Устройство для измерения ускорения силы тяжести

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНА УСКОРЕНИЯ СИПЫ ТЯЖЕСТИ, содержащее желобковую поверхность качения и сферическую массу, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности и производительности, уменьшения габаритов, профиль желобковой поверхности имеет форму, описываемую параметрическим уравнением ;Х--о(ср-51пчЬг С06 Cf|2, (l-co9tp) (fl2 , где V , Ч текущие координаты профиля желобковой поверхности; 01 - радиус образующей циклоиду окружности; ( - радиус сферической массы, ( - угловой параметр, определяющий текущую точку на циклоиде, кроме того, устройство дополнительно содержит блок совмещения оси симметрии образующей поверхности качения ,с линией отвеса, включающий в себя вертикальный маятник, масса которого (Л одновременно является экраном, расположенным лерпендикулярно оси маятника , причем по центру экрана отверстие , с одной стороны которого смонтирован осветитель, а с другой - коордш атно-чувствительный фотодатчик, жестко связанные с корпусом прибора, маятник блока совмещения, осветитель, фотодатчик и желобковая поверхность во время измерения имеют общую ось симметрии.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

8(59 01 Ч ?/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OYHPHTMA (21) 3514022/24-25 (22) 23.11.82 (46) 30.12.84. Бюл. 11- 48 (72) Д.Г.Гриднев, В.А.Кузиванов, И.И.Науменко-Бондаренко, Ю.Н.Смирнов и А.В.Черныпев (71) Институт физики Земли им. 0.10.Шмидта (53) 550.831.531.5(088.8) (56) 1. Веселов К.Е., Сагитов М.У.

Гравиметрическая разведка. И., "Недра", 1968, с. 195-208.

2. Гравиразведка. Под ред. Е.А.Иудрецовой. М., "Недра", 1981, с. 26-28.

3. Берман Г.Н. Циклоида. H., "Нау-. ка", 1980, с. 94-96 (прототип).. (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ, содержащее желобковую поверхность качения и сферическую массу, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повьппения точности и производительности, уменьшения габаритов, профиль желобковой поверхности имеет форму, описываемую . параметрическим уравнением .

„„ЯЦ„„1132275 A

К=О (Ц-51А Ц j-г со5 (f(2 )""О(1-cos Ц>) t>5in Ц /2, где Х, ) — текущие координаты профиля желобковой поверхности;

0 — радиус образующей циклоиду окружности — радиус сферической массы; угловой параметр определяющий текущую точку на циклоиде, кроме того, устройство дополнительно

:содержит блок совмещения оси симметрии образующей поверхности качения .с линией отвеса, включающий в себя Ж вертикальный маятник, масса которого одновременно является экраном, расположенным терпендикулярно оси маят- ( ника, причем по центру экрана отверстие, с одной стороны которого смонтирован осветитель, а с другой — координатно-чувствительный фотодатчик, жестко связанные с корпусом прибора, маятник блока совмещения, осветитель, фотодатчик и желобковая говерхность во время измерения имеют общую ось симметрии.

113227 S

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и предназначено для измерения ускорения силы тяжести.

Известно устройство для измерения ускорения силы тяжести, содержащее вертикальный маятник, механизм его запуска, датчик угловых отклонений и регистратор. Это устройство нашло применение в геофизике и геодезии (1). 10

Однако точность регистрации этим прибором ограничивается прежде всего неизохронностью его колебаний. Кроме того, прибор довольно громоздкий.

Известно также устройство для абсолютных измерений ускорения силы тяжести, содержащее пробное тело, вакуумную камеру, механизм бросания пробного тела, измеритель параметров перемещения пробного тела в пространстве, регистратор времени. Устройство применяется для прецизионных измерений ускорения силы тяжести, что достигается путем многократных бросаний пробного тела. Обычно серии 25 измерений составляют не менее 100 бросков, среди которых отдельные выбросы измерений достигают 3 и более миллигал,(Q

Однако устройство очень громоздко

30 и может применяться только в хорошо оборудованных лабораторных помещени- ях и требует большого во времени объема подготовительных операций по его наладке и настройке.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения ускорения силы тяжести, содержащее желобковую поверхность качения и сферическую массу )3) .

