(54) (13)B1 PL B1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11)165054

Transkrypt

1 RZECZPOSPOLITA POLSKA (12) OPIS PATENTOWY (19)PL (11) (13)B1 Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: (22) Data zgłoszenia: (51) IntCl5: B63B 39/14 (54) Urządzenie do pomiaru kąta pochylenia obiektów ruchomych w polu grawitacyjnym, zwłaszcza kąta przechyłu i przegłębienia statków (43) Zgłoszenie ogłoszono: BUP 19/91 Uprawniony z patentu: Instytut Morski, Gdańsk, PL (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: WUP 11/94 (72) Twórcy wynalazku: Janusz Wasilewski, Gdańsk, PL Ryszard Werkowski, Gdańsk, PL PL B1 (57) 1. Urządzenie do pomiaru kąta pochylenia obie któw ruchomych w polu grawitacyjnym, zwłaszcza kąta przechyłu i przegłębienia statków, zawierające zespół ruchomej cewki elektromagnetycznej i nieruchomy obwód magnetyczny, stanowiących siłownik magnetoelektryczny oraz mające przegub sprężynowy krzyżowy składający się z dwu prostopadłych do siebie elastycznych sprężyn, jak również zaopatrzone w pojemnościowy czujnik przesunięcia liniowego, znamienne tym, że w sztywnym korpusie (10) je s t umocowana w płaszczyźnie pionowej płyta osadcza (11) z poziomym wysięgnikiem (12), do którego jest umocowany przegub sprężynowy krzyżowy (4), z umocowanym do przegubu wahliwym bezwładnościowym elementem płytowym (3), z umocowaną do niego sztywno elektryczną cewką (2), poruszającą się w szczelinie magnetycznej (S) we wnętrzu obwodu magnetycznego nieruchomego (1), umocowanego do osadczej płyty (11) oraz zaopatrzonego w osadzony na jego zewnętrznej części czujnik (6) przesunięcia liniowego, zwłaszcza czujnik pojemnościowy, przy czym wahliwy element bezwładnościowy (3) ma w dolnej części umocowany obciążnik (5), o masie wynikającej z założonych parametrów metrologicznych eksploatacyjnych urządzenia, z osadzonym w nim lub jego pobliżu zespołem regulowanych zderzaków (8), osadzonych na śrubie (9), przeprowadzonej swobodnie przez przelotowy otwór w osadczej płycie (11),... FIG. 1

