Баллистический лазерный гравиметр

Авторы патента:

G01V7/14 - путем измерения времени свободного падения

Использование: в баллистических лазерных гравиметрах для измерения абсолютных значений ускорения свободного падения. Сущность: гравиметр содержит вакуумную камеру, катапульту, пробную массу с уголковым оптическим отражателем, лазерный интерферометр перемещений, виброзащитное устройство типа горизонтального маятника с пружинной подвеской и установленным в центре тяжести маятника референтным уголковым оптическим отражателем интерферометра. Дополнительно вблизи шарнирной опоры установлен уголковый оптический отражатель интерферометра, образуя второй информационно-измерительный канал. При этом исключение влияния сейсмических колебаний на результат измерения ускорения свободного падения осуществляется путем введения поправок по разности показаний двух каналов с учетом корреляционной связи между ними. Технический результат: повышение точности измерений в условиях сейсмических колебаний. 1 ил.

Изобретение относится к области гравиметрии и может быть использовано в баллистических лазерных гравиметрах для измерения абсолютных значений ускорения свободного падения.

Известен баллистический гравиметр для измерения абсолютных значений ускорения свободного падения [1]. Гравиметр содержит вакуумную камеру, катапульту для подбрасывания пробной массы с оптическим отражателем, источник монохроматического света, интерферометр перемещений, устройство для компенсации микросейсм, сейсмометр для регистрации остаточных микроколебаний.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является баллистический лазерный гравиметр, приведенный в [2]. Гравиметр содержит вакуумную камеру с катапультой для подбрасывания пробной массы в виде уголкового оптического отражателя; лазерный интерферометр перемещений, состоящий из Не - Ne лазера, делительного оптического элемента, референтного (опорного) уголкового оптического отражателя, установленного в центре тяжести горизонтального маятника с пружинной подвеской, шарнирной опорой и демпфером, образующим виброзащитную систему. Интерференционный сигнал обрабатывается электронным устройством для вычисления ускорения свободного падения по известным формулам. Недостатком известного баллистического лазерного гравиметра является низкая точность измерений, обусловленная зависимостью степени ослабления сейсмических колебаний от частотного спектра и периода собственных колебаний маятника.

Изобретение направлено на повышение точности измерения ускорения свободного падения баллистическим лазерным гравиметром в условиях сейсмических колебаний.

Это достигается тем, что в баллистический лазерный гравиметр, содержащий вакуумную камеру, катапульту, пробную массу с уголковым оптическим отражателем, лазерный интерферометр перемещений, виброзащитное устройство типа горизонтального маятника с пружинной подвеской и установленным в центре тяжести маятника референтным уголковым оптическим отражателем интерферометра, дополнительно вблизи шарнирной опоры установлен уголковый оптический отражатель интерферометра, образуя второй информационно-измерительный канал. При этом исключение влияния сейсмических колебаний на результат измерения ускорения свободного падения осуществляется путем введения поправок по разности показаний двух каналов с учетом корреляционной связи между ними.

На чертеже представлена схема баллистического лазерного гравиметра.

Гравиметр состоит из He-Ne лазера 1, оптического раздвоителя 2, оптической делительной пластины 3, фотоприемников интерференционного сигнала 4, 5, пробной массы с уголковым оптическим отражателем 6, катапульты для подбрасывания пробной массы 7, вакуумной камеры 8, электронно-счетного устройства 9, балансировочного груза 10, первого референтного уголкового оптического отражателя 11, расположенного в центре тяжести горизонтального маятника 12, поворотных зеркал 13, демпфера 14, второго референтного уголкового оптического отражателя 15, установленного вблизи шарнирной опоры 16, пружинной подвески 17.

Баллистический лазерный гравиметр работает следующим образом. Принцип действия основан на преобразовании свободного движения пробной массы с уголковым оптическим отражателем 6, подброшенной вертикально вверх, в интерференционные сигналы по двум каналам. He-Ne лазер 1, оптический раздвоитель 2, оптическая делительная пластина 3, фотоприемники 4, 5, у толковый оптический отражатель пробной массы 6, поворотные зеркала 13, референтные у толковые оптические отражатели 11, 15 образуют лазерный интерферометр перемещений с двумя информационно-измерительными каналами. Луч от источника монохроматического света Не-Ne лазера 1 в оптическом раздвоителе 2 расщепляется на два луча. Каждый из двух лучей попадает на оптическую делительную пластину 3. Часть двух лучей направляются на уголковый оптический отражатель пробной массы 6 и после троекратного отражения возвращаются на оптическую делительную пластину 3. Вторая часть лучей, отразившись от поворотных зеркал 13, направляются на у толковые оптические отражатели 11, 15 и после троекратного отражения возвращаются на оптическую делительную пластину 3, где интерферируют с лучами, отраженными от уголкового оптического отражателя 6, совершающим свободное движение. Оптические интерференционные сигналы при помощи фотоприемников 4, 5 преобразуются в электрические сигналы переменной частоты, которые обрабатываются в электронно-счетном устройстве 9 для вычисления абсолютных значений ускорения свободного падения g по каждому каналу. Измерения пути за заданные промежутки времени Т проводятся как на восходящей, так и на ниспадающей ветвях траектории синхронно. Измеренные единичные значения ускорения свободного падения g_1i и g_2i, в каждом канале определяются по формуле:

где N_h1, N_h2 - количество квантов h пути, сформированных из интерференционного сигнала на восходящей и ниспадающей ветвях траектории полета пробной массы с уголковым оптическим отражателем 6;

- пауза при вершине траектории. В первом канале путь измеряется с ослаблением сейсмических колебаний, во втором - практически без ослабления. После проведения серии n единичных измерений определяются средние квадратические отклонения

₁,

₂ по каждому каналу и коэффициент подавления сейсмических колебаний г в соответствии с выражениями:

r =

₂/

₁,

среднее арифметическое значение.

Необходимым условием введения поправок в результаты измерений является г>1, которое на практике при наличии сейсмических колебаний от индустриальных источников, как правило, выполняется. При г=1 инерциальная помеха отсутствует, и дальнейшая процедура вычисления поправок не производится.

Для определения степени линейной связи показаний двух измерительных каналов вычисляется коэффициент корреляции:

Определяется разность показаний по каждому отдельно взятому единичному измерению

g_i=g_li-g_2i.

При линейной связи двух измерительных каналов коэффициенты поправок являются функцией коэффициента подавления сейсмических колебаний и коэффициента корреляции:

Скорректированные значения показаний гравиметра определяются через выражения:
g*_li=g_li-

g_i

R₁;
g*_2i=g_2i-

g_i

R₂.

После коррекции производится статистическая обработка по каждому из каналов.

Источники информации 1. А.П. Юзефович, Л.В. Огородова "Гравиметрия." - М.: Недра,1980.

2. В.А. Романюк "Измерение абсолютного значения ускорения силы тяжести" Geod. Geoph. Veroff. R., Ill, H30,Berlin, 1974.

Формула изобретения

Баллистический лазерный гравиметр, содержащий вакуумную камеру, катапульту, пробную массу с уголковым оптическим отражателем, лазерный интерферометр перемещений, горизонтальный маятник с пружинной подвеской и установленным в центре тяжести маятника референтным уголковым оптическим отражателем, отличающийся тем, что на маятник вблизи шарнирной опоры установлен второй референтный оптический отражатель интерферометра, образуя второй информационно-измерительный канал.

РИСУНКИ

Рисунок 1

Устройство для измерения абсолютного значения ускорения силы тяжести // 2076345

Изобретение относится к гравиметрии

Измеритель вертикального градиента силы тяжести // 2059272

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения вертикального градиента ускорения силы тяжести WZZ

Гравитационный трехкомпонентный градиентометр // 2046380

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения вертикального градиента ускорения силы тяжести Wzz и двух составляющих градиента кривизны уровенной поверхности потенциала силы тяжести Wxx, Wyy

Измеритель вертикального градиента и ускорения силы тяжести // 2037163

Изобретение относится к измерительной технике, предназначено для измерения вертикального градиента ускорения силы тяжести Wzz и ускорения силы тяжести g

Гравитационный трехкомпонентный градиентометр // 2033632

Гравитационный вертикальный градиентометр // 2003137

Гравитационный вертикальный градиентометр // 1838804

Прецизионный вертикальный градиентометр // 1836645

Вертикальный градиентометр // 1836644

Симметричный способ измерения абсолютного значения ускорения свободного падения // 2207601

Абсолютный баллистический гравиметр // 2475786

Изобретение относится к области гравиметрии, а именно к средствам абсолютных измерений ускорения свободного падения (ускорения силы тяжести)

Баллистический гравиметр с индукционно-динамическим приводом для симметричного способа измерений ускорения свободного падения // 2491581

Изобретение относится к гравиметрии и может быть использовано для измерений абсолютных значений ускорения свободного падения

Способ выставления вертикали лазерного луча в баллистическом гравиметре и устройство для его осуществления // 2498356

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а именно к области гравиметрии, и предназначено для выставления вертикали лазерного луча в баллистическом гравиметре при проведении высокоточных абсолютных измерений силы тяжести или ее приращений. Сущность способа заключается в отслеживании смещения лазерного луча отраженного от свободно падающего тела в процессе его движения с помощью видеокамеры, вычисления по данным видеозаписи угла отклонения лазерного луча от вертикали и коррекции направления луча в требуемую сторону. Технический результат заключается в обеспечении возможностей повышения точности выставления вертикали лазерного луча в баллистическом гравиметре, уменьшения погрешности измерения абсолютного значения ускорения силы тяжести, уменьшения чувствительности к вибросейсмическим помехам. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ выставки в вертикаль лазерного луча баллистического гравиметра и гравиметр для его осуществления // 2522116

