Гравиметр для измерения ускорения силы тяжести

Фа Х Н %. ЕС 1 ВЕКтот ги Союз Советских ОП ИСАНИ ИЗОБРЕТЕН И К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ в 77570 Социалистмческ Республик е(5 )М, Кл. 23993/186 01 Ч 7/02 присоединением заявки 111 длрстеееэк квмктет 23) Пркориг елам лзобретенкй к юткрыткй публк ано 30,10.80. Бюллетень .% 3) УЛК 550 8Дата бликования онисакня 10,11.80 Г. Гриднев, Г. О. Крылов, В. А. Кузиванов,1. И. Науменко-Бондаренко, В. Н. Стадниченко и С. П. Фомин 2 Авторыобретени емли им. О. Ю. дена Ленина институт(71) Заявктел ГРАВИМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕН СИЛЫ ТЯЖЕСТИКОРЕ НИЯ е в циальмешают Изобретение относится к области г физики, в частности, к устройствам для измерения ускорения силы тяжести на подвижном основании.Известны гравиметры для измерения ускорения силы тяжести на подвижном основании, содержащие чувствительный элемент, выполненный в иде горизонтал ного маятника, подвешенного на горизо тальных упругих нитях, термостат, фотоэлектрический преобразователь, регистратор, Для уменьшения влияния инерных ускорений на маятник его разв демпфируюшей жидкости 11Наличие сильного демпфирования чувствительного элемента приводит к увеличению времени переходного процесса прибора и к значительному искажению амплитудно-фазовой характеристики сигнала. Кроме того, эти гравиметры харак теркзуются большим смещением нуль- пункта, достигающим 2-3 мгл. в сутки. Перечисленные факторы приводят к уме шению точности измерения,Известны гакже гравиметры, содержащие металлический чувствительныйэлемент, выполненный в виде горизонтального маятника, подвешенного на горизонтальном упругом подвесе, измерительную5и главную пружины, электромагнитныйдемпфер, фотоэлектрический преобразоь- ватеаь, термастат, регистратор 21.При высокой аппаратурной точности 1 Оэтим приборам также присущи амплитудно-фазовые искажения сигнала.Наиболее близким техническим решением к предложенному является кварцевый гравиметр, содержащий горизонтальный маятник на упругих нитях, помещенный в демпфируюшую жидкость, главнуюи измерительн.ые пружины, фотоэлектрический преобразователь, термостат, устройство обратной связи, регистратор3, 41.Благодаря обратной связи в прибореуменьшены систематические погре 1 цности,обусловленные влиянием горизонтальныхи вертикальных ускорений, Однако в этом3 77 гравиметре, как и в вышеупомянутых, наблюдаются больше амплитуднофазовые искажения сигнала. Кроме того, нуль пункт этих приборов, как правило, не менее 2 мгл в сутки.Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения дрейфа нульпункта гравиметра, амплитудно-фазовых искажений сигнала и влияния вертикальных инерциальных усксрений.Поставленная цель достигается тем,что в чувствительную систему введеныюстировочный винт с упругой пружиной идополнительная упругая система, состоящая из горизонтально расположенногомаятника, подвешенного в монтажной рамке, соединенной с основанием системы нагоризонтальных упругих нитях и связанного с юстировочным винтом пбсредствомупругой пружины винта, при этом чувствительная кварцевая система и дополнительная упругая система связаны между собойглавной пружиной так, что один конецпружины жестко закреплен на рычагекварцевой системы с той же стороны относительно нитей подвеса, с которой находится центр масс маятника этой системы,а второй конец закреплен на рычаге дополнительной системы, который являетсяпродолжением маятника дополнительнойсистемы и расположен относительно нитейподвеса с противоположной центру массмаятника стороны,Предлагаемый гравиметр показан на чертеже.Сй содержит маятник 1 чувствительной системы, нити 2 подвеса маятника чувствительной системы, измерительную рамку 3 чувстительной системы, рычаг 4 диапазонной пружины, диапазонную пружину 5, диапазонный винт 6, рычаг 7 измерительной пружины, измерительную пружину 8, микрометренный винт 9 отсчет- ного устройства гравиметра, нити подвеса 10 измерительной рамки, монтажную рамку 11 чувствительной системы, основание 12 системы, рычаг 13 главной пружины, соединенный с маятником чувствительной системы, главную пружину 14, маятник 15 дополнительной системы, монтажную рамку 16 дополнительной системы, нити 17 подвеса маятника дополнительной системы, юстировочный винт 18, юстировочную пружину 19, рычаг 2 О главной пружины, связанный с маятником дополнительной системы, осветитель 21, зеркало 22 маятника чув 5703 4ствительной системы, фотоприемник 23, регистратор 24,Гравиметр работает следующим образо меСветовой поток лампы осветителя 21,отражаясь от зеркала 22, падает на фстоприемник 23. В цепь фотоприемникавключен регистратор 24, При горизонтальном положении маятника 1 световой поток расположен на составляющих фотоприемника симметрично относительно линии раздела, в цепи фотоприемника электрический ток равен нулю и регистраторзапишет прямую линию. При отклонениимаятника от горизонтального положения в цепи фотоприемника появится ток соответстующего знака и величины, что и будет зафиксировано на регистраторе.Как видно из чертежа, чувствительнаяи дополнительная системы работают навстречу друг другу поэтому при изменении ускорения силы тяжести гравиметр будет регистрировать разностной эффект этого изменения. Исходя из этого положенияпри изготовлении системы гравиметра необходимо задать большую угловую чувствительность основной 1 чувствительной) системе и малую угловую чувствительность дополнительной системе к измерению ускорения силы тяжести с тем, чтобы разностной эффект изменения ускорения силы тяжести оставался значительным,Как известно дрейф нульпункта гравиметра зависит от величины деформации упругих элементов - чем больше деформация, тем больше дрейф нульпункта. Поэтому при изготовлении системы гравиметра необходимо задать малую деформацию упругим элементам основной системы (главной пружине) большую деформацию упругим элементам дополнительнойсистемы (ее нитям подвеся) с таким расчетом, чтобы разностный дрейф нульпункта системы гравиметра был близким к нулю.Несмотря на то, что разностный дрейфнульпункта системы гравиметра будет близким к нулю, каждая из систем (основная и дополнительная) будут иметь свой дрейф нульпункта. Дрейф нульпунктаосновной системы будет постоянно компенсироваться дрейфом нульпункта дополнительной системы. При этом маятник основной системы будет все время находиться в горизонтальном положении (при ц. -кзменном ускорении силы тяжести), нмаятник дополнительной системы буптпостепенно отклоняться вниз. Поз гсн 1 усо времене м маятник дополнительной системы отклонится от положения минимума чувствительности к наклону. Припомощи пружины 19 и винта 18 маятникдополнительной системы приводится в горизонтальное положение, а рассогласование при этом системы гравиметра устра- .няется при помощи пружин 5, 8 и винтов6, 9.Если дрейф нульпунктв системы грввиметра положительный (маятник основнойсистемы отклоняется вниз), необходимоувеличить угол закручивания нитей 17.Подбирая угол закручивания нитей 17,можно полностью исключить дрейф нуль 1пункта грави метра.Под действием инерцивльных ускорений оба маятника будут совершать синхронные колебания. Сцнако наличие упругой пружинной связи между ними будет 20приводить к ослаблению амплитуд их отклонения, Подбирая моменты инерции маятников 1 и 15 и моменты, создаваемыеглавной пружиной 14, можно добитьсятакого положения, что для основного 25периода (например 6) возмущающих вертикальных инерцивльных ускорений ихвлияние на систему гравиметрв будетблизким к нулю. Для других периодов возмущающих ускорений их влияние нв по- ЗОквзания грввиметра также будет значительно уменьшено (чем ближе период возмущающих ускорений к основному, темлучше будет исключаться их влияние напоказания гравиметра),Маятники системы грввиметрв слабодемпфироввны и это обстоятельство позволит значительно уменьшить амплитуднофазовые искажения сигналаТемпературная компенсация макетагрввиметра осуществлялась методом юменения плеча маятника основной системы. Период собственных колебаний маятника основной системы был равен 6, с,дополнительной - около 0,5 с. Угол закру-чиввния нитей подвесв маятника дополнительной системы был равен 70 О их длина равна 10 мм, диаметр около 40 мк. Главная пружина имела 20 витков диаметрпружины равен 11 мм. Шлг навивки пружины 0,5 мм, растяжение пружины равно 70 мм.Исследовля показали, что предлагаемый гранметр мает азгачительныйщъейф нульпуктл н рееаюцй0,01-0,03 мгл в сутки. Причем дрейфбыл знакоп.реме,м, что ложо объяснить екотор,м ол.баями температурь гяутри р л. Гу.,мй дрейф нульпункта грввиметра за месяц составил -0,2 мгл.формула изобретенияГравиметр для измерения ускорениясилы тяжести, содержащий корпус, чувствительную кварцевую систему, состояшую иэ маягяика с зеркалом, подвешенного на горизонтальных нитях в измерительной рамке, снабженной измеритель ной и диапвзонной пружинами и закрепленной на горизонтальных нитях в монтажной рамке, главную пружину, фотоэлектрический преобразователь, термоствт, отсчетное устройство и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения эа счет уменьшения дрейфа нульпункта гравиметрв, амплитудно-фазовых искажений сигнала и влияния вертикальных инерциальных ускорений, в чувствительную систему введены юстировочный винт с упругой пружиной и дополнительная упругая система, состоящая из горизонтвл.но расположенного маятника, подвешенного в монтажной рамке, соединенной с основанием системы, на горизонтальных упругих нитях и связанного с юстировочным винтом посредством упругой пружины винта, при этом чувствительная кварцевая система и дополнительная упругая система связаны между собой главной пружиной так, что один конец пружины жестко закреплен на рычаге кварцевой системы с той же стороны относительно нитей подвеса, с которой находится центр масс маят ника этой системы, а второй конец закреплен на рычаге дополнительной системы, который является продолжением маятника дополнительной системы и рвс- положен относительно нитей подвеса с противоположной центру масс маятника стороны.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Веселов К. Е., Свгитов М. У.Гравиметрическая разведка, Недра,1968, с. 109-212,2. Патент США Ию 3583.225,кл. 73-382, 1965.3. Авторское свидетельство СССР775703 Составитель А. ЧупруноваРедактор Н. Коляда Техред Е.Гаврв 1 еако Корректор Г. Решетннк Подписное филиал 11 ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 3 аказ 77 59/б 1 Тираж 649ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам юобретений и открьтий113035, Москва, Ж, Раушская наб. д. 4/5