Устройство для измерения абсолютного ускорения силы тяжести

ОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветситаСацюаамстмцесваРаспубпмк 61) Дополнительное к авт, свна.в(22) Заявл 8.10.76 (21) 2415501/18 единением заявки-еврвретвеней намнтат СССР ае делам нзюбрета н етнрмтнйПрнорит Опублнковано 05.03.79 Бюллетень % 9Дата опубликования описания 09.03,79 Авториаобретения В. А. Ром нтральный научно-исс аэросьемки и карто ститут геодез ователафин) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ А УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИНОГО Изобретение относится к гравимет рическим приборам, в частности к уст- ройствам транспортабельных гравиметров для измерений абсолютного ускорения силы тяжести методом свободного падения.Известны транспортабельные абсолют ные гравиметры, .у которых измерения производятся на участках траектории свободно падающего уголкового светоот ражателя е тОТакие гравиметры имеют тело, выполненное в виде уголкового светоотражателя, помещенное в вакуумную ка меру, устройство, осуществляющее свободное падение тела, интерферометр, 15 систему измерения: пути и времени траектории свободного падения тела, сейсмометр 111Во время тракторных измерений сво- бодного падения уголкового светоотра жателя ннтерферометр не должен подвергаться вертикальным перемещениям. Иэ-аа влияния различных факторов (виб 2рация, микросейсмы, работа механизмов гравиметра и т.д.) ннтерфэрометр мо жет испытывать достаточно большие Йеремещения, которые в,конечном счете приводят к систематическим ислучайным ошибкам измерения абсолютного ускорения силы тяжести, величина кото рых может в десятки и сотни раз пре восходить инструментальную ошибку прибора.Известный транспортабельный .гравиметр, содержит икгерферометр, выпол пенный в виде первого уголкового отражателя, светоделителя и второго отражателя, закрепленного на маятнике сейсмометра и систему измерения пути и времени, свободного падения первого уголкового отражателя.В этом гравиметре полупрозрачное зеркало укреплено на корпусе прибора в его нижней части, а уголковый отражатель на маятнике сейсмометра, установ ленного в верхней части прибора, что приводит к усложнению оптической схемы и всего прибора в целом, увеличению его веса и габаритов. Кроме того,при такой конструкции не достаточнополно исключается влияние горизонтальных и вертикальных перемещений. 5Бель предлагаемого изобретеиияповышение точности измерения при одновременном уменьшении габаритов усчъ.ройства.Оиа достигается тем, что светодели, 10тель закреплен на маятнике сейсмометра, причем светоделитель и второй отражатель выполнены в виде одного оптического элемента. Оптический элементвыполнен в виде прямоугольного паржлелепипеда, составленного из трех призм.Устранение непосредственного контакта интерферометра с корпусом прибора, а, следовательно, и основанием,на котором установлен прибор, дости фгаемое такой конструкцией, сводит кминимуму перемещения оптических элементов из-аа вибраций, микросейсм иработы механизмов прибора.Это позволяет повысить точность измерений абсолютного ускорения силытяжести и установить все части приборана одном и том же штативе, что ведетк уменьшению веса и габаритов прибора.Автоматическая установка интерферометра в рабочее положение силовымэлементом с помощью обратной связис большой постоянной времени, достигаемая такой конструкцией, отрабатывая перемещении интерферометра с периодами,большими постоянной времениобратной связи, и ослабляя перемещения с периодами, значительно меньшимипостоянной времени обратной связи., благодаря чему повышается точность изме 40рений и ускоряется процесс измерений.На фиг. 1 изображена блочная схемапредлагаемого устройства; на фиг. 2 схемы хода лучей для двух схем измерений.МАбсолютный гравиметр имеет первыйуголковый светоотражатель 1, помещенный в вакуумную камеру 2, устройство,осуществляющее свободное падение тела(на чертеже не показано), единый оп 50тический элемент 3, систему 4 измерения пути и времени траектории свободного падения первого уголкового светоотражателя 1, сейсмометр 5, различныеЯвспомогательные устройства,Сейсмометр 5 содержит маятник 6,йа котором укреплен оптический элемент3, астазирующую пружину 7, силовой элемент, включающий катушку 8, укрепленную на маятнике 6, и магнит 9,укрепленный на корпусе прибора так,что катушка 8-. находится в зазоре магнита 9, датчик 10 положения маятника6, блок 11 обратной связи с большойпостоянной времени, направляющий блок11 обратной связи с большой постоянной времени, направляющий ток в катушку 8. Оптический элемент 3 выполненв виде прямоугольного параллелепипеда,составленного из прямоугольных призми выполняет функции как второго отражателя, так и делителя светового потока,Гравиметр работает следующим образ омеУстройство, осуществляющее свободное падение первого уголкового светоотражателя 1, отпускает его вниз илиподбрасывает вверх (соответственно принесимметричном или симметричном методах измерений). Интерферометр, состоящий из оптического элемента 3 ипервого у олкового отражателя 1, образует два интерферирующих световыхлуча и направляет их на приемник света .