Изобретение относится к области гравиметрии и касается способа выставки в вертикаль лазерного луча баллистического гравиметра. Способ заключается в том, что проводят серию бросков пробного тела при различных наклонах платформы гравиметра, в каждом броске определяют ускорение свободного падения, находят минимальное значение ускорения в серии бросков и соответствующий ему наклон платформы, при этом наклоне фиксируют платформу. Для реализации способа предлагается лазерный баллистический гравиметр, содержащий платформу, акселерометры и двигатели. В гравиметр введена система управления выставкой в вертикаль лазерного луча, содержащая блок соответствия, имеющий структуру матрицы, построчные ячейки которой представляют собой величины измеренных ускорений свободного падения, углы наклона платформы, сигналы управления и выключатели, а столбцы представляют собой ячейки сопоставления. Система управления также содержит общую шину, блок поиска, блок стратегий и сумматор. Технический результат заключается в повышении точности абсолютного измерения ускорения свободного падения, упрощении обслуживания гравиметра и сокращении времени полевых измерений. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения на подвижном основании абсолютного значения ускорения свободного падения и гравиметры для его осуществления // 2523108

Изобретение относится к области гравиметрии и может быть использовано для измерения в морских условиях абсолютных значений ускорения свободного падения. Сущность: на корабле устанавливают абсолютный лазерный и относительный гравиметры. Измеряют множество интервалов пути и времени лазерным интерферометром абсолютного гравиметра. Выделяют переменную составляющую сигнала относительного гравиметра. Вырабатывают команду на бросок пробного тела. Причем бросок пробного тела осуществляют при минимальной скорости вертикального перемещения основания, которую вычисляют по интегралу от составляющей сигнала относительного гравиметра, вызванной качкой корабля. Рабочий участок траектории полета пробного тела разбивают на кванты интерференционного сигнала. По разности интервалов времени прохождения соседних квантов вычисляют мгновенные значения суммы ускорений свободного падения и движения основания. Указанные значения осредняют и получают измеренную в броске сумму ускорений. На интервале времени полета пробного тела осредняют переменную составляющую сигнала относительного гравиметра. Среднее значение переменной составляющей вычитают из измеренной в броске суммы ускорений и сохраняют разность как измеренное в броске ускорение свободного падения. Проводят несколько бросков. Осредняют ускорения свободного падения по множеству бросков. По полученному истинному значению ускорения свободного падения корректируют показания относительного гравиметра. Для осуществления способа на основании (4) устанавливают абсолютный гравиметр (1), содержащий катапульту (2) и счетчик интерференционных импульсов (3). Рядом устанавливают относительный гравиметр (5). Оба гравиметра (1, 5) соединены с вычислителем (6). В вычислитель (6) введены блок (7) мгновенных суммарных ускорений, блок (8) среднего суммарного ускорения, фильтр (9), интегратор (10) выработки скорости основания, блок (11) среднего ускорения основания, две схемы сравнения (12, 13), накопитель (14), блок (15) истинного значения ускорения свободного падения и командный блок (16). Технический результат: повышение точности измерения ускорения свободного падения в условиях вертикальных перемещений основания, соизмеримых с длиной траектории полета пробного тела. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Способ измерения ускорения свободного падения на подвижном объекте // 2544262

Изобретение относится к области гравиметрических измерений и касается способа определения абсолютного значения ускорения свободного падения. Измерения проводят баллистическим лазерным гравиметром с помощью нескольких непараллельных лазерных лучей, которые образуют плоскости в виде треугольников. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 1 ил.

Баллистический гравиметр // 2554596

Изобретение относится к гравиметрии и может быть использовано для измерений абсолютных значений ускорения свободного падения. Баллистический гравиметр содержит вакуумную камеру, устройство сбрасывания пробного тела, источник излучения, фотоприёмник, устройство синхронизации и обработки сигнала. На пробном теле закреплён оптический элемент, который выполнен в виде дифракционной решётки. Штрихи указанной решётки расположены горизонтально. На пути лучей света, дифрагирующих на решётке при работе устройства, установлен оптический мультиплексор, выход которого подключён к фотоприёмнику. Технический результат заключается в увеличения временной разрешающей способности, уменьшения габаритов устройства и упрощения алгоритма обработки сигналов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Голограммный баллистический гравиметр // 2617702

Голограммный баллистический гравиметр, содержащий вакуумную камеру, устройство сбрасывания пробного тела, первую голограмму, закрепленную на пробном теле, источник монохроматического излучения, систему коллимации, фотоприемник, электронное устройство синхронизации и обработки сигналов. На пути луча света, прошедшего первую голограмму, установлена вторая голограмма, геометрически тождественная первой. Фотоприемное устройство установлено в области наложения пучков света, дифрагирующих на обеих голограммах. Технический результат заключается в уменьшении габаритов гравиметра. 2 ил.