магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы
Классы МПК: | G01C17/04 с магнитными элементами, определяющими направление на север, например стрелками |
Патентообладатель(и): | Козлов Александр Николаевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-03-02 публикация патента:
10.08.1997 |
Использование: в конструкциях магнитных компасов, в т.ч. для спортивного ориентирования и туризма. Сущность изобретения: в корпусе компаса на двух опорах установлена подвижно система с жестко закрепленным в ней намагниченным элементом. Центр масс этой системы смещен от оси ее вращения в направлении под прямым углом к этой оси в сторону южного полюса магнита при применении компаса в северном полушарии Земли и в сторону северного полюса магнита при применении его в южном полушарии. Величина смещения определяется из соотношения
, где 0<n<2, M - магнитный момент магнита; Hв - вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли; P - вес магнитной подвижной системы в ее рабочей среде. При осуществлении способа смещения центра масс магнитную систему устанавливают на двух опорах и производят смещение центра масс вдоль линии, соединяющей полюса магнитной системы, для чего устанавливают ось вращения под произвольным углом
к вертикали в плоскости, перпендикулярной линии магнитного меридиана, и обеспечивают расположение линии, соединяющей полюса магнитной системы под углом b, определяемым из приведенного соотношения, путем увеличения или уменьшения массы магнитной системы по линии, соединяющей полюса магнитной системы. 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920t.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
Формула изобретения
1. Магнитный компас, содержащий корпус с установленной в нем с одной угловой степенью свободы подвижной магнитной системой с жестко закрепленным в ней намагниченным элементом, отличающийся тем, что центр масс подвижной системы смещен от ее оси вращения в направлении, перпендикулярном этой оси к полюсу намагниченного элемента противоположного наименования по отношению к наименованию полюса того магнитного полушария Земли, в котором используется компас. 2. Компас по п.1, отличающийся тем, что центр масс смещен на величину![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-21t.gif)
где 0 < n < 2,
Hb вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли для данной местности;
M магнитный момент намагниченного элемента;
P вес подвижной магнитной системы в ее рабочей среде. 3. Компас по п.1 или 2, отличающийся тем, что в нем центр масс смещен на величину
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-22t.gif)
4. Способ смещения центра масс подвижной магнитной системы магнитного компаса, заключающийся в том, что устанавливают подвижную магнитную систему с возможностью вращения со смещением центра масс, отличающийся тем, что подвижную магнитную систему устанавливают на двух опорах, смещение центра масс производят вдоль линии, соединяющей полюса магнитной системы, устанавливают ось вращения под произвольным углом
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-23t.gif)
где P1 вес магнитной системы при осуществлении смещения центра масс;
Hb вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли при осуществлении смещения центра масс;
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/920.gif)
M магнитный момент магнитной системы;
l выбранная величина необходимого смещения центра масс,
путем увеличения или уменьшения массы подвижной магнитной системы по линии, соединяющей полюса магнитной системы.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в конструкциях магнитных компасов, преимущественно для применения в спортивном ориентировании и туризме. Известен магнитный компас /1/, содержащий корпус, установленную в нем на двух опорах ось, с которой жестко связана подвижная относительно только этой оси система, в которой жестко закреплены намагниченные элементы. Центр масс этой подвижной системы находится на оси ее вращения в корпусе. Недостатком этого компаса является появление погрешности при наклонах оси вращения подвижной системы от вертикали. Эта погрешность исключается при удержании оси вращения подвижной системы в вертикальном положении с помощью каких-то внешних устройств. Известен способ смещения центра масс магнитной системы магнитного компаса /2/, который заключается в установке магнитной системы с возможностью вращения на опоре и смещении центра масс вдоль оси вращения. Однако данный способ не может быть использован для компенсации погрешности наклонов оси вращения в магнитных компасах с двумя опорами. Задачей изобретения является создание магнитного компаса с уменьшенной погрешностью при наклонах оси вращения магнитной системы от вертикали за счет смещения ее центра масс, а также способа смещения центра масс магнитной системы. Поставленная задача решается за счет того, что в магнитном компасе, содержащем корпус с установленной в нем с одной угловой степенью свободы магнитной системой с жестко закрепленным в ней намагниченным элементом, центр масс подвижной системы смещен от ее оси вращения в направлении, перпендикулярном этой оси к южному полюсу намагниченного элемента при применении компаса в северном магнитном полушарии Земли или к северному полюсу при применении компаса в южном магнитном полушарии Земли. Причем смещение производят на величину l, определяемую из выражения![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-3t.gif)
где 0<n<2, Hb вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли;
M магнитный момент намагниченного элемента;
P вес подвижной системы. Конкретный выбор значения l осуществляется, исходя из допустимого значения погрешности компаса при наклонах оси вращения его подвижной системы от вертикали, при этом при любом значении l, удовлетворяющему (1), выполняется цель уменьшение погрешности компаса при его наклонах. Наименьшую погрешность компас будет иметь при
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-4t.gif)
а при наклонах его только по главным осям компаса от вертикали /по линии меридиана и по линии, ей перпендикулярной/ погрешность в компасе отсутствует, причем при любых значениях углов отклонения оси от вертикали для второго случая. Поставленная задача также решается за счет того, что в известном способе смещения центра масс подвижной магнитной системы магнитного компаса, заключающегося в том, что устанавливают подвижную магнитную систему с возможностью вращения со смещением центра масс, подвижную магнитную систему устанавливают на двух опорах, смещение l центра масс производят вдоль линии, соединяющей полюса магнитной системы, устанавливают ось вращения под произвольным углом
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-5t.gif)
где P1 вес подвижной магнитной системы в окружающей среде при осуществлении смещения центра масс;
