заключаются в сравнительно сложной конструкции, обусловленной обеспечением герметичности компаса в связи с применением демпфирующей жидкости.

Известен магнитный компас /2/, содержащий корпус с рабочей камерой, заполненной демпфирующей жидкостью, магнитный чувствительный элемент и компенсатор температурного изменения объема жидкости, выполненный в виде промежуточной и компенсационной камер. Промежуточная камера расположена в донной части корпуса, полностью заполнена жидкостью и соединена с рабочей камерой клапаном, выполненным в виде лабиринта капиллярных каналов и расположенным в донной части промежуточной камеры. Компенсационная камера, образованная внешней боковой стенкой рабочей камеры, ее верхним фланцем, внутренней боковой стенкой и основанием корпуса, частично заполнена жидкостью, остальной ее объем заполнен сжатым газом и соединен с промежуточной камерой Т-образной трубкой, размещенной в компенсационной камере и нижней частью погруженной в жидкость. Компас имеет сложную конструкцию, что затрудняет его использование в переносных автономных приборах.

Из известных устройств наиболее близким по технической сущности к изобретению является магнитный компас /2/. Он состоит из намагниченного элемента (стрелки) с осью, установленной между опорами (рубиновые камни). Опоры закреплены на двух пластинах, установленных в пазах колбы с внешних сторон опор. Колба герметично соединена с торцевыми крышками и заполнена жидкостью. Пластины жестко соединены в прямоугольную рамку.

Магнитный компас работает так, что при изменении температуры окружающей среды торцевые стенки компаса деформируются, но плоские элементы с опорами не меняют своего положения, так как жидкость давить на них со всех сторон с одинаковой силой. Вследствие этого расстояние между опорами не зависит от положения торцевых стенок, колбы, а следовательно, от температуры окружающей среды.

Недостатком данного компаса является жесткие требования к герметичности и прочности конструкции, что связано с использованием демпфирующей жидкости. Кроме того, использование компаса зависит от температуры заливки компаса жидкостью и верхний предел температуры определяется из условий герметичности колбы компаса при температурных расширениях жидкости и колбы, что также является недостатком.

Задача изобретения заключается в осуществлении безжидкостного демпфирования намагниченного чувствительного элемента за счет токов индукции или вихревых токов.

Указанный технический результат достигается тем, что в магнитном компасе, содержащем намагниченный чувствительный элемент, установленный на оси, которая установлена на двух опорах, размещенных в плоских элементах, установленных в пазах колбы, герметично соединенной с торцевыми кромками, намагниченный чувствительный элемент выполнен в виде кольцевого постоянного магнита, а колба выполнена из немагнитного электропроводящего материала (например, алюминий, медь и т.д.).

Использование кольцевого магнита обеспечивает съем информации об угловом изменении положения компаса с помощью преобразователей Холла, магнитотранзистора.

На фиг.1 изображен компас, общий вид; на фиг.2 компас, в котором плоские элементы выполнены в виде прямоугольной рамки.

Магнитный компас состоит из кольцевого постоянного магнита 1 с осью 2, установленной между опорами 3 (рубиновые камни). Опоры 3 закреплены в пластинах 4, установленных в пазах колбы 5, соединенной с торцевыми крышками 6. Колба 5 выполнена из немагнитного электропроводящего материала (алюминий, латунь и т.д.).

Магнитный компас работает следующим образом. При ориентировании в процессе движения по маршруту включается магнитный компас для уточнения направления движения. Причем магниточувствительный элемент компаса, не заполненного жидкостью, колба которого выполнена из неэлектропроводящего материала, после включения стремится повернуться в магнитом поле Земли так, чтобы силовые магнитные линии его магнитного поля совпали с магнитными силовыми линиями поля Земли. Процесс этот носит колебательный характер, длительность которого тем больше, чем больше рассогласование магнитного поля магниточувствительного элемента и магнитного поля Земли. Обычно длительность колебаний магниточувствительного элемента уменьшают за счет применения демпфирующей жидкости.

Магнитный компас не заполнен демпфирующей жидкостью. Успокоение его магниточувствительного элемента осуществляется за счет индуцированных (вихревых) токов.

