SU1719889A1

SU1719889A1 - Horizon indicator

Info

Publication number: SU1719889A1
Application number: SU904787748A
Authority: SU
Inventors: Валентин Владимирович Коваленко; Павел Владимирович Модерау
Original assignee: Институт машиноведения Уральского отделения АН СССР; Челябинский Политехнический Институт Им.Ленинского Комсомола
Priority date: 1990-01-31
Filing date: 1990-01-31
Publication date: 1992-03-15

Abstract

Изобретение относитс к приборам с инерциальными чувствительными элементами , автономно определ ющими плоскость горизонта, и может быть использовано в строительной, горнорудной и авиационной отрасл х промышленности, а также при космических и геологических исследовани х . Цель изобретени - повыше- . ние точности. Индикатор горизонта состоит из корпуса 1 с установочным узлом, размещенного в нем чувствительного элемента 3 на газодинамических опорах, узла регистрации состо ни индикатора, блока изменени чувствительности и приводного двигател 11. Подвижные элементы 5 и 6 газодинамических опор снабжены зубчатыми колесами 7 и 8, вход щими в зацепление с шестерней 9 на валу двигател . Така кинематическа св зь обеспечивает встречное вращение упом нутых элементов с одинаковыми скорост ми. Ось чувствительности прибора совпадает с осью вращени его чувствительного элемента 3, который при достижении плоскости горизонта, в силу полной симметрии сил и моментов в смазочных сло х газодинамических опор, замедл свое вращение, останавливаетс . 1 ил. ел сThe invention relates to devices with inertial sensing elements autonomously determining the horizon plane, and can be used in the building, mining and aviation industries, as well as in space and geological studies. The purpose of the invention is higher -. precision. The horizon indicator consists of a housing 1 with an installation unit, a sensing element 3 located therein on gas-dynamic supports, an indicator status recording unit, a sensitivity change unit and a drive motor 11. The movable elements 5 and 6 of the gas-dynamic supports are equipped with gear wheels 7 and 8 in gearing with gear 9 on the engine shaft. Such a kinematic relationship provides the counter-rotation of the said elements at the same speed. The axis of sensitivity of the device coincides with the axis of rotation of its sensitive element 3, which, when it reaches the horizon plane, due to the full symmetry of the forces and moments in the lubricating layers of the gas-dynamic supports, slows down its rotation, stops. 1 il. ate with

Description

Изобретение относитс к приборам с инерциальными чувствительными элементами , автономно определ ющими плоскость горизонта, и может быть использовано в строительной, горнорудной и авиационной отрасл х промышленности, а также при космических и геологических исследовани х . Установка индикатора горизонта в соответствующем трехстепенном подвесе позвол ет измер ть углы наклона контролируемого направлени .The invention relates to devices with inertial sensing elements autonomously determining the horizon plane, and can be used in the building, mining and aviation industries, as well as in space and geological studies. Installing the horizon indicator in the corresponding three-stage suspension allows measuring the angles of inclination of the monitored direction.

Известные приборы с чувствительными элементами типа уровень или ма тниковый отвес, используемые дл этих целей, не удовлетвор ют совокупности требований применимости и точности при воздействииKnown devices with sensitive elements such as level or a plummet plummet used for these purposes do not satisfy the set of requirements for applicability and accuracy when exposed

низких или высоких температур, давлений и других параметров экстремальных условий. Широкое использование в этих же цел х гироскопических и других известных приборов ограничено сложностью их устройства и обслуживани , необходимостью использовани специальных источников питани , невысокой надежностью.low or high temperatures, pressures and other parameters of extreme conditions. The widespread use of gyroscopic and other known devices for the same purpose is limited by the complexity of their design and maintenance, the need to use special power sources, and low reliability.

Наиболее близким к предлагаемому вл етс прибор, содержащий чувствительную массу, газодинамические опоры ее подвеса в виде стаканов, соединенных с приводными двигател ми. Этот прибор может быть использован в качестве датчика горизонта.Closest to the present invention is a device containing a sensitive mass, gas-dynamic supports of its suspension in the form of glasses connected to drive motors. This device can be used as a horizon sensor.

юYu

00 00 Ч00 00 H

Однако дл его работы необходимы, в частности, система обработки выходной информации и система автоматического регулировани частоты вращени приводных двигателей, что ограничивает возможность использовани прибора в полевых и экспериментальных услови х, сужа область его применени .However, its operation requires, in particular, an output information processing system and an automatic frequency control system for driving motors, which limits the ability to use the device in field and experimental conditions, narrowing the scope of its application.