2 Urządzenie do pomiaru kąta pochylenia obiektów ruchomych w polu grawitacyjnym, zwłaszcza kąta przechyłu i przegłębienia statków Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie do pomiaru kąta pochylenia obiektów ruchomych w polu grawitacyjnym, zwłaszcza kąta przechyłu i przegłębienia statków, zawierające zespół ruchomej cewki elektromagnetycznej i nieruchomy obwód magnetyczny, stanowiących siłownik magnetoelektryczny oraz mające przegub sprężynowy krzyżowy składający się z dwu prostopadłych do siebie elastycznych sprężyn, jak również zaopatrzone w pojemnościowy czujnik przesunięcia liniowego, znam ienne tym, że w sztywnym korpusie (10) jest umocowana w płaszczyźnie pionowej płyta osadcza (11) z poziomym wysięgnikiem (12), do którego jest umocowany przegub sprężynowy krzyżowy (4), z umocowanym do przegubu wahliwym bezwładnościowym elementem płytowym (3), z umocowaną do niego sztywno elektryczną cewką (2), poruszającą się w szczelinie magnetycznej (S) we wnętrzu obwodu magnetycznego nieruchomego (1), umocowanego do osadczej płyty (11) oraz zaopatrzonego w osadzony na jego zewnętrznej części czujnik (6) przesunięcia liniowego, zwłaszcza czujnik pojemnościowy, przy czym wahliwy element bezwładnościowy (3) ma w dolnej części umocowany obciążnik (5), o masie wynikającej z założonych parametrów metrologicznych eksploatacyjnych urządzenia, z osadzonym w nim lub jego pobliżu zespołem regulowanych zderzaków (8), osadzonych na śrubie (9), przeprowadzonej swobodnie przez przelotowy otwór w osadczej płycie (11), przy czym śruba ta znajduje się w płaszczyźnie przechodzącej przez środek uderzenia elementu wahliwego bezwładnościowego (3) i prostopadłej do wektora grawitacji. 2. Urządzenie do pomiaru kąta pochylenia obiektów ruchomych w polu grawitacyjnym, zwłaszcza kąta przechyłu i przegłębienia statków, zawierające zespół nieruchomej cewki elektromagnetycznej i ruchomego obwodu magnetycznego, stanowiących siłownik magnetoelektryczny oraz mające przegub sprężynowy krzyżowy składający się z dwu prostopadłych do siebie elastycznych sprężyn, jak również zaopatrzone w pojemnościowy czujnik przesunięcia liniowego, znamienne tym, że w sztywnym korpusie (10) jest umocowana w płaszczyźnie pionowej płyta osadcza (11) z poziomym wysięgnikiem (12), do którego jest umocowany przegub sprężynowy krzyżowy (4) z utwierdzonym do niego wahliwym bezwładnościowym elementem płytowym (3) o masie wynikającej z założonych parametrów metrologicznych i eksploatacyjnych urządzenia, z umocowanym do niego sztywno obwodem magnetycznym (1), mającym szczelinę magnetyczną (S) otaczającą nieruchomą elektryczną cewkę (2), umocowaną na płycie osadczej (11), przy czym wahliwy bezwładnościowy element płytowy (3) ma w dolnej części zmontowany zespół regulowanych zderzaków (8), osadzonych na śrubie (9), przeprowadzonej swobodnie przez przelotowy otwór w osadczej płycie (11), przy czym śruba (9) znajduje się w płaszczyźnie przechodzącej przez środek uderzenia elementu wahliwego (3) i prostopadłej do wektora grawitacji. * * * Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru kąta pochylenia obiektów ruchomych w polu grawitacyjnym, zwłaszcza kąta przechyłu i przegłębienia statków. Wynalazek dotyczy budowy sprzętu metrologicznego do pomiaru kąta i nadaje się do stosowania w budowie i eksploatacji sprzętu do pomiaru kątów w okrętownictwie. Znane jest i stosowane na statkach handlowych elektromagnetyczne urządzenie do pomiaru kąta przechyłu i przegłębienia statków i innych obiektów podwodnych (w tym na przykład holowanego podwodnego sprzętu hydroakustycznego) zawierające jako podstawowy element

