Индикатор горизонта Советский патент 1992 года по МПК G01C9/00 

Изобретение относится к приборам с инерциальными чувствительными элементами, автономно определяющими плоскость горизонта, и может быть использовано в строительной, горнорудной и авиационной отраслях промышленности, а также при космических и геологических исследованиях. Установка индикатора горизонта в соответствующем трехстепенном подвесе позволяет измерять углы наклона контролируемого направления.

Известные приборы с чувствительными элементами типа уровень или маятниковый отвес, используемые для этих целей, не удовлетворяют совокупности требований применимости и точности при воздействии

низких или высоких температур, давлений и других параметров экстремальных условий. Широкое использование в этих же целях гироскопических и других известных приборов ограничено сложностью их устройства и обслуживания, необходимостью использования специальных источников питания, невысокой надежностью.

Наиболее близким к предлагаемому является прибор, содержащий чувствительную массу, газодинамические опоры ее подвеса в виде стаканов, соединенных с приводными двигателями. Этот прибор может быть использован в качестве датчика горизонта.

ю

00 00 Ч

Однако для его работы необходимы, в частности, система обработки выходной информации и система автоматического регулирования частоты вращения приводных двигателей, что ограничивает возможность использования прибора в полевых и экспериментальных условиях, сужая область его применения.

Цель изобретения - повышение точности. При этом упрощается и процесс индикации положения горизонта и достигается возможность визуальной фиксации его.

Поставленная цель достигается тем, что индикатор горизонта, содержащий корпус, чувствительный элемент, две газодинамические опоры его, приводной двигатель и узел регистрации состояния индикатора, снабжен шестерней, закрепленной на валу двигателя, двумя зубчатыми колесами, жестко связанными с газодинамическими опорами и входящими в зацепление с шестерней, не менее чем одной вставкой из магнитомягкого материала, закрепленной на чувствительном элементе, и не менее чем одним магнитом, установленным на корпусе с возможностью перемещения.

Регистрация состояния индикатора может осуществляться и визуально.

На чертеже представлена конструкция индикатора горизонта, состоящего из корпуса 1 с прозрачным окном 2 и установочным узлом (не показан) и размещенным в нем чувствительным элементом 3 на газодинамических опорах. Подвижно (в подшипниках 4), элементы 5 и 6 газодинамических опор снабжены зубчатыми колесами 7 и 8, входящими в зацепление с шестерней 9 на оси 10 приводного двигателя 11, Установочный узел корпуса (не показан) включает в себя элементы установки прибора на поверхности контролируемого объекта и визир для ориентирования в нужном направлении, В качестве визира могут быть применены, например, оптические или щелевые прицелы, а в простейшем случае, риска или стрелка на корпусе, ориентированная вдоль оси чувствительности.

В рассматриваемом варианте газодинамические опоры подвеса чувствительной массы выполнены коническими со спиральными канавками (возможно применение газодинамической опоры катушечного типа, стаканов - как в прототипе или сферического газодинамического подвеса, а также любых или иных геометрий газодинамических опор совмещенного типа).

Зацепление колес 7 и 8 с шестерней .9 обеспечивает встречное вращение подвижных элементов 5 и 6 газодинамических опор подвеса с одинаковыми угловыми скоростями. Прозрачное окно 2 представляет простейшее исполнение узла регистрации состояния индикатора посредством визуального наблюдения чувствительного

элемента. Другими вариантами этого средства могут быть различные электрооптические системы и устройства, включающие в себя линзы, призмы, зеркала или световоды и т.п.

0 Для изменения порога чувствительности чувствительный элемент 3 снабжен маг- нитомягкими вставками 12, а в корпусе прибора размещены взаимодействующие с ними магниты 13. Изменение положения

5 магнитов, например, винтовым механизмом 14, обеспечивает изменение магнитного взаимодействия с намагничивающимися вставками чувствительного элемента. Совокупность элементов 12, 1.3 и 14 образует

0 блок изменения чувствительности прибора. В простейшем варианте прибора для полевых условий целесообразно использовать в качестве приводного пружинный двигатель 11с ручным подзаводом.