Цель изобретени - повышение точности . При этом упрощаетс и процесс индикации положени горизонта и достигаетс возможность визуальной фиксации его.The purpose of the invention is to improve accuracy. It also simplifies the process of indicating the position of the horizon and makes it possible to visually fix it.

Поставленна цель достигаетс тем, что индикатор горизонта, содержащий корпус, чувствительный элемент, две газодинамические опоры его, приводной двигатель и узел регистрации состо ни индикатора, снабжен шестерней, закрепленной на валу двигател , двум зубчатыми колесами, жестко св занными с газодинамическими опорами и вход щими в зацепление с шестерней, не менее чем одной вставкой из магнитом гкого материала, закрепленной на чувствительном элементе, и не менее чем одним магнитом, установленным на корпусе с возможностью перемещени .The goal is achieved by the fact that the horizon indicator, comprising a housing, a sensing element, two gas-dynamic supports, a drive engine and an indicator status recording unit, is equipped with a gear mounted on the engine shaft, two gear wheels rigidly connected to the gas-dynamic supports and in engagement with a gear wheel, at least one insert from a magnet of a soft material fixed on the sensitive element, and at least one magnet mounted on the housing with the possibility of movement .

Регистраци состо ни индикатора может осуществл тьс и визуально.The indicator status can also be recorded visually.

На чертеже представлена конструкци индикатора горизонта, состо щего 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, вход щими в зацепление с шестерней 9 на оси 10 приводного двигател 11, Установочный узел корпуса (не показан) включает в себ элементы установки прибора на поверхности контролируемого объекта и визир дл ориентировани в нужном направлении , В качестве визира могут быть применены , например, оптические или щелевые прицелы, а в простейшем случае, риска или стрелка на корпусе, ориентированна вдоль оси чувствительности.The drawing shows the construction of a horizon indicator consisting of a housing 1 with a transparent window 2 and an installation unit (not shown) and the sensitive element 3 placed therein on gas-dynamic supports. Movable (in bearings 4), elements 5 and 6 of the gas-dynamic supports are equipped with gear wheels 7 and 8, which engage with gear 9 on the axis 10 of the drive engine 11, the housing installation assembly (not shown) includes elements of the installation of the device on the surface the object and the sight for orientation in the desired direction. As a sight, for example, optical or slit sights can be used, and in the simplest case of risk or an arrow on the body oriented along the axis of sensitivity.

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).In the considered variant, the gas-dynamic supports of the suspension of sensitive mass are made conical with spiral grooves (it is possible to use gas-dynamic coil-type supports, glasses - as in the prototype or spherical gas-dynamic suspension, as well as any or other geometries of the gas-dynamic supports of the combined type).

Зацепление колес 7 и 8 с шестерней .9 обеспечивает встречное вращение подвижных элементов 5 и 6 газодинамических опор подвеса с одинаковыми угловыми скорост ми . Прозрачное окно 2 представл ет простейшее исполнение узла регистрации состо ни индикатора посредством визуального наблюдени чувствительногоThe engagement of the wheels 7 and 8 with the gear .9 provides counter-rotating of the movable elements 5 and 6 of the gas-dynamic supports of the suspension with the same angular velocity. The transparent window 2 represents the simplest execution of an indicator state registration unit by visual observation of sensitive

элемента. Другими вариантами этого средства могут быть различные электрооптические системы и устройства, включающие в себ линзы, призмы, зеркала или световоды и т.п.an item. Other variations of this means may be various electro-optical systems and devices, including lenses, prisms, mirrors or light guides, etc.

0 Дл изменени порога чувствительности чувствительный элемент 3 снабжен маг- нитом гкими вставками 12, а в корпусе прибора размещены взаимодействующие с ними магниты 13. Изменение положени 0 To change the sensitivity threshold, the sensitive element 3 is equipped with magnet inserts 12, and the associated magnets 13 are placed in the instrument case.

5 магнитов, например, винтовым механизмом 14, обеспечивает изменение магнитного взаимодействи с намагничивающимис вставками чувствительного элемента. Совокупность элементов 12, 1.3 и 14 образует5 magnets, for example, a screw mechanism 14, provides a change in the magnetic interaction with the magnetizable inserts of the sensing element. The combination of elements 12, 1.3 and 14 forms

0 блок изменени чувствительности прибора. В простейшем варианте прибора дл полевых условий целесообразно использовать в качестве приводного пружинный двигатель 11с ручным подзаводом.0 unit changes the sensitivity of the device. In the simplest version of the device for field conditions, it is advisable to use as a drive spring motor 11c for manual winding.

5 Чувствительна масса 3 снабжена .крыльчаткой 15 дл более эффективного демпфировани ее движени и отбалансирована относительно оси ее вращени .5 The sensitive mass 3 is provided with a flap 15 for more effective damping of its movement and is balanced against its axis of rotation.

