Устройство для измерения ускорения силы тяжести

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК за С 01 Ч /О ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ИЗ ельстВУ ОР СКОМУ Хпц)-г 48 узиванов,Бюл. Внев, В.А.КБондаренко,А.В.Черныпевфизики Земли 1-сов ф и ю аты профиповерхности,щей циклои)гитов М.У.а. М., "Нед 5 (088,.А.Муд.26-28. равиразведка, Под М., "Недра", 19 ед. 3. Берман Г,Н. Цикл ка", 1980, с. 94-96 (и (54)(57) УстРОЙСтво ДЛ УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ желобковую поверхность рическую массу, о т л с я тем, что, с целью ности и проиэводительн ния габаритов, профиль поверхности имеет форм параметрическим уравне(56) 1, Веселов КГравиметрическаяра", 1968, с. 195 оида. М., "Наурототип)Я ИЗМЯРЕНИЯсодержащеекачения и сфе- ичающееповыцения точости, уменьшежелобковой у описываемую нием . ЯЦ 1132275 где Х,- текущие коордиля желобковой0 - радиус образуюду окружности;- радиус сферической массы;- угловой параметр, определяющий текущую точку нациклоиде,кроме того, устройство дополнительно:содержит блок совмещения оси симметрии образующей поверхности качения.с линией .отвеса, включающий в себявертикальный маятник, масса которогоодновременно является экраном, расположенным перпендикулярно оси маятника, причем по центру экрана отверстие, с одной стороны которого смонтирован осветитель, а с другой - координатно-чувствительный фотодатчик,жестко связанные с корпусом прибора,маятник блока совмещения, осветительфотодатчик и желобковая говерхностьво время измерения имеют общую осьсимметрии.Изобретение относится к геофизическому приборостроению и предназначено для измерения ускорения силы тяжести.Известно устройство для измерения ускорения силы тяжести, содержащее вертикальный маятник, механизм его запуска, датчик угловых отклонений и регистратор. Это устройство нашло применение в геофизике и геодезии 11. 10Однако точность регистрации этим прибором ограничивается прежде всего неизохронностью его колебаний. Кроме того, прибор довольно громоздкий.Известно также устройство для 15 абсолютных измерений ускорения силы тяжести, содержащее пробное тело, вакуумную камеру, механизм бросания пробного тела, измеритель параметров перемещения пробного тела в пространстве, регистратор времени. Устройство применяется для прецизионных измерений ускорения силы тяжести, что достигается путем многократных бросаний пробного тела. Обычно серии 25 измерений составляют не менее 100 бросков, среди которых отдельные выбросы измерений достигают 3 и более миллигал,Я .Однако устройство очень громоздко30 и может применяться только в хорошо оборудованных лабораторных помещени-ях и требует большого во времени объема подготовительных операций по его наладке и настройке.Наиболее блиЗким к предлагаемому является устройство для измерения ускорения силы тяжести, содержащее желобковую поверхность качения и сферическую массу Я .Недостатком данного устройства является его неудовлетворительная изохронность колебаний. В реальном случае любая сферическая масса является телом конечных размеров (т,е. радиус сферической массы отличен от45 нуля). И чтобы ее центр тяжести при качении описывал циклоиду, необходимо, чтобы поверхность качения имела в этом случае специальный про- филь, сечение которого не будет циклоидой. Расчеты показывают, что отклонение центра масс от циклоиды примерно на 0,1 микрона приводит к погрешности измерений ускорения силы тяжести уже порядка одного миллигала 55Цель изобретения - повышение точности и производительности, уменьшение габаритов. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения ускорения силы тяжести, содержащем желобковую поверхность качения и сферическую массу, профиль желобковой поверхности имеет форму, описываемую параметрическим уравнениемх =а с-ьп щ- р со Ч 2=о 1-сов дг а щ 12,где х и ь - текущие координаты профиля желобковой поверхности;О - радиус образующей циклоиду окружностиф- радиус сферической массы- угловой параметр, определяющий текущую точку нациклоиде,кроме того, устройство дополнительносодержит блок совмещения оси симметрии образующей поверхности каченияс линией отвеса, включающий в себявертикальный маятник, масса которогоодновременно является экраном, расположенным перпендикулярно оси маятника, причем по центру экрана выполненоотверстие, с одной стороны которогосмонтирован Осветитель, а с другой -координатно-чувствительный фотодатчик,жестко связанные с корпусом прибора,маятник блока совмещения, осветитель,фотодатчик и желобковая поверхностьво время измерения имеют общую осьсимметрииНа чертеже представлена схемапредлагаемого устройства.