системы 4, преобразующий интерферирующие лучи света в электрические сигналы,которые затем в системе 4 преобразуются в стандартные электрические импульсы. Система 4 коммутирует этиимпульсы, производит их счет и счетимпульсов времени.При отпускании или, особенно, приподбрасывании уголкового светоотражателя 1 возникают силы отдачи, которыевызывают вертикальные колебательныедвижения гравиметра, Гравиметр. можетсовершать периодические вертикальныедвижения также под влиянием микросейсм,вибраций и других причин.Центр качаний маятника 6 сейсмометра 5 имеет вертикальные колебация,йамплитуда которых в - разтТВменьше амплитуды верти 1 ицйных колебаний его корпуса,где Т-период собственных колебаний маятника 6;Т - период вертикальных колебаний гравиметра.Таким сбразом, центр качания маятника 6 с достаточно большим периодомсобственных колебаний практически несовершает вертикальных колебаний с мйлыми периодами.Установка и удержание оптического элемента 3 в рабочем положении осуществляется посредством сил электромагнитного взаимодействия между ка- . тушкой 8 и магнитом 9, для чего в катушку 8 направляется осредненный ток (с периодом осреднения, большим периода собственных колебаний маятника 6), вырабатываемый блоком 11 обрачъ ной связи, по показаниям датчика 10. Таким образом, система обратной связи отрабатывает только перемещения маятника,6 с периодами большими его пе риода собственных колебаний.На фиг. 2 показана схема хода лучей для схемы измерений, когда одна интерференционная полоса соответствует перемещению уголкового светоотражателя на расстояние, равное половине длины волны света. Луч света лазера 12 направляется на оптический элемент 3, составленный из трех прямоуголь ных призм, и разделяется на два луча. Первый луч направляется на уголковый светоотражатель 1, отражается от него и попадает в фотодатчик 13. Второй луч отражается в оптическом элементе и направляется на фотодатчик 13, где интерферирует с первым лучом. Для юстировки вертикальности луча света, направляемого на уголковый светоотражатель 1, используется часть первого и второго лучей, вышедших из интерферометра, которые направляют на полупрозрачное зеркало 14, укрепленное на корпусе прибора. Лучи, отраженные от зеркала 14, попадают на горизонтальное зеркало 15, образованное жидкостью 16, находящейся в стакане 17. Отраженные лучи от зеркала 15, прохо;цят полупрозрачное зеркало 14 и попадают в зрительную трубу 18Установка оптического элемента на маятнике сейсмографа выгодно отличает предлагаемый гравиметр, так как значи тельно уменьшает перемещения интерферометра из-аа влияния вибраций, микросейсм и работы механизмов прибора.Это уменьшает систематические и слу- Б чайные ошибки измерений и позволяетуменьшить вес и габариты прибора.Изготовление интерферометра в виде прямоугольного параллелепипеда,составленного из прямоугольных призм 3 Ф упрбшает конструкцию интерферометра,уменьшает как его, так и всего прибора, вес и габариты.З Формула из обретения1. Устройство для измерения абсолютного ускорения силы тяжести, содержащее интерферометр, выполненный в20 виде первого уголкового отражателя,светоделителя и второго отражателя,закрепленного на маятнике сейсмомегра, и систему измерения пути и времени свободного падения первого уголко 25 вого отражателя, о т л и ч а ю щ е -е с я тем, что, с целью повышенияточности измерения при одновременномуменьшении габаритов устройства, светоделитель также закреплен на маятникеЗй сейсмометра, причем светоделитель ивторой отражатель выполнены ввиде единого оптического элемента.2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оптическийЗ: элемент выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, составленного изтрех призм,Источники информации, принятые вовнимание при экспертизе401.Нощгпого д.д. ГаИег "тамг- ИАег 1 еговеМг - бчь 1 ещ аког беегв 1 псйлоп о 11 Ье ессебегоЫоп оГ бгапИ" 6 оцгпа 6 о 1ОцаМот БесМор 1 сь, КочещЬег, 496 Т,.ф ъМ.Ъ ыВ р й65128 итель А. Чупрунов Э. Чужик К Л. В Закв 798 2, Тираж 6ЦНИИПИ Государстпо делам изобрете13035, Москва, Ж 3 исное нного комитета СССР й и открытий 5, Раушская наб., д. 4/ нт, г едактор Б. Павлов жгород, ул. Проектная, 4