Перед использованием прибора осуще0 ствл ют подзавод пружинного двигател .Before using the device, a spring motor is wound.

Дл выполнени работ, св занных 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 ) устанавливаетс и ориентируетс в нужном направлении.To perform work related to horizontal indication of the axis of sensitivity of the device (similar to work using the leveling levels of beams, plates, structural elements or determining whether they are not horizontal), the device is installed and oriented in the desired direction using the installation unit (housing).

0 Осуществл етс пуск двигател . При этом .шестерн .9 через колеса 7 и 8 приводит во вращение с одинаковыми противоположно направленными угловыми скорост ми подвижные элементы 5 и 6 газодинамиче5 ских опор подвеса чувствительного элемента 3. Возникающие реакции в смазочных (газовых) сло х газодинамического подвеса обусловливают всплытие и вращение (при произвольной ориентации в поле т готени )0 Engine start up. At the same time, the .9 through the wheels 7 and 8 rotates with identical oppositely directed angular speeds the movable elements 5 and 6 of the gas-dynamic supports of the suspension of the sensitive element 3. The resulting reactions in the lubricating (gas) layers of the gas-dynamic suspension cause the ascent and rotation ( with an arbitrary orientation in the field of t goteni)

0 чувствительного элемента 3. Ось вращени чувствительного элемента вл етс осью чувствительности прибора,.При произвольной ориентации прибора в поле т готени 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 соотношени моментов в зкого трени в гезовых сло х опор0 of the sensitive element 3. The axis of rotation of the sensitive element is the axis of sensitivity of the device. With an arbitrary orientation of the device in the field of incidence, the axis of sensitivity is inclined to the plane of the horizon, which causes a displacement of the sensitive mass along the axis of sensitivity and unequal thickness of the lubricating layers in the suspension bearings. The resulting violation of the ratio of the moments of viscous friction in the geyz layers of the supports

обусловливает вращение чувствительного элемента с тем большей скоростью, чем больше угол наклона оси чувствительности к горизонту.causes the rotation of the sensitive element with the greater speed, the greater the angle of inclination of the axis of sensitivity to the horizon.

Регистрируемое вращение чувствитель- ного элемента свидетельствует о негоризонтальности визируемого направлени контролируемой поверхности. В случае, когда индикатор используетс дл горизонти- ровани конструкций (например, при выполнении строительно-монтажных работ ), горизонтальность ее индицируетс остановкой вращени чувствительного элемента. Отсутствие скорости вращени чувствительной массы возможно лишь при полной симметрии моментов и сил в смазочных сло х газодинамических опор, т.е. при расположении оси чувствительности индикатора в плоскости горизонта.The recorded rotation of the sensitive element indicates that the direction of the test surface is not horizontal. In the case when the indicator is used for leveling structures (for example, during construction and installation works), its horizontal position is indicated by stopping the rotation of the sensing element. Lack of rotational speed of the sensitive mass is possible only with full symmetry of the moments and forces in the lubricating layers of the gas-dynamic supports, i.e. at the location of the axis of sensitivity of the indicator in the plane of the horizon.

При необходимости измерени углов наклона индикатор горизонта должен быть установлен в соответствующий трехстепенный подвес с необходимыми шкалами отсчета . При этом индикатор горизонта используетс по-прежнему дл определе- ни положени горизонта, а упом нутыйIf it is necessary to measure the angle of inclination, the horizon indicator should be installed in the appropriate three-stage suspension with the necessary reference scales. The horizon indicator is still used to determine the position of the horizon, and the said

трехстепенный подвес со шкалами - дл отсчета углов наклона.triple suspension with scales - for tilt angle reading.

Таким образом предлагаемый индикатор горизонта обеспечивает индикацию горизонтальности визируемого направлени контролируемой поверхности либо отсутствие ее, и в отличие от прототипа может использоватьс как простой, визуальный прибор, что существенно расшир ет область его применени .Thus, the proposed horizon indicator provides an indication of the horizontality of the sighted direction of the monitored surface or its absence, and, unlike the prototype, it can be used as a simple, visual device, which significantly expands its scope.

Claims

Claims of the Horizon Indicator, comprising a housing, a sensing element, two gas-dynamic supports, a driving engine and an indicator status recording unit, characterized in that, in order to improve accuracy, it is equipped with a gear mounted on the engine shaft, two gears rigidly connected with gas-dynamic supports and inserted into fastening with a gear, at least one insert made of a magnet of a soft material fixed on the sensitive element, and at least one magnet mounted on a with the possibility of movement.

Aa

12

-/four