УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОРИЕНТИРОВАНИЯ Российский патент 2003 года по МПК G01C17/00 G01C1/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для навигационных измерений.

Известно устройство для ориентирования (патент РФ 2174217, МПК 7 G 01 C 17/00 по п. 2 формулы изобретения), содержащее симметричное твердое тело, выполненное полым из немагнитного материала c внутренней полостью, заполненной порошкообразным железом, через упругий элемент закрепленное на неподвижной точке свободного подвеса, охваченное неподвижной торообразной катушкой с зазором и имеющее возможность совершить возвратно-поступательные перемещения вдоль вертикали места.

Известно устройство для ориентирования (патент РФ 2174217, МПК 7 G 01 C 17/00 по п. 1 формулы изобретения), выбранное в качестве прототипа, содержащее симметричное твердое тело, закрепленное на неподвижной точке свободного подвеса через упругий элемент с возможностью возвратно-поступательных перемещений вдоль отвесной линии, охваченное кольцевым постоянным магнитом с зазором, который имеет возможность перемещения в вертикальном направлении вдоль отвесной линии.

Недостатком данных устройств является наличие большой погрешности отождествления направления Восток-Запад, т. к. в конструкции устройств с закреплением симметричного твердого тела на неподвижной точке свободного подвеса через упругий элемент сложно обеспечить движение симметричного твердого тела строго вдоль вертикали места, невозможно добиться достаточно больших смещений симметричного твердого тела в направлении Восток-Запад даже при наличии параметрических колебаний симметричного твердого тела.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение точности выявления и отождествления направления Восток-Запад.

Указанная задача достигается тем, что в устройстве для ориентирования, так же как в прототипе, содержится симметричное твердое тело, имеющее возможность возвратно-поступательных перемещений по вертикали и магнит. В отличие от прототипа устройство содержит цилиндрический корпус, в котором установлен тороидальный электромагнит. В кольцевом зазоре между цилиндрическим корпусом и тороидальным электромагнитом расположен или один кольцевой упругий элемент, или N одинаковых упругих элементов, причем на равном расстоянии друг от друга, где N=3÷10. На упругих элементах установлена горизонтальная площадка из магнитного материала (якорь), которая имеет возможность совершать возвратно-поступательные перемещения в вертикальном зазоре над электромагнитом. На горизонтальной площадке из магнитного материала (якорь) свободно расположено симметричное немагнитное твердое тело, имеющее возможность перемещаться вслед за горизонтальной площадкой вниз и совместно с ней вверх по вертикали. Тороидальный электромагнит электрически связан с блоком питания электромагнита. Он в свою очередь электрически соединен с блоком управления. Ко входам блока управления электрически подключены датчики смещения симметричного немагнитного твердого тела в Восточном направлении и касания симметричного немагнитного твердого тела горизонтальной площадки (якоря).

Предложенное устройство позволяет:
1. Автоматически добиться точного расположения немагнитного симметричного твердого тела на вертикальной линии, т.к. немагнитное симметричное твердое тело при перемещении под действием силы притяжения электромагнита горизонтальной площадки (якоря), выполненной из магнитного материала, перемещается вслед за ней под действием сил гравитации как свободно падающая точка (тело), что приводит к большому смещению в направлении Восток-Запад, т.к. при таком движении на немагнитное симметричное твердое тело действуют только Кариолисова сила и сила тяжести , а "паразитное" влияние поперечной жесткости упругого элемента подвеса отсутствует, и, следовательно, отождествление направления Восток-Запад происходит с большей точностью.

2. Добиться нарастающих перемещений немагнитного симметричного твердого тела в Восточном направлении, поскольку несмотря на то, что при движении немагнитного симметричного твердого тела вниз как свободнопадающей точки (тела) смещение его в направлении Восток-Запад невелико из-за малой величины Кариолисовой силы его вызывающей, однако этот процесс может быть повторен многократно. При этом смещение будет постоянно нарастать и может достичь гораздо большей величины, чем при параметрических колебаниях, т.к. величина смещения в направлении Восток-Запад в данном случае не ограничена параметрами колебательной системы.

На фиг.1 изображено устройство для ориентирования.

На фиг.2 изображена схема движения симметричного твердого тела под действием Кариолисовой силы.

