Гравитационный вертикальный градиентометр

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИ Ал и стич е скРЕСПУ.БЛИК 88 01 Ч 7/ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЕДОМСТВО СССР ГОСПАТЕНТ СССР) ЕНТН ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИАТЕНТУж 1 И твл ной техн вертикал тяжести,Цель ние точн диента.Наче Ы ОЭ бд ОЭ ОО С Ф)ь ртеже представлена принца гравитационного вертикометрэ. иэль- ного ная схем Радиент ержит торых ков по вого и в виде сколь- штанопоры рретис поых на(71) Пермский политехнический институт(73) Пермский политехнический институт(57) Использование: измерительная технка, в частности, для измерения вертикальн ретение относится к измерительике предназначено для измерения ьного градиента ускорения силы ю изобретения является повышести измерения вертикального граЕго чувствительная система сод два блока с грузами, корпусы 1, 2 ко имеют устройство перемены мест бло высоте, в котором корпусы 1, 2 пер второго блока цапфами 3,4 с опорами подшип ников 5, б (опоры могут быть и зящими) установлены в вертикальной ге 7, связанной с помощью цапфы 8 и 9 с подставкой 10, Блоки и штанга 7 а руются в вертикальном положении мощью арретиров, не показанн чертеже, Поворотом штанги 7 на 180 го градиента ускорения тяжести. Сущность; грузы размещены в отдельных блоках корпусов, предусмотрено устройство перемены мест блоков по высоте в виде штанги, установленной цапфой и опорой в подставке, датчик перемещения одного из грузов через усилитель соединен с предусмотренным дополнительным датчиком силы другого груза, снабженного датчиком перемещения, усилителем и датчиком силы, Оба груза снабжены консолями, свободный конец которых подвешен на упругом элементе, 1 ил. ся перемена мест блоков по высоте.В корпусах 1, 2 первого и второго блока размещены грузы в виде постоянных магнитов 11, 12 и 13, 14, мэгнитопроводов 15, 16 и 17, 18 и полюсных наконечников 19, 20 и 21, 22. Груз первого блока (в корпусе) снабжен электрической пружиной в виде датчика перемещения 23, усилителя 24 и датчика силы в виде магнитоэлектрического преобразователя, состоящего из постоянных магнитов 11, 12, магнитопроводов 15, 16, полюсных наконечников 19, 20 и катушки 25 в каркасе 26, закрепленном в корпусе 1 на стойках 27, 28.Датчик перемещения 23 через усилитель 24 соединен с катушкой 29 дополнительного датчика силы груза второго блока, состоящего из постоянных магнитов 13, 14, магнитопроводов 17, 18, полюсных наконечников 21, 22 и катушки 29 в каркасе 30, закрепленном в корпусе 2 на стойках 31, 32, Катушки 25 и 29 подключены в данном слу(9) чае параллельно, а именно и последовательно,Груз второго блока (в корпусе 2) снабжен дополнительной электрической пружиной в виде датчика перемещения 33,усилителя 34 и датчика силы в виде катушки35 в каркасе 30, постоянных магнитов 13, 14,магнитопроводов 17, 18 и полюсных наконечников 21, 22. Выход с усилителя 34, т,е,вход катушки 35 соединен со счетно-решающим (блоком 36, выходом с которого является УУгдГрузы обоих блоков снабжены горизонтальными консолями 37, 38 "свободные". концы которых подвешены наупругих элементах в виде упругих пластин 39, 40,Электрические пружины (т.е. компенса-.ционные обратные связи) могут содержатьинтегрирующие звенья.Устройство перемены мест блоков повысоте может иметь и другое конструктивное оформление, например, перенос блоковвручную .одной площадки одной высоты надругую площадку и т,п,В рабочем положении ось чувствительности градиентометра расположена по направлению силы тяжести,Предлагаемый градиентометр определяет измеряемую величину в два такта измерения и работает следующим образом.. Первый такт.Блок в корпусе 1 расположен вверху,блок в корпусе 2 расположен внизу.Сила тяжести верхнего груза уравновешивается датчиком силы электрическойпружины и силой упругого элемента 39. гп 1 Я = Ецс 11+ С 1 х 11, (1) где п 11 - масса верхнего груза,я - ускорение силы тяжести на уровнецентра тяжести верхнего груза,1.