SU60047A1 - Magnetic variometer - Google Patents

Description

Наиболее распространенными инструментами дл  магнитных измерений повышенной точности в насто щее врем   вл ютс  магнитные теодолиты, индукционные и стрелочные инклинометры и вариометры типа весов Шмидта. Первые, хот  и достаточно надежны по точности, но обычно очень сложны , некомпактны и требуют длительного времени дл  наблюдени . Основным недостаткам других приборов, например, магнитных вариомет ов типа весов Шмидта,  вл етс  то, что измерени  Z и h производ тс  отдельными приборами , а магнитное склонение совсем не измер етс . Прочие известные приборы имеют также различные технические недостатки , преп тствующие их распространению . Так, например, весы Гаалка, хот  достаточно точны и позвол ют определ ть все элементы магнитного пол , но недостатком их все же  вл етс  наличие сильного компенсирующего магнита.The most common tools for magnetic measurements of increased accuracy at the present time are magnetic theodolites, induction and switch inclinometers, and variometers such as Schmidt weights. The former, although fairly reliable in accuracy, are usually very complex, non-compact and require a long time to observe. The main disadvantages of other devices, for example, magnetic varioids such as Schmidt scales, are that the measurements of Z and h are made by separate devices, and the magnetic declination is not measured at all. Other known devices also have various technical drawbacks that prevent their distribution. So, for example, Gacal scales, although accurate enough and allow all elements of the magnetic field to be determined, but they still have the disadvantage of having a strong compensating magnet.

Предлагаемый вариометр в принципиальном отнощении аналогичен щироко распространенным вариометрам типа весов Шмидта с качающимис  на призме магнитными стрелками. В отличие от последнего в нем вертикальна  ось кубика с призмами, с целью определени  как вертикальной Z и горизонтальной Н составл ющих земного магнетизма, так и склонени  D повернута относительно магнитной оси стрелок на угол 45°, и вместо одного зеркала на кубике системы располагаютс  два зеркала , из которых одно служит дл  наблюдений щкалы при определении Z и А а второе - при определении И.The proposed variometer is, in principle, similar to the widespread Schmidt type variometers with magnetic arrows swinging on a prism. Unlike the latter, the vertical axis of the cube with prisms, in order to determine both the vertical Z and horizontal H components of terrestrial magnetism, and the declination D are rotated relative to the magnetic axis of the arrows at an angle of 45 °, and instead of one mirror on the cube of the system there are two mirrors of which one is used for the observation of the scale in determining Z and A and the second in the definition of I.

На чертеже фиг. 1 показывает общий вид прибора в вертикальном разрезе; фиг. 2 - боковой вид домика прибора; фиг. 3 - магнитную систему; фиг. 4 - боковую крыщку домика прибора со стекл нным окошком.In FIG. 1 shows a general view of the device in vertical section; FIG. 2 - side view of the device; FIG. 3 - magnetic system; FIG. 4 - side cover of the device house with a glass window.

Помимо выщеуказанного отличи  от существующих вариометров , к прибору добавл етс  геодезическа  труба и вертикальный круг, а точность горизонтального круга увеличена до 1 минуты.In addition to the above differences from existing variometers, a geodesic tube and a vertical circle are added to the instrument, and the accuracy of the horizontal circle is increased to 1 minute.

При наличии всех этих изменений прибором можно определ ть.With all of these changes, the device can be determined.

вертикальную и горизонтальную составл ющие магнитного пол  и магнитное склонение. Им можно также пользоватьс  дл  геодезических и наиболее простых астрономических наблюдений, т. е., вообще говор , им можно заменить четыре прибора.the vertical and horizontal components of the magnetic field and magnetic declination. They can also be used for geodetic and most simple astronomical observations, i.e., generally speaking, they can replace four instruments.

Магнитна  система прибора (фиг. 3) состоит из двух магнитных стрелок 1, скрепленных с кубиком 2 таким образом, что вертикальна  ось последнего составл ет угол в 45° с направлением стрелок или, что то же самое, стрелки повернуты на 45 относительно горизонта.The magnetic system of the device (Fig. 3) consists of two magnetic arrows 1, fastened to the cube 2 in such a way that the vertical axis of the latter makes an angle of 45 ° with the direction of the arrows or, equivalently, the arrows are rotated 45 relative to the horizon.

Вс  система опираетс  на опоры призмами 3.The entire system is supported by prism supports 3.

