Гравитационный вариометр

(6) Дополнительное к авт, (22) Заявлено 29.12.77 (2 с присоединением заявки РЙ (23) ПриоритетОпубликоваяе 25 10.7 2 Кл.(5 2562049/18-25 1 У 7/1 ГасдаРстаФВЙ 4 аамвтат СССР ва дедам вмбвоаеа к атквмпв. И. Фрезинская никин ауменкотадниченкелышев Ленина инО. Ю, Шмид титут физики та АН СССР) Заявитель ям 54) ГРАВИТАЦИОННЫЙ ВАРИОМЕТР е н-следования по Экспериментальн измерению гравитац казывают, что сейс коромысло определпери ода кэл еб ан ьО 3 10 4 ественным препятс яется сущ пэвьнденн естен вари птическэе у ю точности измерений. ометр, содержжпий корстройствэ, регистратор, ик, выполненный в виде имметричного коромысла, эторого совпадает с точОптимизация кэнструкчувствительного элеменнчить стабильность его м Из крутильный маят крестообразного центр тяжести к кой пэдвеса2 ), ции и параметров та позволяет уве периода дэЬТ/ О - ;10 Слэжность нелнн ейной теории движения воляет найти точного эромысл у нет и вэзмэжнэстзадачи оптимизации решения, а поэтстрогого решени Изобретение относится к областигравиметрни н может быть испэльзованодля измерения слабых сил гравитационной, электромагнитной или иной природы.Известен прибор, содержащий корпус,оптическое устройство, регистратор, крутильный маятник, выполненный в видекоромысла с укрепленными на его концахпробными массами и подвевтениый засередину на тонкой упругой крутильнойнити 111,В этом приборе под воздействиеммикросейсм и инерциальных ускоренийдругой природы (вибрации, толчки и т. д.)возникают паразитные колебания коромысла относительно верхней точки подвеса (маятниковые колебания) и относительно нижней точки подвеса(качания),которые приводят к появлению эффектатак называемой динамической жесткости.При этом жесткость крутильной нити увеличивается, что сэответственнэ приводит к изменению периода крутильных коУлебаний коромысла. энной постоянной помические воздействияяют стабильность6933Кроме тогэ, невозможен учет систематических пэгрешцэстей, эбуслэвлаццых и линейным характером теории движения маятника и влиянием помех.Наиболее близким к прецлагаемэму5 является гравитационный вариометр Этвеша, сэцержащий два крутильцых мчятникч с эдинакэвыми моментами инерции, пэдвешеццых на общем нснэвации ца упругих нитях с эдинакэвэй крутильнэй 0 жесткостью, корпус, оптическую систему отсчета, поворотное язимутальное устройство 3 ) .Указанный вариометр имеет низкую тэчнэсть, у него цабллодаются систематические пэгрелднэсти, обусловленные вллянием инарциальцЬлх помех.Цель изобретения - повышение тэч-. нэсти измерения за счет исключения влияния случайных помех. обусловленных инар цичльными ускорениями основания прибора. Поставленная цель дэстигается там, чтн оЛин из крутильцьх маятников выпэл нен в виде тела с равнэмерным угловым распределением массы в плэскнсти вращения (т. е. имеет форму тела Вращения), например, в виде цилиндра, пэдвешеццнгэ так, чтэ егэ эсь совпадает с осью вращения упругой крутильнэй нити.Надлежащим размещением зеркал маятников производится эптическне вычитание углов пэвэрэтч маятников. Пэскэльку эба маятника имеют одинаковые моментыинерции нтнэсительнн точки пэдвеса, тэ эни в одинаковой мере будут подвержены влиянию ицерциальных помех. Нэ при этэм цилиндрический маятник, имея равно 40 мерина распределение масс относительно нси вращения, не будет реагировать ца моменты гравитационных сил, а обычный маятник, выполненный в виде гантели будет чувствовать и изменение моментов45 грчвитациннцых сил. Следовательно, разность периэдэв этих двух маятников будет свободна эт влияния инерциальных помех.На фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство; на фиг. 250 принципиальная схема его.Гравитационный вариометр содержит гравичувствительцый маятник 1, гравинечувствительный маятник 2, упругие нити пэдвесов 3, лампу осветителя 4, эп 55 тическую систему 5, вспомогательные зеркала 8, фэтэприемцик 7, лампу осветителя нижних зеркал 8, координатно-фэточувствительцые элементы 9, нижние зеркчн г." 4и: 10, фэтэчц 3.333г 1,.;,чл .1 1, 33 ри, ми 12,диафрагмы 1 3 3.3 эвэрот 33 л -азимутальноеУСтРЭЙСТВЭ ЦЧ РИСУЦКа Ца 33) 3 И 3 лХЗИ тся)1 рчвиччйствит 3 ль 3 ль 3 Й маятник 1 34 эж атбыль Выпэ 3333 ац В Вида гантели с мчссчмир;3 акрецлац 33 ыми Злч кэццчх гэризэцтчльцэгэ стержня. Гравинечувствительный маятник выпэлнец в вида симметричцэгэ тела,например, цилиндра, "фары, конуса т,д.,причем эсь тала врчщеция дэлжна сэвпчдчть с осью пэцвеса маятника.