ц 11 - СИЛа ДатЧИКа СИЛЫ ЭЛЕКтРИЧЕСКОйпружины при первом такте измерения,Ецс 11 = КцпзКц 1 Кцс 1 х 11 (2) Кдм - коэффициент крутизны статической характеристики датчика перемещения 23,Кд 1 - коэффициент передачи блока усилителя 24,Кцд - коэффициент крутизны статической характеристики датчика силы (катушка 25 с магнитной системой).. С 1 - жесткость упругого элемента 39, приведенная к оси чувствительности градиентометра,Х 11 - перемещение массы гп 1 при первом такте измерения. Сила тяжести нижнего груза уравновешивается дополнительным датчиком силы (катушка 29 с магнитной системой), датчиком силы дополнительной электрической 5 пружины (катушка 35 с магнитной системой)и упругим элементов 40: П 12(Я + ЮкаН) = Ецс 21+ Ецс 21+ С 2 х 21, (3) 10 где гп 2- масса нижнего груза,В/гг - вертикальный градиент,Н - расстояние между центрами массгрузов,ФЕцс 21 сила Дополнительного Датчика15 силы(катушка 29 с магнитной системой) припервом такте измерения,Ецс 21 = Кцп 1 Кд 1 Кцс 2 Х 11 = пЕдс 11, (4)20 и = Кдс 2/Кдс 1, (5) Гцсз 1 - сила датчика силы дополнительной электрической пружины (катушка 35 смагнитной системой) при первом такте из 25 мерения,с 2 - жесткость упругого элемента 40,приведенная к оси чувствительности градиентометра,х 21 - перемещение массы гп 2 при пер 30 вом такте измерения.Из (1), (3) с учетом (2), (4), (5) имеем: Ецс 31 =(п 12 пгп 1)Я + п 2 ЮгуН - пс 1 х 11 с 2 х 21 Значение Ецз поступает в виде входного тока катушки 35 в счетно-решающий блок 36, т.к. величина Едсз равна Ецсз = В 3131,(10) где Вз - магнитная индукция в зазоре междуполюсным наконечником 21, 22 и магнитопроводом 17, 18,13 - длина провода катушки 35,- ток, протекающий в катушке 35,Второй тактБлоки по высоте меняются местами;Имеем;50 П 11(Я + В/ыН) = Ецсп + С 1 Х 12, (7) п 12 Я = п(Ецс 12 + Едс 32 + с 2 х 22), (8) Едс 32 = (гп 2 - и гп 1)Я - и гп Югг Н + и с 1 х 12 - с 2 х 22,гДе Ецс 12 - сила Датчика силы электРическойпружины при втором такте измерения,(12) Яуу -1 дсзг и Рцс 31 носительная делится по Ч щ 11 + 1 Р Лх 12- перемещение массы п 11 при второмтакте измерения,Гясзг - сила датчика сиЛы дОпОлнитель нбй электрической пружины (катушка 35 смагнитной системой) при втором такте измерения,х 22 - перемещение массы п 12 при второмтакте измерения.Значение Рцсзг поступает в виде входнаго тока катушки 35 в счетно-решающийблок 36,Из (6) и (9) имеем: Рдс 31 - Рцс 32 = (тг + и п 12)ЯгН - пС 1(х 11+ Видим, что методическая погрешность от д в отличие от прототипа отсутствует.При наличии интегрирующих звеньев в цепи электрических пружин х 11, х 12, х 21, х 22 стремятся к нулю и второе и третье слагае- мые справа в (11) будут отсутствовать и из (11) определится ИЪ; Иэ (6), (9) видим, что Рцсз - Рцсзг сОизмеримы и по (5) От погрешность измерения опр Формуле 1 - относительная погрешность иэмМж д 1- относительная погрешность измерения Ецсг,1 2, д з - относительная погрешность выдерживания п 12+ пв 1 и Н.Три диапазоне измерения Ю 4000 Э и 11 дг, з порядка 10 имеем д того же порядкэ и, следовательно,Для прототипа при точности измерения в 5 3 необходимо Ьвп 1, Ь 1 и др. параметры выдерживать с относительной погрешностью 10, т.е. требования к конструктивным параметрам предлагаемого прибора, определяющих точность его измерения на много порядков меньше, чем к конструктивным параметрам прототипа.Таким образом, в сравнении с прототипом достижимая точность измерения предлагаемого гравитационного вертикального градиентометра на несколько порядков выше.Формула изобретения Гравитационный вертикальный градиентометр, содержащий размещенную в корпусе чувствительную систему из двух грузов, расположенных на разных высотах преобразователь и регистрирующую систе му, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, каждый груз снабжен горизонтальными консолями, свободный конец каждого иэ которых подвешен на упругом элементе, при этом каждыи груз размещен в отдельном корпусе, которые посредством цапф с опорами установлены на вертикальной штанге, преобразователь выполнен в виде двух систем, каждой из которых снабжен груз, при этом каждая система включает датчик перемещения, усилитель и датчик. силы, причем датчик перемещения первого груза через усилитель йервого груза соединен с датчикомсилы второго груза, выход усилителя второго груза соединен с регистрирующей сисмой, выполненной в виде счетно-решающго блока,1838804 Составитель В.СубботинТехред М,Моргентал Корректо Редакор Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 10 каз 2925 ТиражВНИИПИ Государственного комитета по113035, Москва, ЖПодписноебретениям и открытиям при ГКНТ СССаушская наб 4/5