Устройство для измерения параметров колебаний маятников

О П И С А Н И Е ( )935856ИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сфез СоветсиикСецидпиетнчееиирРеспублик(23) Приоритет 6 01 Ч 7/12 3 ЬеуааретваеыЯ кемктвт Сь ь.3 ф аа амам кзобретеккЯ и етарытвЯ(5 Й) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ МАЯТНИКОВ Изобретение относится к грави- метрии и может быть использовано при маятниковых измерениях ускорения силы тяжести.Известны устройства для фотографической регистрации колебаний маятников, содержащие осветительное устройство, передающую диафрагму, объектив, кварцевые генераторы, синхрон" ный двигательв обеспечивающие записьто колебаний маятников на фотопленку 11 Д.Недостаток этих устройств заключается в том, что они не обеспечивают достаточной точности регистра 5 ции колебаний маятников, а обработ,- ка пленок и фотограмм записи на них отличается большой трудоемкостьюНаиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения параметров колебаний маятников, содержащее осветитель, конденсор, объектив, фотоэлектрическое устройство, передающую диафрагму с тремя щелями, генератор импульсов с много-;разрядным счетчиком импульсов, формирователь импульсов считывания, соединенный с фотоэлектрическим устройством и посредством вентилей сзапоминающим устройством. Для определения периода колебаний маятникаиспользуют измеренный промежутоквремени между двумя прохождениямичерез среднюю щель приемной диафрагмы луча света, отраженного от зеркал маятников, для определения жеамплитуды измеряют промежуток времени между прохождениями этим лучомрасстояния между двумя дополнительными (крайними) щелями. При этом,когда определяют период, специальная шторка закрывает крайние щели,а, когда определяют амплитуду, шторка закрывает среднюю щель. В некоторых случаях разделение щелей осуществляется не при помощи шторок, а припри помощи электронного раэличителящелей, что ничего не меняет, так5856 4 3 93как и в этом случае определение амплитуды ведется независимо от определения периода и по тем же самым щелям 1:2 1.Однако при возросшей точностиизмерений недостаточно испольэоватьдля определения амплитуды толькодве щели, поскольку таким образомпринципиально определяется толькоприближенное ее значение. Кроме1 ого, раздельное определение амплитуды и периода не позволяет контролировать поведение амплитуды в процессе измерений периода, что снижает точность попрвеки за амплитуду.Кроме того, не обеспечивается возможность фильтрации короткопериодических помех, период которых меньше полупериода колебаний маятника(вибраций, микросейсм и т.д.), чтовлечет за собой значительное увеличение продолжительности измерений.Не обеспечивается также оперативныйконтроль положения средней щели относительно положения равновесия маятника, что приводит к усложнению аппаратуры в процессе измерений и, всвою очередь, увеличивает продолжительность измерений.Цель изобретения - повышение точности измерений и быстродействия.Поставленная цель достигается тем,что в устройстве для измерения параметров колебаний маятников, содержащем осветитель, конденсор, объектив,фотоэлектрическое устройство, передающую диафрагму с тремя щелями, генератор импульсов с многоразряднымсчетчиком импульсое, формировательимпульсов считывания, соединенныйс фотоэлектрическим устройством ипосредством вентилей с запоминающимустройством, передающая диафрагма,содержит дополнительные щели, а каждый разряд многоразрядного счетчикаимпульсов соединен с соответствующимвентилем.Наибольшая точность определенияпериода достигается при использованиищелей, находящихся в интервале, непревосходящем + 30 о по фазе от положения равновесия маятника, а наибольшая точность определения амплитуды - при использовании щелей, по возможности удаленных от положенияравновесия маятника. Совокупное использование всех щелей позволяет совместно и многократно определять есе параметры колебания маятника, т.е. 5 10 5 20 25 36 35 45 Я 55 значения периода, амплитуды, фазы инесимметрии, и с помощьа ЭВМ осуществлять Фильтрацию короткопериодических и длиннопериодических помех иливычислять параметры последних. Точность может быть дополнительно увели.чена при увеличении числа щелей напередающей диафрагме.На чертеже показана схема устройства,Устройство содержит источник1 света, конденсор 2, передающуюдиафрагму 3, поворотную призму М,объектив 5, оптическую систему 6маятникового прибора, приемную диафрагму 7, Фотоэлектрическое устройство8, высокостабильный генератор 9импульсов, М-разрядный счетчик 10импульсов, вентили 11, запоминающее устройство 12, Формирователь13 импульсов.