Устройство для ориентирования содержит немагнитное симметричное твердое тело 1 (фиг.1), свободно расположенное на горизонтальной площадке 2 (якоре), выполненной из магнитного материала, установленной на упругих элементах 3, тороидальный электромагнит 4, установленный в цилиндрический корпус 5, блок питания электромагнита 6, блок управления 7, оптический датчик 8, фиксирующий момент касания горизонтальной площадки 2 (якоря) симметричным твердым телом 1, оптический датчик 9, измеряющий смещение немагнитного симметричного твердого тела в восточном направлении.

Тороидальный магнит 4 электрически связан с блоком питания электромагнита 6. Он в свою очередь также электрически соединен с блоком управления 7, один из входов которого электрически связан с датчиком смещения 9 симметричного немагнитного твердого тела 1 в Восточном направлении, а другой вход - с датчиком касания 8 немагнитного симметричного твердого тела горизонтальной площадки 2 (якоря).

Немагнитное симметричное твердое тело 1 может быть выполнено из оптически прозрачного полированного пластифицированного оргстекла с нанесенными на нем специальными метками, необходимыми для работы датчиков касания 8 и смещения 9. Горизонтальная площадка 2 (якорь) может быть выполнена из электротехнической стали марки 3423 и установлена на упругих элементах 3. Как упругие элементы могут применяться пружины, работающие на сжатие, изготовленные, например, из стальной проволоки 65Г диаметром 0,35 мм, диаметр пружины 6 мм, 10 витков с шагом 1,5 мм одинаковой жесткости, которые расположены на равном расстоянии друг от друга в кольцевом зазоре между цилиндрическим корпусом 5 и тороидальным электромагнитом 4. Кроме того, это может быть один кольцевой упругий элемент, представляющий из себя одно резиновое кольцо, расположенное в кольцевом зазоре между тороидальным электромагнитом 4 и цилиндрическим корпусом 5, причем толщина кольца должна быть такова, чтобы обеспечивалось нахождение горизонтальной площадки 2 (якоря) в приподнятом состоянии по отношению к тороидальному электромагниту 4 и цилиндрическому корпусу 5 на величину 3...7 мм (такую же, как и в варианте с пружинами). Как вариант, конструкция тороидального электромагнита 4 может состоять из магнитной цепи, выполненной из магнитомягкого материала и установленной внутри нее кольцевой катушки. Цилиндрический корпус 5 может быть выполнен из сплава Д16Т. Блок питания электромагнита 6 может быть выполнен на базе силовых ключей 1RF540N и микросхем серий 142, 561, 1533, а также трансформатора типа 44266 фирмы "MYRRA". В качестве блока управления 7 может применяться контроллер "КрВ-1.22" на основе микропроцессора "Atmega 161" фирмы "ATMEL", выпускаемый OOO "Эрмис", г. Томск по ДКШС.467444.022 ТУ. Как оптический датчик 8 фиксирующий момент касания горизонтальной площадки 2 (якоря) симметричным немагнитным твердым телом 1 может быть применен оптический выключатель BБ3.36. XX.TRP6000.1.1.K, производящийся НПЦ "Мега", г. Калуга. Оптический датчик 9, измеряющий смещение немагнитного симметричного твердого тела 1 в Восточном направлении, может быть построен на основе модуля "ПФп-1.72" на базе фотоприемного устройства "ILX 526A" фирмы "SONY", выпускаемого ООО "Эрмис", г. Томск по ДКШС.468172.008ТУ.

Устройство работает следующим образом. Под действием силы тяжести немагнитное твердое тело 1 прижимается к горизонтальной площадке 2 (якорю), выполненной из магнитного материала. Упругие элементы 3, имеющие одинаковую жесткость и расположенные на равном расстоянии друг от друга в кольцевом зазоре между цилиндрическим корпусом 5 и тороидальной катушкой 4, удерживают горизонтальную площадку 2 (якорь) со свободно расположенным на ней немагнитным симметричным твердым телом 1 на расстоянии h = 3...7 мм от электромагнита 4. При подаче напряжения от блока питания электромагнита 6 на катушку тороидального электромагнита 4 горизонтальная площадка 2 (якорь), выполненная из магнитного материала, притягивается к магнитной цепи электромагнита 4, преодолевая сопротивление упругих элементов 3, имеющих одинаковую жесткость и расположенных на равном расстоянии друг от друга в кольцевом зазоре между цилиндрическим корпусом 5 и тороидальным электромагнитом 4. Причем сила притяжения горизонтальной площадки 2 (якоря), выполненной из магнитного материала, подобраны так, что она движется вниз быстрее, чем немагнитное симметричное твердое тело 1, которое движется вниз только под действием силы тяжести не успевает за горизонтальной площадкой 2 (якорем), выполненной из магнитного материала, теряет контакт с ней, отстает и некоторое время как бы "зависает" в воздухе, а затем под действием силы тяжести ускоряется и приближается как свободнопадающая точка (тело) к горизонтальной площадке 2 (якорю), выполненной из магнитного материала. При этом под действием кариолисовой силы немагнитное симметричное твердое тело 1 смещается в Восточном направлении на величину Δ₁ (фиг.2).