Устройство содержит желобковуюпрофильную поверхность 1 качения,сферическую массу 2, центр 3 тяжести которой при качении описываетциклоидальную кривую 4, датчик 5 перемещения, блок 6 запуска, вертикальныймаятник 7, горизонтально расположенный экран 8 с отверстием 9, осветитель 10, координатно-чувствительныйфотодатчик 11, регистратор 12, ось 13симметрии.Принцип действия предлагаемогоустройства заключается в следующем.При перемещении центра 3 тяжестипо циклоидальной кривой 4 период колебаний сферической массы 2 относительно положения равновесия. при качении по поверхности 1 качения независит от амплитуды этих колебаний,как для всякого цнклоидального маятника. Ускорение силы тяжести определяется по периоду указанных колебаний по известным формулам.Методика работы с предлагаемым устройством заключается в следующем.На пункте наблюдения прибор устанавливается таким образом, чтобы оказались совмещенными оси симметрии образующей поверхности качения и вертикального маятника. Контроль их совмещения достигается при помощи ре О гистратора 12 и двухкоординатного фотоприемника, который настроен таким образом, что при совмещении указанных осей разностный ток этого фотоприемника равен нулю. После этого 15 включается датчик 5 перемещения. Затем при помощи блока 6 запуска сферическая масса 2 выводится из положения равновесия таким образом, чтобы она совершила по желобковой профили О рованной поверхности 1 качения несколько колебаний, соответствующих элементам циклоиды (по циклоидальной кривой 4). Моменты прохождения пентра 3 тяжести сферической массы 2 25 через ось 13 симметрии фиксируются датчиком 5 перемещения и передаются в регистратор 12. В этом регистраторе происходит обработка полученной информации по известным формулам и ЗО выдается среднее значение уСкорения силы тяжести для данного пункта наблюдения.Предлагаемое устройство должно быть эталонировано на пункте с известным значением ускорения силы тя 35 жести для определения коэффициента трения качения сферическоймассы 2 по поверхности 1 качения, а также температурных и барических коэффици" ентов.Известно, что циклоидальный маятник является изохронным, т.е. период его колебаний не зависит от величины амплитуды. Поэтому использование циклоидального маятника для измерения ускорения силы тяжести освобождает от необходимости регистрировать амплитуду колебаний и вводить поправку за амплитуду, что неизбежно в практи 5 О ке использования неизохронных маятников.При оценке точности обработки желобковой поверхности, профиль которой задается параметрическим уравнением, существенно то, что период колебаний циклоидального маятника совпадает с периодом колебаний такого кругового маятника, у которого приведенная длина 1 = 4 а. Это означает, что при одинаковых требованиях к точности измерений погрешность обработки 6 а. желобковой поверхности не должна превышать величину . ТакА4 ф как в практике использования обычных круговых маятников для обеспечения измерений с точностью, например, в 1 миллигал Ь ь не должно превосходить 1 микрона, то погрешность Д а при обработке желобковой поверхности не. должна превосходить 0,25 микрона. Очевидно, что при повышении точности измерений пропорционально возрастают требования к точности обработки же-лобковой поверхности, При выборе материала для изготовления желобковой поверхности его прочность должна быть такова, чтобы прогиб при каче-. нии массы по желобу не превосходил требуемую величину погрешности обработки самого материала.Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается изохронность колебаний сферической массы относительно положения равновесия вне зависимости от величины амплитуды колебаний, причем нить подвеса отсутствует. Так:л образом, измерения становятся свободными от введения поправок за амплитуду колебаний и за влияние нити подвеса, что и обеспечивает повышенчую точность из" мереннй. Предлагаемое устройство может быть использовано при гравиметрических измерениях в организациях, занимающихся поиском и разведкой полезных ископаемых.113 гг 75 Составитель С.РыковРедактор Л,Алексеенко. Техред Л,Микеш Корректор А.Тяск О ПодписСССР а оми ткрытп ская н диал БПП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная 788/40 ВНИИПИ Госуда по делам из 113035, Москв