На кубике укреплены два зеркала-отражател : зеркало 4 дл  наблюдений в азимуте, т. е. при измерени х Z и D, и зеркало 5 .дл  наблюдений в плоскости магнитного меридиана, т. е. при измерении Н.Two reflecting mirrors are mounted on the cube: a mirror 4 for observations in azimuth, i.e. when measuring Z and D, and a mirror 5. Of observations in the plane of the magnetic meridian, i.e. when measuring N.

Дл  регулировани  положени  центра т жести предусмотрены грузики 6.To adjust the position of the center of the body, weights 6 are provided.

На фиг. 1 показан весь прибор, установленный на штативе. Перед установкой вращающийс  диск 6 штатива ориентируетс  с помощью накладной буссоли по желаемому азимуту и закрепл етс . Прибор подъемными винтами 7 устанавливаетс  в гнезда диска 8.FIG. 1 shows the entire instrument mounted on a tripod. Prior to installation, the rotating disk 6 of the tripod is aligned with the desired azimuth using the invoice compass and fixed. The device with lifting screws 7 is installed in the slots of the disk 8.

С горизонтальным кругом 9 прибора жестко св зан лимб 10, наWith a horizontal circle of 9, the instrument is rigidly connected to limb 10, on

Z, + /С,, tg i, + Я tg 4 sin Да -где KI и ЛГг - посто нные прибора, Jo - угол к горизонту. После поворота прибора на 180 равновесие Z, + / С ,, tg i, + I tg 4 sin Yes — where KI and LHG are instrument constants, Jo is the angle to the horizon. After turning the device on 180 balance

Zo Ki + К, tg г/ - Я tg i, sin Да Вз в полусумму уравнений (1) и (2) и аторых членов, получимZo Ki + K, tg g / - I tg i, sin Yes In the half sum of equations (1) and (2) and ator terms, we get

7 - /с I А- Cg о + tg о) - П 7 - / s I А- Cg о + tg о) - П

котором вращаетс  его алидада //. С ней скреплен домик 12 (фиг. 2), с которым, в свою очередь, скреплен несущий опоры 16 дл  призм 5 вертикальный круг 13, алидада 14 которого скреплена со зрительной трубой 15.which rotates its alidade //. A small house 12 (Fig. 2) is fastened to it, with which, in turn, a vertical circle 13 bearing 16 for prisms 5 is fastened, and the alidade 14 of which is fastened to the telescope 15.

В домике расположены термометры 17 (фиг. I), дл  наблюдени  которых в боковой крышке /3 домика (фиг. 4} предусмотрена зеркальна  дверца 19. Кроме того на этой же крышке помещаетс  головка 20 арретира.Thermometers 17 are located in the house (Fig. I), for observation of which there is a mirror door 19 in the side cover / 3 of the house (Fig. 4}). In addition, the arresting head 20 is placed on the same cover.

Перед работой в том или другом районе равновесие системы и положени  зеркал устанавливаютс  дл  нормальных напр жений . Дл  компенсации больших аномалий, когда отражение шкалы будет выходить из пол  зрени  трубы, необходимо примен ть обычные компенсирующие магниты , вставл емые в становой винт 21 с шипом вместо винтовой нарезки, снабженный дл  этого выдвигающимс  хвостовиком.Before operating in a particular area, the equilibrium of the system and the position of the mirrors are established for normal stresses. In order to compensate for large anomalies, when the scale reflection comes out of the tube's field of view, it is necessary to use conventional compensating magnets inserted into the stud screw 21 with a spike instead of a screw thread fitted with a retractable shank.

Измерение вертикальной составл ющей магнитного пол  производитс  при помощи такого прибора следующим образом.The vertical component of the magnetic field is measured using such an instrument as follows.

Наблюда  на опорном базисном пункте при качании плоскости системы в азимуте 90 - Да, где Да - погрешность ориентировки прибора буссолью величиною 0,5-1°, будем иметь следующие услови  равновеси :Observations on the basic reference point when swinging the plane of the system in azimuth 90 - Yes, where Yes is the accuracy of the instrument orientation with a compass of 0.5-1 °, we will have the following equilibrium conditions:

(I)(I)

(2)(2)

(3) наклонени  стрелки будет пренебрега  разност ми малых (3) the tilt of the arrow will neglect the small differences

Аналогичные наблюдени  на определенном пункте дадут соответственно следующие услови  равновеси Similar observations at a particular point will give the following equilibrium conditions, respectively.

Z-f(i + K igi-{-Htgisml ii(la.)Z-f (i + K igi - {- Htgisml ii (la.)