Момент касания немагнитного симметричного твердого тела 1 горизонтальной площадки 2 (якоря), выполненной из магнитного материала, фиксируется датчиком касания 8 и по сигналу от блока управления 7 блок питания электромагнита 6 отключает питающее напряжение катушки электромагнита 4, после чего под действием упругих элементов 3, имеющих одинаковую жесткость и расположенных на равном расстоянии друг от друга в кольцевом зазоре между цилиндрическим корпусом 5 и тороидальным электромагнитом 4, горизонтальная площадка 2 (якорь), выполненная из магнитного материала, а вместе с ней и немагнитное симметричное твердое тело 1 поднимаются на высоту h=3... 7 мм уже в новой точке.

Затем на катушку электромагнита 4 вновь подается питающее напряжение и цикл движения немагнитного симметричного твердого тела 1 повторяется, но уже из новой точки, смещенной на величину Δ₁ в Восточном направлении по отношению к первоначальному месту расположения немагнитного симметричного твердого тела 1 на горизонтальной площадке 2 (якорь), выполненной из магнитного материала. Многократное повторение цикла подъема и опускания немагнитного симметричного твердого тела 1 приводит к нарастанию его смещения в Восточном направлении, достаточного для надежного определения с большой точностью величины и направления смещения датчиком смещения 9.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для навигационных измерений. Устройство для ориентирования содержит цилиндрический корпус, симметричное немагнитное твердое тело, тороидальный магнит, блок питания электромагнита, блок управления, датчик смещения немагнитного твердого тела в Восточном направлении, датчик касания немагнитного твердого тела горизонтальной площадки. Тороидальный электромагнит установлен в цилиндрическом корпусе. В кольцевом зазоре между цилиндрическим корпусом и тороидальным электромагнитом расположен или один кольцевой упругий элемент, или N одинаковых упругих элементов на равном расстоянии друг от друга, где N= 3÷10. На кольцевом упругом элементе или на одинаковых упругих элементах установлена с возможностью возвратно-поступательных перемещений в вертикальном зазоре над электромагнитом горизонтальная площадка (якорь) из магнитного материала со свободно расположенным на ней немагнитным симметричным твердым телом. Симметричное твердое тело имеет возможность перемещения вслед за горизонтальной площадкой (якорем) вниз и совместно с ней вверх по вертикали. Тороидальный магнит электрически связан с блоком питания электромагнита, который соединен с блоком управления. Один вход блока управления связан с датчиком смещения симметричного немагнитного твердого тела в Восточном направлении, а другой вход - с датчиком касания немагнитного симметричного твердого тела горизонтальной площадки. Технический результат состоит в повышении точности выявления и отождествления направления Восток - Запад. 2 ил.

Устройство для ориентирования, содержащее симметричное твердое тело, имеющее возможность возвратно-поступательных перемещений по вертикали, а также магнит, отличающееся тем, что содержит цилиндрический корпус, в котором установлен тороидальный электромагнит, а в кольцевом зазоре между цилиндрическим корпусом и тороидальным электромагнитом расположен или один кольцевой упругий элемент, или N одинаковых упругих элементов на равном расстоянии друг от друга, где N=3÷10, на которых установлена, с возможностью возвратно-поступательных перемещений в вертикальном зазоре над электромагнитом, горизонтальная площадка (якорь) из магнитного материала со свободно расположенным на ней немагнитным симметричным твердым телом, имеющим возможность перемещения вслед за горизонтальной площадкой (якорем) вниз и совместно с ней вверх по вертикали, при этом тороидальный магнит электрически связан с блоком питания электромагнита, который соединен с блоком управления, причем один вход блока управления связан с датчиком смещения симметричного немагнитного твердого тела в Восточном направлении, а другой вход с датчиком касания немагнитного симметричного твердого тела горизонтальной площадки.