Горизонтальный крутильный маятник

ОПЙСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Соеетскиа Социалистических Республик(51) М, Кл. 6 01 ч 7/10 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(71) Заявитель Ордена Ленина институт физики Земли им. О. Ю, Шмидта АН СССР(54) ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ КРУТИЛЬНЫЙ МАЯТНИК 30 39+ Ь 6+ (Кое ф К) 9 Г,Изобретение относится к точному приборостроению и предназначено для прецизионных измерений, например в гравиметрии, для измерения вторых производных гравитационного потенци ала.Известно устройство с горизонтальным крутильным маятником, чувствительная система которого выполнена в виде коромысла с грузами, подвешенного на крутильной нити, и помещена в вакуум, а система индикации регистрирует период крутильных колебаний 11Недостатками этого устройства являются слабая помехозащищенность и затухание собственных крутильных колебаний, ограничивающих точность измерений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство с горизонтальным крутильным маятником, содержащее корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла с грузами, подвешенного на упругой крутильной нити, систему индикации, вибродвигатель, Установленный на корпусе, и стабилизированный по амплитуде и частоте генератор синусоидальных колебанийГ 23Недостатком этого устройства также является ограниченная из-эа сла бой помехозащищенности точность измерений.Цель изобретения - повышение точности измерений прибора за счетуменьшения влияния помех на резуль тат измерений.Укаэанная цель достигается тем,что в устройство вместо вибродвигателя, работающего по гармоническомузакону, вводят вибродвигатель, эа дающий механические колебания в виде импульсов, а управляющее устройство подключено к системе индикациичерез синхронизатор.Известно, что помимо упругой со ставляющей Кб ,определяемой упругостью закручйваемой нити, в крутильную жесткость К р входит динамическая жесткость Кр , создаваемая, наяпример маятниковыми качаниями К 9- 25 Е).9С учетом Кс уравнение крутильныхколебаний записывают в виде:где; 9 - угол поворота крутильной системы;- момент инерции,Ь - коэффициент демпфированияК К е + К, - общая крутил=ная жесткость,К, -упругая(механическая)составляющая жесткости,Г - внешняя сила,К- динамическая жесткость, закон изменения которой задают,искусственно, за счет, например маят-никовых качаний крутильной системы,возбуждаемых под действием меняющихся по определенному закону инерционных ускорений основания (точки крепления крутильной нити). В этом случае при выполнении соотношения;п),= нР,где: Шн - частота накачки, с которой меняется КЮо - собственная частота кру - Щтильной системы,.й - 1,2,3 и т.дИзменение энергоемкого параметра Кприводит к параметрическойнакачкеэнергии в крутильную степень свободы. Обеспечить изменение Кс часИтотой ан предлагается за счет подачина корпус механических воздействий,в спектре которых имеется частотаЩ . В частности, ввиду малой чувствительности маятниковых качаний к Эопоступательным ускорениям инфраниэ -кой частоты (лоо), последние не дают нужного эффекта и получают Он за Фсчет периодического (с частотой Ф/о)воздействия в виде отдельных импульсов, ограниченных во времени цуговгармонических колебаний и т.д.В зависимости от разности энергии накачки д% и энергии диссипации3 у возможны два режима работы системы,40Режим параметрического усиления,при котором.,у,) ( ф )цогде:щ - глубина модуляции,К - коэффициент, определяемыйзаконом изменения во времени;добротность системы,Фр - начальная энергия системы.В этом случае наблюдается так называемый параметрический резонанс, 5 ркогда происходит усиление амплитудыколебаний от внешнего силового возмущения на частоте, близкой к (Эо вО Раэ,где; 0эфу 1-Ь.ащ)55и коэффициент усиления такого параметрического усилителя записываетсяв виде.)Ус зф 1В таком режиме работы предлагаемое устройство используется для регистрации внешних переменных силовыхвоздействий. При уменьшении разностидФ- се%, коэффициент усиления возрастает, 65 Режим параметрической генерации, осуществляемый при аЮ - дФ)О . В этом случае амплитуда колебаний нарастает по законуЮ(ффа-до тех пор, пока не ограничится в результате действия механизма ограничений колебаний. Этот устойчивый цикл колебаний. характеризуется определенными значениями амплитуды 6 , фазы 9 и периодовколебаний Т, которые под действиемвнешних возмущений изменяются, нодля каждого параметра по своему эако"ну. Так, при амплитудном ограничении величина стационарной фаз ф зависит от амплитуды накачки, а от расстройки по частоте не зависит, в то время,как ампЛитуда колебаний зависит от расстройки, но не зависит от амплитуды накачки.Отсюда вытекает возможность раэделения действующих на крутильную систему возмущений различной природы и состава, а также возможность прове" дения измерений в режиме постоянной амплитуды, не воэв щаемой, например составляющей К инерционного (сейсмического) происхождения, и не испытывающей затухания колебаний .Все зто способствует повышению точности измерений и улучшению сейсмозащищенности, особенно в режиме одновременного измерения амплитуды, частоты и фазы колебаний.На чертеже схематическй изображено предлагаемое устройство, общий вид.Устройство содержит корпус 1, крутильную нить 2, коромысло 3 с грузами, систему 4 индикации, управляющее устройство 5, вибродвигатель 6 и синхронизатор 7.Горизонтальный крутильный маятник работает следующим образом.Управляющее устройство 5 подает сигнал на вибродвигатель 6, который воздействует на корпус 1 механическим образом по определенному закону. Эти механические воздействия вызывают изменение крутильной жесткости, Кх крутильной системы с частотой О)н . Изменяя величину сигнала на внбродвигатель 6, получают два режима работы устройства. Режим параметрического усиления, когда сигнал с системы 4 индикации подается на синхронизатор 7 для получения оптимального соотношения фаэ основного колебания и накачки, режим параметрической генерации, когда устройство работает как с синхронизатором 7, так ибеэ него.Применение предлагаемого устройства позволяет: увеличить точность проиэводимых на горизонтальном крутильном маятнике измерений, При измерениях угла поворота возрастает чув" ствительность к периодическим резонансным воздействиям силового характера. за счет увеличения добротности789965 формула изобретения ИИПИ Заказ 9037/48 Тираж 649 Подписноефилиал ППП Патент , г. ужгород, ул. Проектная, 4 9,ПЯ (где и= 2, 3 и более), и воэрастает точность измерений эа счет сужения полосы пропускания.В случае когда измеряются частота, фаза и амплитуда крутильных колебаний, осуществление режима параметрической генерации позволяет осущест- вить не требующие подкачки непрерывные измерения и, кроме того, уменьшить погрешности измерений, напри" мер частоты иэ-,за неизохронности ос- О циллятора и изменения амплитуды колебаний, уменьшить влияние сейсмичес" ких возмущений на результаты измерений путем использования различных зависимостей амплитуды, частоты и фазы устойчивых колебаний от внешних воздействий. Горизонтальный крутильный маятник для прецизионных гравиметрических измерений, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный в видекоромысла с грузами, подвешенного наупругой крутилъной нити, вибродвигатель, механически связанный с узломкрепления упругой нити, управляющееустройство и систему индикации, о тл и ч а ю щ и Я с я тем, что, сцелью повышения точности измеренийвибродвигатель в нем выполнен в видезадатчика импульсного воздействия,а управляющее устройство подключенок системе индикации через синхронизатор,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Веселов К. Е. и Сагитов М. И.Гравиметрическая разведка, иэд-во