Луч света, пройдя оптическую систему 6 маятникового прибора, пересекает щели на.приемной диафрагме 7 ивызывает на фотокатоде фотоэлектрического устройства 8 появление импульсов фототока относительно низкойчастоты, например порядка килогерца, Промежутки времени между этимиимпульсами заполняются высокойчастотой (например, 100 мегагерц)используемой для измерения укаэанных промежутков. Результаты измерений фиксируются запоминающим устройством 12, например, на магнитнойленте и вводятся в ЭВИ, выдающуюинформацию об искомых параметрахи значении силы тяжести, предварительно ею же отфильтрованном от помех.Для указанной цели импульсы с выхода высокостабильного высокочастотногогенератора 9, поступают на й-разрядный счетчик 10. Каждый разряд счетчика через вентили 11 соединен с запоминающим устройством 12. Управлениевентилями осуществляется импульсамисчитывания, появляющимися на выходеформирователя 13 при йоступлениина его вход импульсов с катода фотоэлектрического устройства 8.При каждом полном единичном колебании маятниКа на фотокатоде фотоэлектрического прибора 8 последовательно возникают 2 щ(е-число щелей)импульсов, на которых в формирователе 13 формируются импульсы считывания, открывающие на короткий промежуток времени вентили 11, При этомсодержимое всех разрядов передаетсяв соответствующие ячейки запоминающего устройства 12. Так как счетчик 10 непрерывно считает импульсы с выхода генератора 9, период следования которых известен то взяв 5 разность между двумя отсчетами, записанными в запоминающем устройстве 12, можно получить интервалы времени между моментами прохождения лучом света соответствующих щелей ди афрагмы и, задав соответствующую программу для ЭВИ, получить значения периодов амплитуд, фаз и несимметрии для единичных колебаний. Окончательное значение полного периода единиц ного колебания маятника получают как среднее весовое иэ значений, полученных по отдельным щелям в соответствии с выбранным алгоритмом фильтрации. Аналогично может быть щ получено значение амплитуды для каждого колебания маятника. В обоих случаях .можно считать амплитуду постоянной в пределах одного полного колебания. При желании можно уцесть 25 и ее затухание. Коэффициент затухания может быть получен весьма точно из сравнения амплитуд, относящихся к разлиЧным колебаниям в данной серии наблюдений. Точно также могут бь 1 ть вычислены параметры возмущающих ускорений. Иэ серии наблюдений охватывающих колебаний можно отфильтровывать или вычислять параметры возмущающих ускорений, периоды которых больше периода коле" баний маятника.Данное устройство для измерения параметров колебаний маятника позволит определить как несимметрию боковых щелей относительяо средней, так и меру несовпадения щелей с проекцией положения равновесия маятника на плоскость диафрагмы. Одновременно появляется возможность контролировать устойчивость прибора во время измерений, можно отделять собственно поправку за амплитуду от влияния конечной величины радиуса кривизны лезвия ножа маятника,В целомустройство, наряду с повышением точности, обеспечивает возможность существенного сокращения продолжительности измерений, применения маятников для определения гравиметрических пунктов низших классов вплоть до рядовых пунктов и, в то же время, использования их для измерений высшей точности, например для исследования приливных и неприливных измерений силы тяжести. Внедрение изобретения существенно облегчит выбор помещений для пунктов, снизив требования к уровню вибраций и других помех.Формула иэобретвнияУстройство для измерения параметров колебаний маятников, содержащее осветитель, конденсатор, обьектив, фотоэлектрическое устройство, передающую диафрагму с тремя щелями, генератор импульсов с многоразрядным счетчиком импульсов, формирователь импульсов считывания, соединенный с фотоэлектрическим устройством и посредством вентилей с запоминающим устройством, о т л и ц а ющ .е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия передающая диафрагма содержит дополнительные щели, а каждый разряд многоразрядного счетчика импульсов соединен с соответствующим вентилем.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРИ 17 З 4 З 5. кл. С 01 Ч 7/12, 1965.2. Трудыцентрального научноисследовательского института геодезий, аэросъемки и картографии,Вып. 159, М., "Недра", 1964.с 61-77 (прототип).935856 филиал ППП Мат г. Ужгород,ул П ная,4 ИИПИраж каз 4203/47 Подписное