Гравитационный вариометр

 

ГРАВИТАЦИОННЫЙ ВАРИОМЕТР, содержащий герметизированный корпус, в котором расположен чувствительный элемент, выполненный в виде рычажного коромысла с первым зеркалом, закрепленного на подвесе, узел обратной связи с согласую1цим устройством , первое фотоэлектрическое устройство , состоящее из первого осветителя и первого дифференциального фотоэлемента, связанное с первым зеркалом чувствительного элемента., .и регистратор, отличающи йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей вариометра путем одновременной регист первой, вторых производных гравитационного потенциала и изменений наклона земной поверхности, подвес чувствительного элемента выполнен в виде вертикально расположенного стержня «с закрепленным на его верхнем конце шариком из магнито мягкого железа, к нижнему концу зеркала чувствительного элемента прикреплен вертикальный экран с отверстием в центре, на одной прямой с центром экрана с одной его стороны установлен второй осветитель, а с другой - второй дифференциальный фотоэлемент, через согласующее уст (Л ройство связанный с регистратором и узлом обратной связи, который вы с полнен в виде магнитной катушки, в центре которой расположен шарик из магнитомягкого железа, в нижней части чувствительного элемента установлено двухкоординатное фотоэлектри-. ческое устройство, состоящее из горизонтального экрана с отверстием по центру, с одной стороны которого она вертикальном стержне закреплен ю третий осветитель, а с другой - двухкоординатный дифференциальный фотоэлемент , связанный с регистратором.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ЗЮС01U710

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ :., К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3538913/18-25 (22) 14. 01.83 (46) 23.09.84, Бюп. ¹ 35 (72) Д. Г. Гриднев, В.А. Кузиванов, И.И. Науменко — Бондаренко, В.М. Новоселицкий, IO.П.Петров, 10.Н.Смирнов, А.Г.Фунтиков и N.Ñ.×àäàeâ (71) Институт физики Земли им. О.Ю.Шмидта (53) 550.380.87 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 332408, кл. G 01 V 7/10, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР № 557341, кл. G 01 U 7/10, 1976 (прототип) . (54) (57) ГРАВИТАЦИОННЫЙ ВАРИОМЕТР, содержащий герметизированный корпус, в котором расположен чувствительный элемент, выполненный в виде рычажного коромысла с первым зеркалом, закрепленного на подвесе, узел обрат ной связи с с огласующим устр ойством, первое фотоэлектрическое устройство, состоящее из первого осветителя и первого дифференциального фотоэлемента, связанное с первым зеркалом чувствительного элемента., .и регистратор, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расшире„, з О „„11ljQQ3A ния функциональных возможностей вариометра путем одновременной регист" рации первой, вторых производных гравитационного потенциала и изменений наклона земной поверхности, подвес чувствительного элемента выполнен в виде вертикально расположенного стержня с закрепленным на

его верхнем конце шариком из магнито-. мягкого железа, к нижнему концу зеркала чувствительного элемента прикреплен вертикальный экран с отверстием в центре, на одной прямой с центром экрана с одной его стороны установлен второй осветитель, а с другой — второй дифференциальный фотоэлемент, через согласующее устройство связанный с регистратором и узлом обратной связи, который выполнен в виде магнитной катушки, в центре которой расположен шарик из магнитомягкого железа, в нижней части чувствительного элемента установлено двухкоординатное фотоэлектри-. ческое устройство, состоящее из горизонтального экрана с отверстием по центру, с одной стороны которого на вертикальном стержне закреплен третий осветитель, а с другой — двух координатный дифференциальный фотоэлемент, связанный с регистратором.

002

1 1115

Изобретейие относится к геофизи- ческому приборостроению и предназначено для высокоточных измерений первой и вторых производных гравитационного потенциала. 5

Из в ес т е í гра вита цио нный вари ометр, содержащий упругую кварцевую систему, состоящую из двух чувствительных элементов, кащцый из которых выполнен в виде равноплечего ры- 10 чага, подвешенного на вертикальном торсионе, устройство компенсации и поворота чувствительного элемента, выполненное в виде горизонтальных ! и вертикальных пружин, связанных ,через микровинт и упругие нити на дополнительной рамке с равноплечим рычагом, устройство регистрации f1).

Применение нижних нитей подвеса равноплечего рычага в данном приборе-приводит к уменьшению чувстви. тельности вариометра, а наличие упругого астазирования — к нелинейности показаний вариометра. Кроме того, прибор позволяет измерять производ- 25 ные только в статическом режиме, что в ряде случаев является недостаточным.

Наиболее близким к изобретению является гравитационный вариометр, со- Зо держащий герметизированный корпус, в котором расположен чувствительный элемент, выполненный в виде рычажного коромысла с первым зеркалом, закрепленного. на подвесе, узел об35 ратной связи с согласующим устройством, первое фотоэлектрическое устройство, состоящее из первого осветителя и первого дифференциального фотоэлемента, связанное с первым зер-4 калом чувствительного элемента и регистратор. 12).

