Магнитный компас-инклинатор Советский патент 1983 года по МПК G01V3/40 

10 2.Компас-инклинатор по п. 1, от личающийся тем, что, измерительное устройство выполнено в виде двухкоординатного поэиционно-чувст вительного фотоприемника, источника света и оптической системы, ось которой проходит через центр плоского конденсатора. 3.Компас-инклинатор.по п. 1, о тличающийся тем, что пробное тело выполнено в виде полого шаре с внешней зеркальной электропроводящей поверхностью и прозрачным электропроводящим окном, а внутри пробного тела жестко укреплен постоянный магнит с закрепленными на нем зеркалами, ориентированный вдоль оси 2 прозрачного окна, причем центр тяжести пробного тела с магнитом и зеркалами совмещен с геометрическим центром шара. Ц, Компас-инклинатор по п. 1, отличающийся тем, что устройство индикации расположения пробного тела выполнено в виде однокоординатного позиционно-чувствительного фотоприемника, усилителя, подключенного входом к выходу фотоприемника и выходом - к пластинам плоского конденсатора, источника света и оптичерез центр плоского конденсатора и перпендикулярна к нормали, соединяющей пла.стинь конденсатора о

МАГНИТНЫЙ КОМПАС- ИНКЛИНАТОР, содержащий магнитометрический преобразователь, выполненный в виде постоянного магнита стержневого типа с закрепленными на нем зеркалами, поворотное устройство и измерительное устройство, закрепленное на поворотном устройстве, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения точности измерения, в него введены плоский конденсатор с двумя пластинами, две центрирующие вставки, каждая из которых расположена на соответствующей пластине конденсатора, пробное тело, расположенное между пластинами конденсатора с возможностью свободного перемещения между ними, устройство индикации расположения пробного тела и регулируемый источник напряжения, подключенный к пластинам конден(Л сатора. о N9 si to

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и может быть использовано при измерениях склонения .и наклонения магнитного поля Земли.

Известен магнитный компас-инклинатор, содержащий магнитометрический преобразователь, кольца Гельмгольца, генератор низкой частоты, поворотное устройство с лимбами и измерительное устройство. Магнитометрический преобразователь представляет собой датчик квантового магнитометра ( ядернопрецессионного или с оптической накачкой )и укреплен в центре колец Гельмгольца. Кольца Гельмгольца установлены на поворотном устройстве и могут поворачиваться относительно преобразователя вокруг горизонтальной и вертикальной оси. Измерительное устройство содержит частотный детектор, усилитель низкой частоты, амплитудный детектор и регистрирующий прибор.

В кольца Гельмгольца подают от ге- нератора переменный ток низкой частоты. С магнитометрического преобразователя на вход измерительного устройства поступает сигнал, частота которого меняется пропорционально модупю суммарного геомагнитного поля и наложенного поля колец Гельмгольца. В измерительном устройстве в спектре сигнала выделяют первую гармонику низкой частоты. Кольца Гельмгольца вращают в двух взаимно перпендикулярных плоскостях до тех пор, пока сигнал перпервой гармоники не станет равным нулю. В этом положении ось колец Гельмгольца перпендикулярна вектору геомагнитного поля, направление которого таким образом определяется. Отсчеты производятся по горизонтальному и вертикальному лимбам поворотного устройства. Пределом, ограничивающим точность измерения склонения и наклонения, являются флуктуационные шумы, присутствующие в спектре частот сигнала, формируемого датчиком магнитометра tl 3.