Z /s:i+A, -ЯtgrsiпДa(2а)Z / s: i + A, -Itgrsipпa (2a)

7// J- /Г (tgi+tg/) V7 // J- / G (tgi + tg /) V

AI-|-A gv )  AI- | -A gv)

Вз в разность уравнений (За) и (3), получим искомое значение AZ Z-Z,K,g + g - fe-o+ gLooking into the difference of equations (Za) and (3), we obtain the desired value AZ Z-Z, K, g + g - fe-o + g

или, переход  к отсчетам по шкале:or, go to the readings on the scale:

AZ 2 (  - Wo)AZ 2 (- Wo)

где п и «о - среднее из отсчетов на измер емом и опорном пункте, а Яз - цена делени  шкалы дл  вертикального напр жени .where p and o are the average of the readings at the measured and the reference point, and Jaz is the division value for the vertical voltage.

Дл  измерени  склонени  берем разность уравнений (1а) и (За) к находим:To measure the declination we take the difference of equations (1a) and (Za) to find:

Sin Да - Ki:( . JL («..:.) . 1 Пользу сь этим соотношением, можно определить положение плоскости качани  системы относительно магнитного меридиана, а при наличии на приборе горизонтального круга и зрительной трубы легко найти и магнитное склонение по формуле: + C-90 -Да где А - истинный азимут миры, В - отсчет по горизонтальному кругу прн наводке на миру, С - отсчет по горизонтальному кругу при наблюдении в азимуте 90°-{-Дз. Составл юща  //sin Да в формуле (1а) при Я 15000-17000 гамм и при Да 1 будет около 4-5 гамм, т, е. будет давать в приборе заметное отклонение. Я(, ZoCtgгo - H Zctgi - Вз в разность уравнений (7) и (6), ДЯ Я-Яо ( Замен   разность котангенсов углов выражением (4), окончательно полу (m--mSin Yes - Ki :(. JL ("..:.). 1 Using this ratio, you can determine the position of the system's swing plane relative to the magnetic meridian, and if the device has a horizontal circle and a telescope, it is easy to find the magnetic declination using the formula: + C-90 -Yes where A is the true azimuth of the worlds, B is the counting on a horizontal circle prn guidance on the world, C is the counting on a horizontal circle when observed in azimuth 90 ° - {- Dz. Constituting // sin Yes in the formula ( 1a) with I am 15000-17000 gamma and with Yes 1 it will be about 4-5 gamma, that is, it will give a noticeable deviation in the device. I (, ZoCtggo - H Zctgi - Vz into the difference of equations (7) and (6), DL Ya-Yao (Replace the difference of cotangents of angles by expression (4), finally the floor (m - m

(4)(four)

. .(5) Поэтому можно заключить, что точность определени  отклонени  будет пор дка Г. Изменение Н в формуле (5) при определении Да можно учитывать лишь приближенно хот  бы с точностью до 1%, т. е. 100-150 гамм, так как Да при этом точно так же определитс  с точностью 1%. При Да, равном, например, 30 (точность ориентировки по буссоли ) это дает ошибку в определении отклонени  всего лишь 0,3. Измерение горизонтальной составл ющей производитс  следующим образом. При наблюдении прибором на опорном и определ емом пункте в плоскости меридиана, т. е- nptf а 0, услови  равновеси  соответственно будут (6) /CjCtg o -А:2 K,cigi - K, айдем Д Я Cctgi-cgt o)-ДZctgi . . . . (8) отсчетами по щкале и значение Д Z им -i-E2(fi - no)cigi{9. (5) Therefore, it can be concluded that the accuracy of determining the deviation will be of the order of G. The change in H in the formula (5) in determining Yes can be taken into account only approximately at least with an accuracy of 1%, i.e. 100-150 gammas, since Moreover, it will be determined exactly the same with an accuracy of 1%. With Yes equal to, for example, 30 (accuracy of orientation along the compass), this gives an error in determining the deviation of as little as 0.3. The horizontal component is measured as follows. When the instrument is observed at the reference and determined point in the plane of the meridian, i.e., nptf a 0, the equilibrium conditions will be (6) / CjCtg o -А: 2 K, cigi-K, let's go J Cctgi-cgt o) - DZctgi. . . . (8) Scale readings and D Z value im -i2 (fi - no) cigi {9

где m и ifWo -отсчеты по шкале в плоскости магнитного меридиана на пункте наблюдени  и на опорной точке, вз тые в обратном направлений шкалы, так как ctgi с увеличением угла уменьшаетс ; fi - цена делени  шкалы дл  горизонтальных напр женнй, завис ща  от величины ZQ и К.where m and ifWo are scale counts in the plane of the magnetic meridian at the observation point and at the reference point, taken in the opposite direction of the scale, as ctgi decreases with increasing angle; fi is the value of dividing the scale for horizontal stresses, depending on the magnitude of ZQ and K.