3 pomiarowy, łukowej budowy zespół cewki elektromagnetycznej, współpracującej z wahliwym łukowym, poruszającym się w jej wnętrzu rdzeniem ferromagnetycznym, sprzężonym z masą statku. Ruchy rdzenia stanowiące odzwierciedlenie przechyłów podłużnych (przegłębienia) lub przechyłów poprzecznych (pochylenia) statku, to jest jego pogrążania się, na odpowiednią głębokość we wnętrzu łukowo wygiętej cewki elektromagnetycznej, są miarą kąta przegłębienia lub przechyłu statku, odzwierciedlanego przez elektroniczny układ przetwarzania sygnału elektrycznego generowanego przez nieruchomą cewkę. Znane urządzenie mimo, że stosowane na statkach, zwłaszcza rybackich i w podwodnym sprzęcie pomiarowym hydroakustycznym, charakteryzuje się jednak zbyt małą czułością na bardzo małe kąty przegłębienia lub przechyłu statku. Znane i opisane urządzenie nie nadaje się do pomiaru bardzo małych kątów pochylenia lub wyznaczania poziomu obiektów ruchomych w przedziale kątów ułamkowych. Znane są i stosowane powszechnie w budowie przyrządów pomiarowych siłowniki magnetoelektryczne, składające się z obwodu magnetycznego, we wnętrzu którego porusza się cewka elektromagnetyczna, sprzężona z elektronicznym układem sterującym. W znanych przyrządach pomiarowych stosowane są jako czujniki mikroprzesunięć liniowych elementy pojemnościowe. Znane są w budowie sprzętu precyzyjnego i stosowane do łączenia elementów ruchomych przeguby sprężynowe, składające się z dwu cienkich sprężyn, usytuowanych we wzajemnie prostopadłych płaszczyznach i umocowanych na prostopadłych ścianach w okolicy krawędzi łączonych elementów. Opisanej budowy siłowniki magnetoelektryczne oraz pojemnościowe czujniki mikroprzesunięć liniowych, jak również przeguby sprężynowe nie są stosowane w budowie i eksploatacji elektronicznego sprzętu pomiarowego wysokiej dokładności do pomiaru poziomu i kątów pochylenia obiektów w polu grawitacyjnym. Urządzenie do pomiaru kąta pochylenia obiektów ruchomych w polu grawitacyjnym, zwłaszcza kąta przechyłu i przegłębienia statków, charakteryzuje się tym według wynalazku, że w sztywnym korpusie jest umocowana, w płaszczyźnie pionowej, płyta osadcza z poziomym wysięgnikiem, do którego jest umocowany przegub sprężynowy krzyżowy, z umocowanym do przegubu wahliwym bezwładnościowym elementem płytowym, mającym sztywno umocowaną do niego elektryczną cewkę, poruszającą się w szczelinie magnetycznej we wnętrzu obwodu magnetycznego nieruchomego. Nieruchomy obwód magnetyczny jest umocowany do osadczej płyty oraz jest zaopatrzony w osadzony na jego zewnętrznej części czujnik przesunięcia liniowego, zwłaszcza czujnik pojemnościowy. Wymieniony wahliwy element bezwładnościowy ma w dolnej części umocowany obciążnik, o masie wynikającej z założonych parametrów metrologicznych i eksploatacyjnych urządzenia, z osadzonym w nim lub jego pobliżu zespołem regulowanych zderzaków, osadzonych na śrubie przeprowadzonej swobodnie przez przelotowy otwór w osadczej płycie. Śruba ta znajduje się w płaszczyźnie przechodzącej przez środek uderzenia elementu wahliwego bezwładnościowego i prostopadłej do wektora grawitacji. Inne wykonanie urządzenia do pomiaru kąta pochylenia obiektów ruchomych w polu grawitacyjnym charakteryzuje się tym według wynalazku, że w sztywnym korpusie jest umocowana, w płaszczyźnie pionowej, płyta osadcza z poziomym wysięgnikiem, do którego jest umocowany przegub sprężynowy krzyżowy, z utwierdzonym do niego wahliwym bezwładnościowym elementem płytowym o masie wynikającej z założonych parametrów metrologicznych i eksploatacyjnych urządzenia. Do elementu płytowego j e s t umocowany sztywno obwód magnetyczny, mający szczelinę magnetyczną otaczającą nieruchomą elektryczną cewkę, umocowaną na wymienionej płycie osadczej. Wahliwy bezwładnościowy element płytowy ma w dolnej części zmontowany zespół regulowanych zderzaków osadzonych na śrubie, przeprowadzonej swobodnie przez przelotowy otwór w osadczej płycie. Śruba znajduje się w płaszczyźnie przechodzącej przez środek uderzenia elementu wahliwego i prostopadłej do wektora grawitacji. Dzięki zastosowaniu w urządzeniu według wynalazku magnetoelektrycznego przetwornika "siła-prąd", w którym cewka elektromagnetyczna lub obwód magnetyczny jest umocowany do elementu wahliwego mającego określoną masę, zawieszonego w elastycznym jednoosiowym przegubie sprężynowym o osi prostopadłej do wektora grawitacji oraz dzięki zastosowaniu pojemnościowego czujnika przesunięcia, urządzenie według wynalazku nadaje się szczególnie

