Способ измерения низкочастотных гравитационных сигналов

ффс,;иио 1 еф,н,рн Ф ио 1 ег.й Своз СоаетскнкСоциалистическихРеслублин ОПИСАНИЕ 771ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ(22) Заявлено 11.10. 78 (21) 2684139/18-25с присоединением заявки Нов(51)м, к .з 6 01 М 7/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(71) Заявитель Ордена Ленина институт физики.Земли им. О. Ю. Шмидта АН СССР(54)СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ ГРАВИТАЦИОННЫХ СИГНАЛОВм+ 29+ ю +тО -О )т =Ог1, о Изобретение относится к области точного приборостроения и предназначается для прецизионных измерений, например, в гравиметрии, для измерения вторых производных гравитационного потенциала. Известен способ измерения низкочастотных гравитационных сигналов с помощью горизонтальных крутильных 10 весов, при котором регистрируется период собственных крутильных колебаний, несущий информацию о переменном гравитационном сигнале 1). Недостатком этого способа является не обходимб ть удлинения нити подвеса для увеличения чувствительности, что увеличивает габариты прибора.Известен также способ измерения низкочастотных гравитационных сигна лов с помощью крутильных весов, заключающийся в измерении амплитуды вынужденного движенияГ 2.Недостатком данного способа является невозможность значительного увеличения чувствительности крутильной системы без увеличения длины нити подвеса, а следовательно, и габаритов прибора; увеличение чувствитель .ности за счет уменьшения диаметра 30 нити подвеса ограничивается опасностью обрыва нити под действием вибраций и ударов, К недостаткамспособа относится также сравнительнонизкая чувствительность к воздействиям, частоты которых близки к частоте собственных колебаний, однаковыходят эа пределы полосы пропускания,Цель изобретения - расширение полосы пропускания измеряемого сигналав области низких частот без изменениягабаритов крутильной системы.Указанная цель достигается тем,что измеряют фазу крутильного движения, формируют внешний управляющийсигнал, амплитуду и частотный спектркоторого определяют исходя из условий парамЕтрической неустойчивости,по уравнению крутильного движения,содержащему периодические коэффициенты: где Ч(6 - 0) - периодический кохэффициент, задаваемый внешним управляющим воздействием;параметрического усиления с коэффициентом усиления КЭс-тл Лгде Й - добротность системы.При этом увеличение чувствительности происходит не только в областирезонанса, когдаи равна собственнойчастоте осциллятора ВО, но в общемслучае при Ю,/Ю, =й/2 (й 1,2,3.),хотя при й 2 йорог параметрическогоусиления повышается. Одновременно. расширяется полоса пропускания системы в окрестности каждой из выбранной частот в соответствии с диаграммой ййнса-Стретта.15 На чертеже представлена схема дляосуществления предложенного способа.На упругой нити 1 подвешено коромысло 2 с зеркалом 3, образующим вмеф сте с осветителем 4 и приемно-регистрирующим блоком 5 систему индикациикрутильных движений маятника. На корпусе б закреплен вибродвигатель 7,логическое устройство 8 и генератор 25 накачки 9.Предлагаемый способ заключаетсяв следующем. Крутильная система, состоящая из коромысла с грузами и нити, под действием внешнего низкочас р тотного сигнала поворачивается наугол 0 , измеряемый системой индикации. Генератор накачки 9 выдаетсигнал определенной формы(импульс,постоянное смещение, гармоническоевоздействие), который, поступая влогическое устройство 8, проходитвибродвигатель 7 только в определенной фазе крутильных колебаний, сигнало достижении которой выбирается вприемно-регистрирующем блоке 5 и 40,подается в логическое устройство 8.Предложенный способ позволит изменить при проводимых на крутильныхвесах измерениях принцип параметрического усиления, В частности, расши.45 ряется. Полоса пропускания системыкак за счет увеличения чувствительности на собственной частоте, так и за,счет появления новых частот пропус. кания, соответствующтих частотам па.раметрической неустойчивостиУвеличение чувствительности обратно пропорционально разности накачиваемои энергии и потерь, унелинанаясььм чин нпри их сближении. Так, при=0,9 К =10. Выбирая параметры крутильной си стемы и вынуждающего воздействия определенным образом, можно осуществить накачку энергии в крутильную степень свободы с определенной частотой и амплитудой, исходя из диаграммы Айнса-бо Стретта, определяющей области парамет" рической устойчивости и неустойчивости нестационарной системы.Таким образом, круткльные весы получают возможность работать в режиме 45 Формула изобретения 0 Й - скорости маятнико 1 1вых качаний;У - угол закручиваниякрутильной системы 1А - затухание;Ф - собственная часто-.фта крутильных колебаний;Ч - коэффициент, принимающий значения от 0 до 1 и преобразуют его в механический импульс, воздействующий на осно,вание крутильных весов.Известно, что в уравнении горизонр тальных крутильных весов, на основание которых действуют инерционные ускорения, появляется динамическая составляющая крутильной жесткости кдь Эта составляющая является функцией скорости и маятниковых качаний Кд = Чф т(6 - Я ),где Р - момент инерции коромысла, и в зависимости от закона изменения инерционных ускорений может меняться во времени. Так как крутильная жесткость является энергоемким параметром, то при ее изменениях может происходить как накачка энергии в крутильную степень свободы, так и ее откачка. Относительная величина перека. чиваемой энергии будет определяться следующим образом:и - ( ч(О -9 )(Наа) т х 1и КМргде м - энергия осциллятора(крутильной системы);в - константа, определяется зако" ном измерения энергоемкогопараметра во времениТу- период крутильных колебаний.Маятниковые колебания крутильнойсистемы со скоростями 01,и 6, которые можно вызвать внешнйми воздействиями, будут состоять из вынужденных и свободных движений, затуханиекоторых, определяемое добротностьюпо этим степеням свободы, будет до. вольно быстрым по сравнению с затуханием крутильных движений.Следовательно, длительность маятниковых качаний будет ограничиваться временемдействия вынуждающего воздействия ивременем затухания свободных движений. Способ измерения низкочастотных гравитационных сигналов с помощью крутильных весов, заключающийся в измерении амплитуды вынужденного движейия, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения полосы пропускания измеряемого сигнала в облас771593 рфх т ИИПИ Заказ 6689/57 Тираж 649 лиал ППП "Патент , г. Ужгород, ул,одписное. ектная, 4 ти низких частот, измеряют фазу крутильного движения, формируют внешний управляющий сигнал, амплитуду и час,тотный спектр которого определяют из условий параметрической неустойчивос ти, исходя из уравнения крутильного движения, содержащего периодические коэффициенты. Ч + 2 д.Ч ф Ж + Ч(,0 - 9Ч = О г а . т 1о" периодический коэффициент, задава-емый внешним управляющим воздействиемуО, 0 - скорости маятнико-.вых качаний;Ч - угол закручиваниякрутильной системы А - затуханиеЙ " собственная часто-йта крутильных колебаний;,Чф - коэффициент, при"5нимающий значенияот 0 до 1,и преобразуют его в механический импульс, воздействующий на основаниекрутильных весов.Источники информации,дринятые во внимание при экспертизе 1. Веселова К. ЕСагитов И. У Гравиметрическая разведка, М., "Недра", 1969, с. 212-220.2. Сорокин Л. В. Гравиметрия и гравиметрическая разведка, М., Гостоптехиэдат, 1953, с. 255-260(прототип).