Недостатком данного устройства является его неудовлетворительная изохронность колебаний. В реальном случае любая сферическая масса является телом конечных размеров (т.е. радиус сферической массы отличен от

45 нуля). И чтобы ее центр тяжести при качении описывал циклоиду, необходимо, чтобы поверхность качения имела в этом случае специальный про- филь, сечение которого не будет циклоидой. Расчеты показывают, что отклонение центра масс от циклоиды примерно на 0,1 микрона приводит к погрешности измерений ускорения силы тяжести уже порядка одного миллигала 5

Цель изобретения — повьппение точности и производительности, уменьшение габаритов.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения ускорения силы тяжести, содержащем желобковую поверхность качения и сферическую массу, профиль желобковой поверхности имеет форму, описываемую параметрическим уравнением х =а(су-sing b-р co q(z =О(1 со9 p)ФГ Siп /f2 где х и ь — текущие координаты профиля желобковой поверхности;

0 — радиус образующей циклоиду окружности, — радиус сферической ма сы; — угловой параметр, определяющий текущую точку на циклоиде, кроме того, устройство дополнительно содержит блок совмещения оси симметрии образующей поверхности качения с линией отвеса, включающий в себя вертикальный маятник, масса которого одновременно является экраном, расположенным перпендикулярно оси маятника, причем по центру экрана выполнено отверстие, с одной стороны которого смонтирован Осветитель, а с другой— координатно-чувствительный фотодатчик, жестко связанные с корпусом прибора, маятник блока совмещения, осветитель, фотодатчик и желобковая поверхность во время измерения имеют общую ось симметрии..

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит желобковую профильную поверхность 1 качения, сферическую массу 2, центр 3 тяжести которой при качении описывает циклоидальную кривую 4, датчик 5 перемещения, блок 6 запуска, вертикальный. маятник 7, горизонтально расположенный экран 8 с отверстием 9, осветитель. 10, координатно-чувствительный фотодатчик 11, регистратор 12, ось 13 симметрии.

Принцип действия предлагаемого устройства заключается в следующем.

При перемещении центра 3 тяжести по циклоидальной кривой 4 период колебаний сферической массы 2 относительно положения равновесия, при качении по поверхности 1 качения не зависит от амплитуды этих колебаний, как для всякого цнклоидального маятника. Ускорение силы тяжести опреде1132275 ляется по периоду указанных колебаний по известным формулам.

Методика работы с предлагаемым устройством заключается в следующем..

На пункте наблюдения прибор устанавливается таким образом, чтобы оказались совмещенными оси симметрии образующей поверхности качения и вертикального маятника. Контроль их совмещения достигается при помощи ре- 1О гистратора 12 и двухкоординатного фотоприемника, который настроен таким образом, что при совмещении указанных осей разностный ток этого фотоприемника равен нулю. После этого 15 включается датчик 5 перемещения. Затем при помощи блока 6 запуска сферическая масса 2 выводится из положения равновесия таким образом, чтобы она совершила по желобковой профили- 2О рованной поверхности 1 качения несколько колебаний, соответствующих элементам циклоиды (по циклоидальной кривой 4). Моменты прохождения пентра 3 тяжести сферической массы 2 25 через ось 13 симметрии фиксируются датчиком 5 перемещения и передаются в регистратор 12. В этом регистраторе происходит обработка полученной информации по известным формулам и щО выдается среднее значение уСкорения силы тяжести для данного пункта наб. людения.

Предлагаемое устройство должно быть эталонировано на пункте с известным значением ускорения силы тя35 жести для определения коэффициента трения качения сферической массы 2 по поверхности 1 качения, а также температурных и барических коэффици- 4О ентов.

Известно, что циклоидальный маятник является изохронным, т.е. период его колебаний не зависит от величины амплитУДы. ПоэтомУ использование цик 45 лоидального маятника для измерения ускорения силы тяжести освобождает от необходимости регистрировать амплитуду колебаний и вводить поправку за амплитуду, что неизбежно в практи.5О ке использования неизохронных маятников, При оценке точности обработки желобковой поверхности, профиль которой задается параметрическим уравнением, существенно то, что период колебаний циклоидального маятника совпадает с периодом колебаний такого кругового маятника, у которого приведенная длина 0 = 4а. Это означает, что при одинаковых требованиях к точности измерений погрешность обработки 4 а. желобковой поверхности не должна превышать величину . Так аЕ

4 как в практике использования обычных круговых маятников для обеспечения измерений с точностью, например, в

1 миллигал Л Й не должно превосходить 1 микрона, то погрешность Д а при обработке желобковой поверхности не. должна превосходить 0,25 микрона.

Очевидно, что при повышении точности измерений пропорционально возрастают требования к точности обработки желобковой поверхности. При выборе материала для изготовления желобковой поверхности его прочность должна быть такова, чтобы прогиб при каче-. нии массы по желобу не превосходил требуемую величину погрешности обработки самого материала.

Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается изохронность колебаний сферической массы относительно положения равновесия вне зависимости от величины амплитуды колебаний, причем нить подвеса отсутствует. Так:м образом, измерения становятся свободными от введения поправок за амплитуду колебаний и за влияние нити подвеса, что и обеспечивает повышенчую точность измерений.

Предлагаемое устройство может быть использовано при гравиметричес ких измерениях в организациях, занимающихся поиском и разведкой полезных ископаемых.

1132275

Составитель С.Рыков

Техред Л.Микеш Корректор А.Тяско

Редактор Л.Алексеенко.

Филиал HIIII "Патент", г.ужгород, ул.Проектная„ 4

Заказ 9788/40 Тираж 710 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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