Недостатком известного вариометра является нестабильность пьезоэлементов, приводящих к дрейфу нульпункта прибора.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей вариометра путем одновременной регистрации первой, вторых производ- 50 ных гравитационного потенциала и изменений наклона . земной поверхности

Поставленная цель достигается тем, что в гравитационном вариомет- 55 ре, содержащем герметизированный корпус, в котором расположен чувствительный элемент, выполненный в виде рычажного коромысла с первым зеркалом, закрепленного на подвесе, узел j обратной связи с согласующим устройством, первое фотоэлектрическое устройство, состоящее из .первого осветителя и первого дифференциального фотоэлемента, связанное с первым зеркалом чувствительного элемента, и регистратор, подвес чувствительного элемента выполнен в видевертикально расположенного стержня с закрепленным на его верхнем конце шариком из магнитомягкого

l железа, к йижнему концу зеркала чув= ствительного элемента прикреплен вертикальный экран с отверстием в центре, на одной прямой с центром экрана с одной его стороны установлен второй осветитель, а .с другой — второй дифференциальный фотоэлемент, через согласующее устройство связанный с регистратором и узлом обрат ной связи, который выполнен в виде магнитной катушки, в центре которой расположен шарик из магнитомягкого железа, в нижней части чувствительного элемента установлено двухкоординатное фотоэлектрическое устройство, состоящее из горизонтального экрана с отверстием по центру, с одной стороны которого на вертикальном стержне закреплен третий осветитель,,а с другой — двухкоординатный дифференциальный фотоэлемент, связанный с регистратором.

На чертеже показан гравитационный вариометр, общий вид .

Вариометр включает герметический корпус (не показан), узел обратной связи в виде магнитной катушки 1, чувствительный элемент, выполненный в виде вертикально расположенного стержня 2, на верхнем конце которого симметрично его оси закреплен шарик 3, изготовленный из магнитомягкого материала, а на нижнем его конце также симметрично оси прикреплено зеркало 4 фотоэлектрического узла регистрации положения чувствительного элемента. На стержне 2 закреплено симметрично относительно его оси коромысло 5 с грузами на его концах °

Фотоэлектрический .узел регистрации положения чувствительного элемента, кроме зеркала 4, состоит из лампы осветителя 6, дифференциальных фотодатчиков 7„ регистратора 8, а

1115002 также жестко скрепленного с зерка лом 4 вертикального экрана 9 с отверстием 10 по центру с одной стороны экрана 9 расположен осветитель

11, а с другой — дифференциальный фотодатчик 12. Кроме того, фотоэлектрический узел включает горизонтальный экран 13 с круглым отверстием 14, который с помощью стоек 15 жестко скреплен с экраном 9. симметрично оси 10 стержня 2. С одной стороны экрана

13 расположен осветитель 16, а с другой — координатно-чувст вит ел ьный фотодатчик 17. Для обеспечения стабилизации положения чувствительного 11 элемента по вертикали предусмотрен узел обратной связи с согласующим устройством 18. Выходы фотодатчиков

12 и 17> как и выход фотодатчика 7, подключены к регистратору 8. 20

Гравитационный вариометр работает следующим образом.

На пункте наблюдения прибор выставляется по уровням в вертикальное положение, затем включается элек-25 трическое питание ламп осветителей б, 11 и 1б, регистратора 8 и магнитной катушки 1 ° В результате взаимодействия шарика 3 с электромагнит ным полем катушки 1 чувствительный элемент зависает в некотором положении. Изменением электрического питания в цепи электромагнитной системы катушки 1 добиваются такого положения чувствительного элемента, 35 при котором фототок фотодатчика 12 равен нулю. После этого прибор выставляется таким образом, чтобы фототок фотодатчика 17 также бып равен нулю.

Выполнив перечисленные операции, при-40 бор является подготовленным к непрерывной регистрации первой и вторых производных гравитационного потен— циала, а также изменений угла между отвесной линией и земной поверхностью.

При изменении ускореиия силы тя. жести чувствительный элемент прибора и экран 9 совмещаются относительно осветителя 11 и фотодатчика 12, что приводит к появлению разностного фототока. Подключенное к фотодатчику >

12 согласующее устройство 18 обеспечивает подачу в магнитную катушку

1 компенсирующего электрического сигнала, величина которого регистрируется регистратором 8 и одновременно является мерой изменения ускорения силы тяжести.

При изменении вторых производных гравитационного потенциала происходит угловое смещение чувствительного элемента. Зеркало 4 чувствительного элемента разворачивается на некоторый угол, что приводит к перераспределению светового потока на фотодатчике

7 и изменению электрического сигнала в его цепи. Величина изменения сигнала пропорциональна изменению поля вторых производных гравитационного потенциала.

При наклоне зел1ной поверхности .нижний конец чувствительного элемента смещается относительно корпуса прибора, всегда занимая положение отвеса. При этом смещается экран 13, происходит перераспределение светового потока и появление в цепи фо;тодатчиков 17 разностного электри ческого сигнала по двум взаимноперпендикулярным осям.

Таким образом, обеспечивая регистрапию положения чувствительного элемента, предлагаемый прибор позволяет одновременно производить измерение первой и вторых производных гравитационного потенциала, а также наклонов земной поверхности, следовательно, является прибором многоцелевого .назначения, что выгодно отличает его от известных гравитаци- онных вариометров.

Эталонирование предлагаемого при бора производится известным способом эталонирования гравитационного вариометра, гравиметра и наклономера.

Положительный эффект от использования предлагаемого изобретения обусловлен одновременным измерением первой и вторых производных грави тационного потенциала, а также изме нений наклона земной поверхности одним датчиком.

1115002

Составитель В.Федоров

Редактор И. Шулла Техр ед А.Ач Корректор ГАгар

Заказ б765/33 Тираж 710 П одпис н ое

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4