5 Чувствительная масса 3 снабжена .крыльчаткой 15 для более эффективного демпфирования ее движения и отбалансирована относительно оси ее вращения.

Перед использованием прибора осуще0 ствляют подзавод пружинного двигателя.

Для выполнения работ, связанных с индикацией горизонтальности оси чувствительности прибора (аналогично работам с использованием уровней горизонтирова5 ниё балок, плит, элементов конструкций или определение факта их негоризонтальности), прибор с помощью установочного узла (корпуса) устанавливается и ориентируется в нужном направлении.

0 Осуществляется пуск двигателя. При этом .шестерня .9 через колеса 7 и 8 приводит во вращение с одинаковыми противоположно направленными угловыми скоростями подвижные элементы 5 и 6 газодинамиче5 ских опор подвеса чувствительного элемента 3. Возникающие реакции в смазочных (газовых) слоях газодинамического подвеса обусловливают всплытие и вращение (при произвольной ориентации в поле тяготения)

0 чувствительного элемента 3. Ось вращения чувствительного элемента является осью чувствительности прибора,.При произвольной ориентации прибора в поле тяготения ось чувствительности наклонена к плоско5 сти горизонта, что вызывает смещение чувствительной массы вдоль оси чувствительности и неодинаковую толщину смазочных слоев в опорах подвеса. Возникающее при этом нарушение соотношения моментов вязкого трения в гезовых слоях опор

обусловливает вращение чувствительного элемента с тем большей скоростью, чем больше угол наклона оси чувствительности к горизонту.

Регистрируемое вращение чувствитель- ного элемента свидетельствует о негоризонтальности визируемого направления контролируемой поверхности. В случае, когда индикатор используется для горизонти- рования конструкций (например, при выполнении строительно-монтажных работ), горизонтальность ее индицируется остановкой вращения чувствительного элемента. Отсутствие скорости вращения чувствительной массы возможно лишь при полной симметрии моментов и сил в смазочных слоях газодинамических опор, т.е. при расположении оси чувствительности индикатора в плоскости горизонта.

При необходимости измерения углов наклона индикатор горизонта должен быть установлен в соответствующий трехстепенный подвес с необходимыми шкалами отсчета. При этом индикатор горизонта используется по-прежнему для определе- ния положения горизонта, а упомянутый

трехстепенный подвес со шкалами - для отсчета углов наклона.

Таким образом предлагаемый индикатор горизонта обеспечивает индикацию горизонтальности визируемого направления контролируемой поверхности либо отсутствие ее, и в отличие от прототипа может использоваться как простой, визуальный прибор, что существенно расширяет область его применения.

Формула изобретения Индикатор горизонта, содержащий корпус, чувствительный элемент, две газодинамические опоры, приводной двигатель и узел регистрации состояния индикатора, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен шестерней, закрепленной на валу двигателя, двумя зубчатыми колесами, жестко связанными с газодинамическими опорами и введенными в закрепление с шестерней, не менее чем одной вставкой из магнитомягкого материала, закрепленной на чувствительном элементе, и не менее чем одним магнитом, установленным на корпусе с возможностью перемещения.

Изобретение относится к приборам с инерциальными чувствительными элементами, автономно определяющими плоскость горизонта, и может быть использовано в строительной, горнорудной и авиационной отраслях промышленности, а также при космических и геологических исследованиях. Цель изобретения - повыше- . ние точности. Индикатор горизонта состоит из корпуса 1 с установочным узлом, размещенного в нем чувствительного элемента 3 на газодинамических опорах, узла регистрации состояния индикатора, блока изменения чувствительности и приводного двигателя 11. Подвижные элементы 5 и 6 газодинамических опор снабжены зубчатыми колесами 7 и 8, входящими в зацепление с шестерней 9 на валу двигателя. Такая кинематическая связь обеспечивает встречное вращение упомянутых элементов с одинаковыми скоростями. Ось чувствительности прибора совпадает с осью вращения его чувствительного элемента 3, который при достижении плоскости горизонта, в силу полной симметрии сил и моментов в смазочных слоях газодинамических опор, замедляя свое вращение, останавливается. 1 ил. ел с

А-А

12

-/4