Колба 5 компаса (фиг.2), выполненная из немагнитного электропроводящего материала, представляет собой проводящее кольцо, внутри которого расположен постоянный кольцевой магнит 1. Магнитное поле кольцевого постоянного магнита 1 взаимодействует с магнитным полем Земли так, что магнитные силовые линии магнитного поля кольцевого постоянного магнита 1 располагаются вдоль этих линий магнитного поля Земли и пересекают колбу 5 (фиг.1). В статике, когда положение колбы 5 и кольцевого постоянного магнита 1 друг относительно друга не изменяется, взаимодействие между ними отсутствует.

При включении компаса при ориентировании на маршруте его кольцевой постоянный магнит 1 начнет поворачиваться, осуществляя колебательные движения, и стремится занять положение, при котором магнитные силовые линии его магнитного поля совпали с таким линиями магнитного поля Земли. При этом силовые магнитные линии поля кольцевого постоянного магнита 1, перемещаясь, будут пересекать колбу 5.

В соответствии с законом Фарадея в проводящем контуре индуцируется ЭДС, которая зависит от относительной скорости проводящего контура и источника магнитного поля. В нашем случае колбы 5 и кольцевого постоянного магнита 1.

По закону Ленца индуцируемая ЭДС вызывает в колбе 5 ток, магнитный поток которого противоположен изменению исходного магнитного потока. Это означает, что магнитное поле, возникающее в колбе 5 при перемещении магнита 1, будет воздействовать на кольцевой постоянный магнит 1 так, что будет препятствовать первоначальному изменению положения магнита. Это позволит уменьшить длительность колебаний кольцевого постоянного магнита 1 при ориентировании. Причем это взаимодействие осуществляется как при перемещении кольцевого постоянного магнита 1 в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Длительность колебаний кольцевого постоянного магнита 1 при ориентировании определяется соотношением диаметров колбы 5 кольцевого постоянного магнита 1. Чем меньше зазор между колбой 5 и кольцевым постоянным магнитом 1, тем меньше длительность колебаний кольцевого постоянного магнита 1 при ориентировании.

Таким образом, в магнитном компасе осуществляется успокоение магниточувствительного элемента без использования демпфирующей жидкости.

Устройство легко реализуется на выпускаемых промышленностью материалах и компонентах. Например, колба и прямоугольная рамка выполнены из дюралюминия, ось из бронзы, опоры на рубиновых камнях, основания из оргстекла. В качестве магниточувствительного элемента использован магнит, изготовленный на базе коллоидной химии.

Практическое использование предлагаемого магнитного компаса позволит осуществить успокоение чувствительного элемента компаса при ориентировании без демпфирующей жидкости за счет индуцированных (вихревых) токов, что упрощает конструкцию компаса и позволяет уменьшить его габариты. Так, при отклонении магнита на 90^o в горизонтальной плоскости в колбе из неэлектропроводящего материала (например, оргстекла) успокоение магнита наступает через 40-50 с, а при тех же условиях в колбе из электропроводящего материала (например, алюминия) -через 3-5 с.

Изготовленный опытный образец используется в качестве датчика угловой ориентации в автономном навигационном приборе. Под магнитом компаса к нижнему основанию прикреплена плата с датчиками Холла, с помощью которых осуществляется электронный съем информации об угле. Компас имеет диаметр 25 мм и высоту 18 мм. Использование компаса позволило получить высокие точностные характеристики навигационного прибора и уменьшить его габариты.

Использование: навигационное приборостроение. Сущность изобретения: магнитный компас содержит намагниченный чувствительный элемент, установленный на оси, размещенной в плоских элементах, установленных а пазах колбы, герметично соединенной с двух сторон торцевыми крышками. Намагниченный чувствительный элемент выполнен в виде кольцевого постоянного магнита. Колба выполнена из немагнитного электропроводящего материала, например алюминия или меди. 1 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Магнитный компас, содержащий намагниченный чувствительный элемент, установленный на оси, которая установлена на двух опорах, размещенных в плоских элементах, установленных в пазах колбы, герметично соединенной с двух сторон торцевыми крышками, отличающийся тем, что намагниченный чувствительный элемент выполнен в виде кольцевого постоянного магнита, а колба выполнена из немагнитного электропроводящего материала. 2. Компас по п.1, отличающийся тем, что колба выполнена из алюминия или меди.