Так как i при работе может измен тьс  только в пределах видимости шкалы, т. е. не более, чем на 1-1,5°, то около 45 изменение ctg будет достигать 4-5%, Поэтому второй член в формулах (8) и (9) и все значение ДЯ будет зависеть еще от наклонени  стрелки, т. е. от величины отсчета на точке наблюдени  в плоскости магнитного меридиана. Это изменение может доходить до 4-5% от AZ и опытным путем при градуировке прибора легко может быть установлено.Since i, during operation, can vary only within the scope of the scale, i.e. not more than 1-1.5 °, then about 45 ctg change will reach 4-5%. Therefore, the second term in formulas (8) and (9) and the entire value of the bore hole will depend on the inclination of the arrow, i.e. on the magnitude of the reference at the observation point in the plane of the magnetic meridian. This change can reach up to 4-5% of AZ and can be easily established experimentally when calibrating the instrument.

Дл  характеристики прибора еш,е необходимо осветить работу агатовых призм, на которых вращаетс  магнитна  система. Условие равновеси  магнитной системы при ориентировке в азимуте 90° и при 0° будут отличатьс  действием горизонтальной составл юш ,ей Н. При чувствительности прибора в 40 гамм на одно деление шкалы, т. е. около 16 гамм на каждую минуту наклонени  стрелки , действие всей составл ющей Н, имеющей дл  наших щирот значени  12СОО-2СООО гамм, будет создавать дополнительное наклонение стрелки на 13-21°. У весовTo characterize the instrument, it is necessary to illuminate the work of the agate prisms on which the magnetic system rotates. The equilibrium condition of the magnetic system, when oriented in azimuth of 90 ° and at 0 °, will differ by the action of the horizontal component, it is N. At a device sensitivity of 40 gammas per scale division, i.e. about 16 gammas per minute tilt of the arrow, component H, having for our schirot values of 12COO-2COOO gamma, will create an additional inclination of the arrow by 13-21 °. Weights

Шмидта ребра призм подшлифо ваны примерно под углом около 120°, т. е. свободный -рабочий ход системы будет 180 - 120° 60°.Schmidt's prism edges are ground at an angle of about 120 °, that is, the free-running of the system will be 180–120 ° 60 °.

Следовательно, при соответствующей установке така  призма должна работать хорошо. Кроме того, дл  увеличени  рабочего хода стрелки подшлифовку призм можно сделать под 90°.Therefore, with proper installation, such a prism should work well. In addition, prisms can be ground at 90 ° to increase the stroke of the arrow.

Таким образом, этим прибором с обычной .точностью дл  весов Шмидта можно будет определ ть Z и // и с точностью до 1 определить склонение. Дл  этого необходимо лишь сделать наблюдени  в плоскости магнитного меридиана и в плоскости, перпендикул рной к нему, и вз ть отсчеты по горизонтальному кругу до и после наводки на миру.Thus, using this instrument with the usual accuracy for Schmidt scales, it will be possible to determine Z and // and determine the declination with an accuracy of 1. To do this, it is only necessary to make observations in the plane of the magnetic meridian and in the plane perpendicular to it, and take readings on a horizontal circle before and after aiming at the world.

Предмет изобретени .The subject matter of the invention.

Claims (2)

1.Магнитный вариометр с применением качающихс  на призме магнитных стрелок, отличающийс  тем, что, с целью определени  как вертикальной Z игоризонтальной Н составл ющей земного магнитного пол , так и склонени  D, вертикальна  ось кубика 2 с призмами 3 повернута относительно магнитной оси стрелок 1 на угол в 45°,1. Magnetic variometer with use of magnetic arrows rocking on the prism, characterized in that, in order to determine both the vertical Z horizontal horizontal component of the earth's magnetic field and inclination D, the vertical axis of the cube 2 with prisms 3 is rotated relative to the magnetic axis of arrows 1 on 45 ° angle 2.В магнитном вариометре по п. 1 применение двух зеркал 4, 5 из которых одно служит дл  наблюдений шкалы при определении D и 2, а второе -при определении Н.2. In the magnetic variometer according to claim 1, the use of two mirrors 4, 5 of which one serves for observing the scale in determining D and 2, and the second in determining N. Фи-г.4 Fi-g4 If3,.f3If3, .f3 фиг.г. фиг:FIG. fig: