Гравиметр

. Веряскин Московский ордена Ленина, ордена Октябрьск и ордена Трудового Красного Знамени госудауниверситет им. М. В. Ломоносова еволюцнинный- (84) ГРАВИМЕТР яж иэеи,енныпри нс тяжест Изобретение относится к гравиметрни, именно к статическим гравиметрам для говременных измерений вариаций силы Известны гравиметры, в которых в качестве чувствительного элемента исполь эуется сверхпроводящая сфера, а вместо обычной механической пружины используется магнитное. поле двух, или более короткоэамкнутых сверхпроводящих соленоидов. Сверхпровоаящая сфера находится во взвешенном состоянии, когда выталкивакь , щая сила, действующая на нее со стороны магнитного поля, компенсирует силу тяжести так, что мерой изменения последней служит отклонение сферы от полож15ния равновесия 13. Недостатком известных устройств явяется необходимость тщательного иэгооапения чувствительного элементаверхпроводящей сферы, так как малые отклонения от сферической формы приводятдействию дополнительных моментов снл,что ведет к повышению уровня собственных шумов црнбора.Известен также гравиметр, содержащий чувствительный элемент, выполненный из сверхпроводящего материала, электромагнитную систему подвеса, арретируюций механизм и отсчетное устройство, в котором установлен изготовленный иэ сверхпроводящего материала стакан с продольными вырезами, в гектором размещен чувствительный элемент, выполненный в форме кольца и снабженный электропроводящим вкладышем. Кольцевой чувствительный элемент.;подвешивается в магнитном поле короткоэамкнутого сверхпроводящего соленоида, ось которого совпадает с осью симметрии чувствительного элемента, причем силой, компенсирующей действие силы тяжести, является сила притяжения между сверхпроводящим сопеноидом и кольцевым чувствительным элементом, ГИ.Однако в условиях долговрем х мерений, которые необходимыдованнн вековых эариаций силыНа чертеже представлена блок-схемапредлагаемого устройства,Гравиметр содержит сверхпроводящийчувствительный элемент - цилиндрическоекольцо 1, сверхпроводящий пьедестал 2,эааающий соленоид 3, выполненньй иэ 55 новостные устройства обладают ноаостаточной стаб 1 цьностью магнитного подвеса, что приводит к заметному дрейфунуль-пункта гравиметра. Например, в условиях работы гравиметра, наблюдаемыйдрейф положения чувствительного элемента в поддерживающем магнитном лоле соответствует относительному изменениюускорения силы тяжестибф/ ъ 5 х 10-91/ч, Основным источником наблюдаемой йестабильности магнитного поавеса чувстви-тельного элемента является уменьшениесо временем величины тоха,циркулирующего в короткозамкнутых поддерживающихкатушках. Возможным ме. анизмом приво-аящим к спаду тока, является частичноепроникновение магнитного поля в материал сверхпровоаящей проволоки, образующей катушку, которое происходит при вели-,чине напряженности магнитного поля,превышающей нижнее критическое эначейиеН, определяющее границу эффекта Мейоснера для сверхпроводников второго рода.Для реально используемого материалАмотки поддерживающих катушек величина;.Нявляется относительно малой, так чтоэффективный режим работы магнитного подвеса у известных устройств обеспечивается в магнитных полях с напряженностьюННРежим работы с ННсможетсущественно повысить стабильность магнитного поавеса чувствительного элемента, однако при этом повысится эффективная жесткость "магнитной .пружины", чтоприведет к снижению достигнутой чувствительности известных устройств.Целью изобретения является повышениестабильности магнитного подвеса чувствительного элемента.Иель достигается тем, что в гравиметре, содержащем чувствительный элемент,выполненный в виде сверхпроводящего кольца с циркулирующим по нему током, систему магнитного подвеса, систему регистрации смешения чувствительного элемента45иэ положения равновесия, магнитные экраны, система ма 1 нитного подвеса выполне. на в виде сверхпроводящего пьедестала вформе цилиндров различных радиусов, причем цилиндр меньшего радиуса находится50внутри кольца,сверхпровоаящий трансформатор потока 4магнитометр 5, сверхпроводящие магнитные экраны 6 и 7 и магнитный экран 8,выполненный иэ материала с высокой магнитной проницаемостью,Гравиметр работает следующим образом.Чувствительный элемент - сверхпроводящее цилиндрическое кольцо 1 - помещается над сверхпроводящим пьедесталом 2таким образом, чтобы ось кольца совпа -дала с осью симметрии пъеаестала,причем цилиндр меньшего радиуса находитсявнутри кольца 1. Затем по обмотке задающего соленоида 3, расположенного симметрично относительного положения чувствительного элемента 1, пропускается постоянный ток, величина которого выбирается такой, чтобы напряженность магнитного поля внутри соленоида 3 была меньше, чем Н аля материала чувствительного элемента 1 и пьедестала 2, для рабочего интервала температур. Затем всеустройство охлаждается до рабочей температуры. Так как критическая температураматериала кольца 1 выше, чем критическая температура материала пьедестала 2,последний, в момент перехода кольца 1 всверхпроводящее состояние, остается внормальном состоянии. При этом магнитный поток, созданный в отверстии кольцазадающим соленоидом 3, захвачен в томсмысле, что его величина равна ф:фгде фо= 2 ъ 10 Гссм- квант магни 1-7ного потока; и - целое фиксированноечисло (11), Затем, при достижениитемпературы, меньшей критической температуры пьедестала 2, последний такжепереходит в сверхпроводящее состояние.При этом, в силу эффекта Мейсснера, магнитное лоле выталкивается из объемапьедестала 2. Однако, так как магнитныйлоток в отверстии сверхпроводящего кольца 1 измениться не может, он должен полностью пройти через кольцевое отверстиемежду нижним торцом кольца 1 и поверхностью пьедестала 2. При этом на сверхпровоаящее кольцо 1 действует выталкивающая сила, направленная вертикальновверх, что приводит к подъему кольца 1над поверхностью сверхпроводящего пъедестала 2, осуществляя тем самым магнитный подвес чувствительного элемента1. После этого питание обмотки задающего соленоида 3 выключается и внешнеемагнитное лоле вблизи кольца 1 исчезает.При этом в кольце 1 будет наведен сверхпроводящий незатухающий ток которыйбудет поддерживать заданное значение ма8 В 16 ким образом обеспечивается автономный, независящий от внешнего источника, ре жим магнитного попвеса сверхпроводящего чувствительного элемента 1, в отличие от известных гравиметров, стабильность которого будет определяться постоянством магнитного потока в отверстии кольца 1, при достаточно хорошем экранировании от внешних магнитных попей. Это осущесч вляется с помощью сверхпроводящих мвг О нитных экранов 6 и 7 и экрана 8, выпол-ненного иэ материала с высокой магнитной лроницаемостью. При этом оказывается возможным осуществить режим абсолют. ной устойчивости состояния сверхпровоаящего кольца 1 с эехваченным магнитным потоком, в том смысле, что значение магнитного потока в отверстии кольца 1 будет строго фиксированным числом, не зависящим от времени. 20Рааивльнвя жесткость чувствительного элемента 1 обеспечивается наличием сил отталкивания между:цилиндром меньшего радиуса сверхпроводящего пьедестала 2. находящегося внутри кольца 1, и внутрен ней поверхностью последнего, за счет выталкивания магнитного поля, силовые линии которого изображены на чертеже.Таким образом, изменение ускорения силы тяжести в месте расположения чув- Зе ствительного элемента 1 приведет к смещению его центра масс вдоль оси симметрии устройства.Регистрация смещения чувствительного элемента 1 под влиянием переменной си- ,з лы тяжести осуществляется непосредственным измерением градиента магнитного потока вблизи оси сммметрии устройства, созданного циркулирующим по сверхлровоаяшему кольцу 1 незатухающим током.Из- й мерение осуществляется с помощью сверх 43 6проводящего трансформаторного потока 4, связанного с магнитометром 5 тила 5 Я 13.Рассчитанна чувствительность прибора при оптимальном режиме работы состав ляет(ьс 4 (ХIЛ Р )- 2 х 10 (1 Тц").Таким образом, предлагаемый гравн-метр при той же чувствительности что и у известных устройств, может облапать практически абсолютной стабильностью магнитного подвеса чувствительного элемента, что делает возможным наблюдение вековых вариаций силы тяжести в режиме долговременных измерений,Формула изобретения Гравиметр, содержащий чувствительныйэлемент, выполненный в виде сверхпроводящего кольца с циркулирующим ло немутоком, систему магнитного лопвеса, систему регистрации смещения чувствительного элемента иэ положения равновесия,магнитные экраны, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения стабильности магнитиогопопвеса чувствительного элемента, система магнитного лоавеса выполнена в виде сверхпроводящегопьедестала в форме цилиндров различныхрадиусов, причем цилиндр меньшего радиуса находится внутри кольца.Источники информации,.принятые во внимание при экспертизе1. Патент США Ж 73-382,Ж 3449986, 1979.2. Авторское свидетельство СССРМ 642664, кл. С 011 7/02, 1979(прототип).Е, Рою Составителт А. ЧупруноРедактор М, Погоридяк Техред А. Бабинвц К ре снов а4/5 лнлл ПИ 1 "Плодит" г. Учг лгюл нфт Пглодлоасзл 3 9964 И 8 .ТиражВНИИПИ Государственного хпо дедам иэобретений и о3035, Москва, Ж, Рауш 735омитета СССкрытийскан наб