Устройство характеризуется недостаточно высокой точностью измерений магнитного склонения и наклонения, зависящей от отношения полезного сигнала к шуму и не превышающей 2-3 угловых секунд.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является магнитный компас-инклинатор, содержащий магнитометрический преобразователь, выполненный в виде постоянного магнита стержневого типа с, закрепленными на нем зеркалами, поворотное устройство и измерительное устройство, закрепленное на поворотном устройстве. Поворотное устройство указанного компаса-инклинатора представляет собой два герметичных соосных цилиндра. меньший из которых размещен внутри большего, а пространство между цилиндрами заполнено жидкостью. Внутренний цилиндр имеет возможность вращаться с помощью соответствующих , механических опор относительно внешнего цилиндра вокруг общей оси цилин ров. Внутри меньшего цилиндра размещен постоянный магнит стержневого типа, который имеет возможность ара(цаться с помощью соответствующих механических опор относительно меньшаго цилиндра вокруг оси,, перпендикулярной оси цилиндров и оси магнита. Измерительное устройство выполнено в виде круговой шкалы с делениями , размещенной на верхней крышке внутреннего цилиндоа. Для измерения магнитного склонения ось цилиндров ориентируют вертикально, а для измерения наклонения - перпендикуляр iно плоскости магнитного меридиана. В результате силовогр взаимодействия постоянного магнита с геомагнитным i полем магнит заставляет вращаться внутренний цилиндр относительно оси цилиндров до техпор, пока магнит нб будет сориентирован в первом случае вдоль горизонтальной компоненты поля и во втором случае - вдоль полного вектора поли. Отсчет производит ся с помощью круговой шкалы измерительного устройства, занимакщей определенное положение-относительно внеинего цилиндра. Жидкость между цилиндрами слркит для уменьшения трения в механических опорах при вра щении бнутреннего цилиндра относител но внешнего и для демпфирования чувствительной системы. Возможность пов рота магнита относительно внутреннего цилиндра предусмотрена для того, чтобы дополнительно уменьшить трение в механических опорах, связывающих внутренний и внешний цилиндры, которое в противном случае возрастало бы за счет воздействия на магнит а следовательно и на внутренний цилиндр, вертикальной компоненты поля при измерении магнитного склоненияС2 Однако это устройство характеризуется недостаточно высок(: точность измерений магнитного склонения и наклонения, которая обусловлена достаточно большим противодействующим МО ментом, создаваемым силами трения в механических опорах, и также не пре. вышает 2-3 угловых секунд. Цель изобретения - увеличение точности измерений магнитного склонения и наклонения. Указанная цель достигается тем, что в магнитный компас-инклинатор, содержащий магнитометрический преобразователь, выполненный в виде постоянного магнита стержневого типа с закрепленными на нем зеркалами, поворотное устройство и измерительное устройство, закрепленное на поворотном устройстве, введены плоский конденсатор с двумя пластинами,,две центрирующие вставки, каждая из которых расположена на соответствующей пластине конденсатора, пробное тело расположенное между пластинами конденсатора с возможностью свободного перемацения между ними, устройство индикации расположения пробного тела и регулируемый источник напряжения, подключенный к пластинам конденсатора, а также тем, что его измерительное устройство выполнено в виде двухкоОрдинатного позиционно-чувствительного фотоприемника, источника света и оптической системы, ось которой проходит через центр плоского конденсатора. Пробное тело выполнено в виде полого шара с внешней зеркальной элек- тропроводящей поверхностью и прозрачным электропроводящим окном, а внутри пробного тела жестко укреплен постоянный магнит с закрепленными на нем зеркалами, ориентированный вдоль оси прозрачного окна, причем центр тяжести пробного тела с магнитом и зеркалами совмещен с геометрическим центром шара. Устройство индикации расположения пробного тела выполнено в виде однокоординатного позиционного чувствительного фотоприемника, усилителя, подключенного входом к выходу фотоприемника и выходом - к пластинам плоского конденсатора, источника ceeta и оптической системы, ось которой проходиТ через центр плоского конденсатора и перпендикулярна к нормали, соединяйщей пластины конденсатора. На