Устройство для измерения абсолютного значения ускорения силы тяжести

ОПИСАНИЕЙЗОЬРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 1750414 Союз СоветскихСоциалистическиеРеслублии(22) Заявлено 07.09,77 (21) 252316с присоединением заявки Рй Государственный комитет СССР) Авторыизобретени тдел атики и электрометрии Си АН СССР стит 7 ) Заявите(54 УСТР УСКОРЕ Изобретение виметрии и мо высокоточных и значения силы .геодезии и мет к области гра.именено приабсолютногогеофизике,относитсяжет быть прзмеренияхтяжести врологии. сов п ванной труб кий уголков авляюший измметра. Инт ра 3, ново зрачной и е 1 свободн ый отражаерительное ерферометр ротного зерластины 5, зер падает опти лечо иностоит из еро аза ада 4, полупро Известны устройства для измерения абсолютного значения ускорения силы тяжести, основанные на измерении пути и времени свободного. падения массивного тела 11,2.Недостатком известных устройств является низкая точность, связанная с высоким уровнем систематических погрешностей при измерении отрезков пути и времени.Известно также устройство для измерения абсолютного значения ускорения силы тяжестисодержащее угопковый отражатель, оптически связанный интерферометром, электронно-счетную схему, к которой подключены фотоэлектронный .преобразователь сигналов интерферометра схема управления, электронный генераИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГОСИЛЫ ТЯЖЕСТИ тор с формирователем импульсов времени и вычислительное устройство 13.Недостатком этого устройства также является высокий уровень систематичес ких погрешностей, связанных с ограниченным быстродействием счета импульути и меток времени, а также с несовершенством их формы. Цепью,изобретения является повышение точности измерения.Поставленная цель достигается тем, что в устройстве установлен дополнительный электронный генератор с формирователем импульсов, подключенный к электронно-счетной схеме.На чертеже изображена схема устройства .кала 6 и опорного уголкового отражателя 7. На выходе щторферометра уста -новлен фотоэлектронный преобразователь8 оптического интерференционного сиг -нала в последовательность электрическихимпульсов.Пучок света от лазера 3 падает на разделительную пластинку 5 и делится на два. Один из пучков (опорный) после отражения от углового отражателя 7 попадает на фотоприемник фотоэлектронного преобразователя 8, где образует интерференционное поле с измерительным пучком, отраженным от уголкового отражателя 2. Изменение интерференционного поля при движении тела 2 преобразуется .фотоэлектронными преобразователем 8 в последовательность электрических импульсов, поступающих на электронно- счетную схему 9. Одновременно на схему 9 псступают метки времени, сформированные формирователем 10 из сигнала опорного электронного генератора 1 1. Кроме того, к схеме 9 через формирователь импульсов 12 подключен электроннЬй генератор 13. Резельтаты измерений со схемы 9 поступают на вычислительное устройство 14. Общее управление работой устройства осуществляется схемой управления 15.Измерение ускорения силы тяжести с помощью предложенного устройства производят следующим образом.Рассмотрим для примера схему последовательного измерения, по которой измеряются времена прохождения двух заданных, следующих один за другим, интервалов пути свободного падения тела 2. В этом случае ускорение силы тяжести определяется по следующей формуле где б и- последовательные отрезки пути, проходимыепадающим телом за соответствующее время Ти Т,;, - длина волны лазерногоизлучения;Ь и Ч - число полуволн 1/2,Луложившихся соответ ственно в отрезках путии.Процесс измерения заключается в следующем. В некоторый момент времени 1 о после отпускания оптического отра жателя аэто время точно не фикс,;руется, его неопределенность исключаетсяпо результатам измерения на двух последующих ийтервалах) со схемы управления 1 45 поступает импульс управления, подготавливаюший схему к измерениям, Первыйимпульс, пришедший после импульса управления с преобразователя 8, запускаетделитель схемы 9, формирующий интер -10 вал измерения, и одновременно откры -вает первый канал счета, Первый каналсчета регис трирует число меток времени, поступающих с генератора 11 черезформирователь 10 до тех пор, пока де 15 литель частоты насчитает заданноечисло Кимпульсов с преобразователя 8.И-й импульс является импульсом конца счета в первом канале и запускаюши -шим для второго канала счета. Во20 втором канале метки времени со стандарта частоты 10 считаются до тех пор,пока делитель частоты наберет заданноечисло И 2 импульсов с фотоприемника 8.