Зеркала 6 реализуют угэлкэвый этражатель, который передает световойлуч эт лчмлы осветителя 4 через эптическую систему 5 и 33 фэтэприемцик 7лишь В мэма 33 тьл времени, кратные периодам обоих 1 лчятл 3 и 3 лэлл. При этом фотоприекл,лик регистрирует м 3 глацты перехода маятцикэв черед лэлэжание рчвцэвасияпричем период разцнстцэгн маятникаравен рчзцэст 3 л периэднв исхэцных маятЦИКЭВ,Вэзмэжцэ также измерять период каждэгэ маятн 3 лка В этдальцэсти, а разностьпериэдэв нбрнзэвывчть в система регистрации. В этом случае из периода колебаний гравичувствительнэгэ маятника такжеустраняется вклад помех цегравитациэнного происхождения (устрэйствэ такойрегистрации на требует нсэбэгэ пэясцения и па чертеже ца пэказацэ).Пэлэжел 3 ие кчждэгэ маятника в горизонтальной плоскости фиксируется посредствам кээрд 33 ц 33 т 3 лэ-чувствительных фотоэлементов 9. Для этой цели луч света3от лампы 8 чаправляется через призмы12, диафрагмы 13 и отверстия в центрефотоэлементов на нижние зеркала 10.С 3 тражаясь от зеркал луч света расходящимся пучком попадает на активную поверхность фотоэлеменгов 9 При нтсутствии маятниковых колебаний и качаниймаятников (при отсутствии макро- имикрэсейсм) величина разннстннго фототока фотоприемников 9 (пря правильнойгоризонтальной установке нижних зеркал 10) равна нулю. Крутильные кэлебания маятников на величину разностногофототока приемников 9 влияния оказыватьне будут. Таким образом, фотоприемники9 дают дополнительную возможность контролировать условия, при которых выполняются измере 3 лия, и вносить поправки визмеренные величины.Принцип действия вариометра заключается в следующем.Ня пункте наблюдения включаютсялампы 4 и 8. Затем мачтникам залают6933крутильные колебания в разных направлениях: одному по часовой стрелке, а второму - против, Время между моментами, в которые фотоприемник 7 будет регистрировать сигнал совпадения показаний маятников, будет соответствовать разностному периоду колебаний маятников. Использование гравинечувствитепьного маятника совместно с обычным грави- О чувствительным позволяет уменьшить систематические и случайные погреш. ности, обусловленные . сейсмическимии микросейсмическими помехами. Это дает возможность повышения точности при измерениях в статическом и, особенно, в динамическом режимах, При использовании вариометра в динамическом рЕжиме увеличивается его производительность в 5-6 раз по сравнению со статическим режимом измерении при равных (около 400 с) собственных периодах колебаний. Применение предложенного вариометра в полевых усповиях позволит значительно снизить требования к учету температурных влияний, поскольку они будут автоматически устраняться в процессе измерения.Предложенный вариометр, помимо измерения малых сил гравитационного про 30 исхождения, может быть использован дпя измерения малых сил, обусловпеиных магнетизмом, световым давлением, влиянием сверхвысоких частот, При этом точность измерения повьппается на один - два порядка. 25 6 Формула изобретения1. Гравитационный вариометр, содержаший два крутильных маятника с одинаковыми моментами инерции, подвешенных на общем основании на упругих нитях с одинаковой крутильной жесткостью, о тл и ч а ю ш и й с я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет исключения случайных и систематических помех, в нем один из крутильных маятников выполнен в виде симметричного тела с равномерным угловым распределением массы в плоскости его вращения, причем его ось симметрии совпадает с нитью подвеса.2,Вариометрпоп, 1, о тли ч аюш и й с я тем, что один из крутильных маятников выполнен в виде цилиндра.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Калинников И. И., Колосницын Н, И.К теории горизонтальных весов с шестьюстепенями свободы. Сб. Вопросы стандартизации, метрологии и техники точныхизмерений. М., Изд. стандартов, 1973,с. 219-224.2. Аникии В. И. и др. Крутильныевесы для измерения Кавендиша постоянной. Сб. Вопросы стандартизации, метрологии и техники точных ижерений,М., Изд. стандартов, 1973, с. 224-230,3. Бесепов К. Е., Сагитов М. У,Гравиметрическая разведка, М., Недра,1968, с. 212-230.