4 dobrze do eksploatacji na statkach do pomiaru poziomowania oraz do ciągłego pomiaru i rejestracji kątów przegłębienia i pochylenia. Zastosowanie w urządzeniu zespołu bezwładnościowego masowego elementu wahliwego, pozwala na wyeliminowanie w urządzeniu generowania szumów pomiarowych (w przypadkach pomijalnych dragń i pochyleń eksploatacyjnych), pozwala na dokładny pomiar kątów ułamkowych, jak również zabezpiecza urządzenie przed awariami w przypadku pojawienia się znacznych kątów pochylenia lub przegłębienia. Zastosowanie w urządzeniu przegubu sprężynowego, składającego się z czterech sprężyn i umieszczenie zderzaków w płaszczyźnie uderzenia elementu wahliwego, pozwala na wyeliminowanie zdarzających się w tego typu urządzeniach pomiarowych mechanicznych awarii przegubu, wywołanych ich przedwczesnym zużyciem, jak również pozwala na zachowanie pełnej dyspozycyjności pomiarowej urządzenia (niezmienność wartości nastwaczych sygnału pomiarowego) w bardzo długich okresach eksploatacyjnych. Wynalazek jest szczegłówo opisany na przykładzie wykonania i zobrazowany na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat konstrukcyjny uproszczony urządzenia z elementem ruchomym, którym jest cewka, a fig. 2 - schemat konstrukcyjny uproszczony innego wykonania urządzenia, w którym elementem ruchomym jest obwód magnetyczny. Jak pokazano na fig. 1 urządzenie do pomiaru kąta pochylenia obiektów ruchomych w polu grawitacyjnym, zwłaszcza kąta przechyłu i przegłębienia statków, zawiera zespół ruchomej cewki elektromagnetycznej i nieruchomy obwód magnetyczny, stanowiących siłownik magnetoelektryczny. Istotnym jest, że w sztywnym korpusie 10 jest umocowana w płaszczyźnie pionowej płyta osadcza 11, z poziomym wysięgnikiem 12, do którego jest umocowany przegub sprężynowy krzyżowy 4, z umocowanym do niego wahliwym bezwładnościowym elementem płytowym 3, mającym sztywno umocowaną do niego elektryczną cewkę 2, poruszającą się w szczelinie magnetycznej S, we wnętrzu obwodu magnetycznego nieruchomego 1. Nieruchomy magnetyczny obwód 1 jest umocowany do osadczej płyty 11 i jest zaopatrzony w osadzony na jego zewnętrznej części czujnik 6 przesunięcia liniowego, zwłaszcza czujnik pojemnościowy. Wahliwy element bezwładnościowy 3 ma w dolnej części umocowany obciążnik 5 o masie wynikającej z założonych parametrów metrologicznych i eksploatacyjnych urządzenia, z osadzonym w nim lub w jego pobliżu zespołem regulowanych zderzaków 8, osadzonych na śrubie 9, przeprowadzonej swobodnie przez przelotowy otwór w osadczej płycie 11. Śruba 9 znajduje się w płaszczyźnie przechodzącej przez środek uderzenia elementu wahliwego bezwładnościowego 3 i prostopadłej do wektora grawitacji. Inne wykonanie urządzenia do pomiaru kąta pochylenia obiektów ruchomych w polu grawitacyjnym, zwłaszcza kąta przechyłu i przegłębienia statków (fig. 2), ma w sztywnym korpusie 10 umocowaną w płaszczyźnie pionowej płytę osadczą 11 z poziomym wysięgnikiem 12, do którego jest umocowany przegub sprężynowy krzyżowy 4, z utwierdzonym do niego wahliwym bezwładnościowym elementem płytowym 3, o masie wynikającej z założonych parametrów metrologicznych i eksploatacyjnych urządzenia. Do elementu płytowego 3 jest umocowany sztywno obwód magnetyczny 1, mający szczelinę magnetyczną S, otaczającą nieruchomą elektryczną cewkę 2, umocowaną na płycie osadczej 11. Wahliwy bezwładnościowy element płytowy 3 ma w dolnej części zmontowany zespół regulowanych zderzaków 8, osadzonych na śrubie 9, przeprowadzonej swobodnie przez przelotowy otwór w osadczej płycie 11. Śruba 9 znajduje się w płaszczyźnie przechodzącej przez środek uderzenia elementu wahliwego 3 i prostopadłej do wektora grawitacji. Urządzenie według wynalazku działa następująco: zmiana poziomu (lub kąta pochylenia) obiektu, do którego umocowany jest korpus 10 urządzenia, pojawiająca się w płaszczyźnie prostopadłej do osi poziomej, w której zawieszony jest na przegubach sprężynowych bezwładnościowy element wahliwy 3, powoduje powstanie momentu siły ciężkości elementu wahliwego 3. Moment siły ciężkości powoduje chwilowe wychylenie elementu wahliwego 3, które jest wykrywane przez czujnik przesunięcia liniowego 6, zwłaszcza czujnik pojemnościowy. Czujnik 6 jest połączony z elektronicznym układem sterująco-pomiarowym (nie pokazanym na rysunku), który wytwarza sygnał elektryczny prądowy, zasilający cewkę elektryczną 2 siłownika magnetoelektrycznego.

5 Wartość prądu płynącego przez cewkę 2 jest wprost proporcjonalna do wartości sinusa kąta odchylenia od pionu bezwładnościowego elementu płytowego 3, a kierunek prądu zależy od kierunku odchylenia elementu wahliwego. Wartość tak otrzymanego prądu jest przeliczana przez analogowo-cyfrowy układ elektroniczny na wartość poziomu lub wartość kąta odchylenia obiektu, do którego umocowane jest urządzenie. FIG.2

6 Departam ent Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena zł