Й 0 -й импульс закрывает счет во втором канале,Таким образом, по заданному числуимпульсов Я и Й 2 формируются интерва -лы пути 8 и 82, а по числу метоквремени, поступивших с опорного генератора частоты 11 за время прохождениязаданных отрезков пути би 52, опре -деляются интервалы времени Ти Т,Далее по формуле ( 1) определяетсязначение гравитационного ускорения рПри необходимости в найденное значение вносятся поправки, учитывающие приливные изменения Я, влияние градиента силы тяжести, конечность скоростисвета и т,п. 12.40 Из-за погрешности электронно-счетной схемы истинные значения интервалов времени Т и Т 2 отличаются отизмеренных Т и Т 1 . Пусть 41 и 61погрешности электронно-счетной схемы Хф 5 соответственно для первого и второгоканалов счета, Тогда, подставив в ( 1)значения Т = Т, + ь 1 к Т 2 = Т +М ,2 и 2получимА 1 1 Ы 25где 2 "Ц " 0 - измеренное зна -Г=О тоТ 2 тщ 2 о) чение ускорениясилы тяжести,55а д - его истинное значение.Погрешности Ь и ь 1 2 содержат случайную и систематическую составляющиеДля уменьшени 51 случайной погреынссти набирают массив повторных измерений ускорения сипы тяжести и вычисляют его среднее значение, Для определения систематической погрешности электронно- счетной схемы 9 из частоты дополнительного генератора 13 формируют преобразователем 12 псследовательность импульсов и подают на вход электронно-счетной схемь; 9 вместо сигнала, поступаю 10 щего с фотоэлектронного преобразователя 8. Пусть т 0 - частота меток времени, сформированных преобразователем 1 О, а 1 - частота импульсов, следуюс35 ших после пря)бразователя 12. Иэ сигнала с частотой т электронно-счетная схема формирует интервал измерения Т числом Й к периодов следования этого сигнала: Т=ИЯк.Пусть в интервале Т уложилось 11 О меток времени, следую 2 ших с частотой 0, т.е. измеренный ин-. тервал будет равен Тйо /о . Вследствие погрешности электронно-счетной схемы, равной Ь , будем иметь:"изм оо "к КВеличины 1, , и Мк - известны с вы - сокой точностью, значение 4 о - результат измерения, поэтомто к ко10 КДля определения систематической погрешности электроннол:четной схемы набирают массив изповторных измерений, накапливают их и усредняют устройством 15. Определенные таким образом систематические погрешности электронно-счетной схемы для первого и второго канала счета будут равныПГЪ- :- Я,-й , ;.Яй .-Я 1о к 1:и о к оьК 1=4 ОЭ ЬО1 2Ь =где Ч, й й, - результаты единичных измерений интервала Т соответственно по первому и второму интервалам.Подставив найденные значения а и М в формулу (2), можно уточнить измеренное значение ускорения силы тяжести.Для того, чтобы результат измерений не содержал просчетов, частоты о и к не должны превосходить частоту, ограничиваюшую быстродействие электронносчетной схемы. Кроме того, частоты Ъ ик не должны быть кратными,55 чтобы можно было уточнить погрешностьизмерения до величин, меньших дискретности счета. При этом условии в задаваемом,интервале измерения не будетукладываться целое исло периодов опорной частоты , и погрешность из-задискретности будет случайной величпюй,равномерно распределенкой в пределахинтервала квантования. След;.ательно,накоплением и усреднением некоторого заданного числа повторных измерений завремя в о раз превосходящее времясчета, мсжно выявить и определитьсхематическую погрешность, меньшуювраз погрешности дискретностисчета.Таким образом, достоинством предлагаемого устройства для измерений абср -лютного значения ускорения силы тяжести является повышение точности измерений до уровня, превосходяшего техническиеограничения, вносимые электронно-счетной схемой устройства,Формула изобретенияУстройство для измерения абсолютно -го значения ускорения с:-:-.ь; т.-.жестисодержашее уголковый отражатюь, опти -чески связанный с интерферометром,электронно-счетную схему, к которойподключены фотоэлектронный преобразователь сигналов интерферометра, схемауправления, электронный генератор сформирователем импульсов временивычислительное устройство, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с це,"1 ью повышения,точности, в нем установлен дополнительный электронный генератор с формирователем импульсов, подктпоченный кэлектронночетной схеме,Источники щормацч,. принятые во ваилание:ки экс е "ткэе1. Романюк В. А. Измерение абсоыо;- ного значения ускорен силы тяжестн. - СсосйМсЬе илс 1 5 еорЫвКсиЮзсЬе ЧегаЫЮсЬОЦе,йеЫ ЯеИ 3 О, 19 (Й2, Патент США3429184 кл. 73-382, опублик. 1969.3. Измерение абсолютного значения гравитационного ускорения, Ротапринт института автоматики и электрометрии СО АН СССР, 1972, с. 23 (прототип.750414 Составитель Ю. ЕвдокимовРедактор Т. Зубкова Техред М, Келемещ Корректор В. Бутяга Зака Филиал ППП Патент, г, Ужгород, ул. Проектная 645/36 Тираж 649 ЦНИИПИ Государственного по делам изобретений 113035, Москва, Ж, Рауш