Hb вертикальная составляющая напряженности магнитного поля Земли при осуществлении смещения центра масс;
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/920.gif)
M магнитный момент магнитной системы;
l выбранная величина необходимого смещения центра масс путем увеличения или уменьшения массы подвижной магнитной системы по линии, соединяющей полюса магнитной системы. На фиг. 1 и 2 показаны направления векторов сил, действующих на магнитную систему. Ниже показывается причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков изобретения и достигаемым техническим результатом. Известно /1/, что величина погрешности l при наклоне g вертикальной оси подвижной системы в произвольном направлении определяется выражением
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-6t.gif)
где
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086276/936.gif)
q угол магнитного наклонения Земли. Согласно /1, с.274/, наибольшее значение эта погрешность получается при наклоне оси подвижной системы в направлении, перпендикулярном плоскости магнитного меридиана, т.е. при j 0 и p, при этом
l=arctg (tg
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/920.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086031/960.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-7t.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-8t.gif)
Mв=Hв
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
согласно правилу векторного произведения перпендикулярных векторов, лежащих в плоскости, перпендикулярной оси вращения. Кроме того, на ось вращения подвижной системы действует возвращающий ее в исходное состояние момент Мг от взаимодействия векторов М и Нг, находящихся в плоскости, перпендикулярной оси вращения системы под углом
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
Mг=M
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
И, наконец, на ось вращения подвижной системы действует момент Мс от смещения центра масс системы на величину l, который определяется как двойная проекция момента от взаимодействия смещенной массы ml с полем земного тяготения q сначала на ось, перпендикулярную плоскости магнитного меридиана, находящейся под углом
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
Вектор Мс b направлен также против вектора Мв при смещении центра масс системы в направлении южного полюса намагниченного элемента при применении компаса в северном полушарии. Тогда уравнение равновесия моментов запишется
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-9t.gif)
из которого требуемая величина смещения центра масс подвижной системы l при заданной допустимой погрешности
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-10t.gif)
Поставляя в (8) значения
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/920.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
при положительном l l=0.
при отрицательном
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-11t.gif)
Между этими значениями l и должно находиться смещение центра масс подвижной системы заявляемого компаса для того, чтобы его погрешность от наклона вертикальной оси вращения подвижной системы не превысила и не сравнялась с погрешностью в прототипе. Из (8) видно, что в заявляемом компасе можно достичь нулевой погрешности
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-12t.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
При наклоне оси подвижной системы на угол
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-13t.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086276/936.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086207/8800.gif)
Mс=P
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086018/947.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086276/936.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
и становится меньше, чем при
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086276/936.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086276/936.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-14t.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086029/946.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/920.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086029/946.gif)
где T вектор полной напряженности магнитного поля Земли. Из (9), с учетом Hв= T
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086003/183.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/920.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-15t.gif)
Для получения по этому способу необходимого смещения центра масс магнитной системы компаса по п. 2 формулы заявленной группы изобретений вместо l следует подставить в (10) значение
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-16t.gif)
где 0<n<2.
а при осуществлении предлагаемого способа в той же рабочей среде, в которой будет работать магнитная система в компасе по п. 3, добиваются горизонтального положения линии, соединяющей полюса системы, т.е. того, чтобы tg 0.
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086207/8800.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-18t.gif)
Действительно, из (8) видно, что (13) являются следствием (8) относительно
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086025/955.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086029/946.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-19t.gif)
В случае, если осуществление предлагаемого способа производится в другой по ширине Земли местности, где Нв не равно тому Н"в, где предполагается применение компаса, то при переходе от (10) к (11) и последующим выражением, эти значения Нв и Н"в не сокращаются математически, и выражение для tg
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086029/946.gif)
![магнитный компас и способ смещения центра масс его магнитной системы, патент № 2086920](/images/patents/386/2086920/2086920-20t.gif)
Способ смещения центра масс подвижной магнитной системы магнитного компаса может быть применен при другой окружающей подвижную магнитную систему среде, в отличие от рабочей среды в компасе, а также для применения компаса в другом диапазоне широт Земли, т.е. не для широт Земли, где осуществляется способ смещения центра масс.
Класс G01C17/04 с магнитными элементами, определяющими направление на север, например стрелками
устройство для определения направления на мекку - патент 2327108 (20.06.2008) | ![]() |
линейный магнит и компас на его основе - патент 2259610 (27.08.2005) | ![]() |
магнитный компас (варианты) - патент 2078310 (27.04.1997) | |
магнитный компас для туризма и спортивного ориентирования - патент 2075041 (10.03.1997) | |
компас для спортивного ориентирования - патент 2073205 (10.02.1997) | |
компас для спортивного ориентирования - патент 2073204 (10.02.1997) | |
магнитный компас - патент 2068173 (20.10.1996) | |
буссоль - патент 2031367 (20.03.1995) |