чертеже схематически представлен магнитный компас-инклинатор. Устройство содержит пробное тело 1 с окнами 2 и 3, постоянным магнитом А, стойкой 5 и зеркалами 6 и 7 а также плоский конденсатор с пластинами 8 и 9 и центрирующими вставками, выполненными в виде электропроводящих- конических насадки 10 и выемки 11,. вершины которых направлены в одну сторону, устройство индикации расположе ния пробного тела с источником света 12, оптической системой 13, однокоор динатным позиционномувствительным фотоприемником (ПЧФ} 1 и усилителем 15 измерительное, устройство с источником света 16, оптической системой 17 и двухкоординатным ПЧФ 18. Поворотное устройство на чертеже не покаПробное тело 1 представляет собой полый шар, выполненный из стекла с внешним прозрачным электропроводящим покрытием. Для удобства изображения -4- часть шара на чертеже не показана Внутренняя поверхность оболочки шара имеет светоотражающее покрытие, за исключением двух диаметрально противоположных круглых окон 2 и 3, вследствие чего шаровая поверхность является зеркальной, кроме прозрачных окон 2 и 3. Внутри пробного тела 1 укреплен постоянный магнит с помощью жесткой стойки 5, причем ось магнита совпадает с осями окон 2 и 3. Северный полюс N магнита Ц обращен к окну 2, а южный полюс S магнита - к окну 3. На торцах магнита k укреплены идентичные зеркала 6 И 7 плоскости которых перпендикулярны оси магнита 4, Центр тяжести закрепленных вместе магнита Ц, стойки 5 зеркал 6 и 7 совпадает с геометрическим центром шара. Геометрические оси устройства XX УУ, ZZвзаимно перпендикулярны. Нача ло координат О системы XyZ задано в центре между пластинами 8, 9 плоског конденсатора. Пластины 8 и 9 п рпендикулярны оси ZZ, которая является осью плоского конденсатора. Оси кони ческой насадки 10 и конической выемки 1 1 совпадают с осью плоского конденсатора. Ось оптической системы 13 ориентирована вдоль оси УУ. Однокоординатный ПЧФ. 14 выполнен в виг де двухплощадочного дифференциального фоторезистора, плоскость чув-. ствительного слоя которого пэрпендикулярна оси УУ, а граница раздела площадок ориентирована параллельно оси ХХ и пересекает ось УУ. Ось оптической системы 17 проходит через начало координат и может быть ориентирована в пространстве произвольно с помощью поворотного устройства. Двухкоординатный ПЧФ 18 представляет собой фотоприемник с радиальным элек трическим полем. Плоскость чувствительного слоя фотоприемника 18 перпр дикулярна оси оптической системы 17. а центральный модулирующий электрод расположен на оси оптической системы 17. Пробное тело 1 и пластины 8 и 9 плоского конденсатора размещаются в прозрачном вакуумированном баллоне (на чертеже не показан). Ось ZZ устройства ориентируют вер тикально таким образом, чтобы вершины конусов насадки 10 и выемки 11 были обращены вниз. Тогда пластина 8 является верхней, а пластина 9 нижней. Пробное тело 1 размещают на нижней пластине 9 в конической выемке 11, при этом геометрический центр шара совпадает с осью ZZ, На пластины 8 и 9 плоского конденсатора подают определенную разность потенциалов от регулируемого источника напряжения, не показанного на чертеже. Так как внешняя электропроводящая поверхность пробного тела 1 приобретает потенциал нижней пластины 9 плоского конденсатора, то на пробное тело 1, помимо силы тяжести, направленной вертикально вниз, действует кулоновекая сила, направленная вертикально вверх. Разность потенциалов на пластинах 8 и 9 плоского конденсатора задают такой величины, чтобы эти две силы уравновешивали друг друга. Луч света от источника света 12, пройдя через оптическую систему 13 и отверстие в центре фотоприемника 14, падает на зеркальную шаровую поверхность пробного тела 1 и, отразившись от нее, попадает на чувствительный слой фотоприемника 14. Так как в исходной позиции центр шара находится ниже начала координат, то отраженный луч света смещен вверх относительно границы раздела площадок фотоприемника 14, включенных по дифференциальной схеме, и фотоприемник 14 формирует электрический сигнал рассогласования положительного знака по координате Z. Этот сигнал подается на вход усилителя 15, который преобразует сигнал во вспомогательную разность потенциалов и подает ее на пластииы 8 и 9 плоского конденсатора. Суммарная разность потенциалов на пластинах 8 и 9 возрастает , кулоновская сила превосходит силу тяжести, и пробное тело 1 начинает перемещаться вверх. Когда