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

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.

 

Существуют способы выставки точных приборов с помощью уровней [1]. На подвижном основании для этих целей используют гиростабилизатор [2]. Недостатком этих способов является привязка к вертикали только посадочных поверхностей приборов. Из-за тепловых или механических воздействий, старения и текучести материала геометрия внутренних частей гравиметра меняется относительно посадочных мест. Появляются ошибки, которые могут быть обнаружены и устранены только на пунктах с хорошо известным ускорением силы тяжести. Такие пункты могут находиться достаточно далеко от места наблюдений.

Для баллистических гравиметров известен способ непосредственной выставки лазерного луча по невозмущенной поверхности ртути или масла [3]. Однако такой способ не применим на движущемся объекте.

Изобретение направлено на обеспечение выставки в вертикаль лазерного луча баллистического гравиметра в районе съемок.

Цель достигается тем, что проводят серию бросков пробного тела при различных наклонах платформы, 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 предложен гравиметр, содержащий платформу, акселерометры и двигатели, отличающийся тем, что в него введена система управления выставкой в вертикаль лазерного луча, содержащая блок соответствия, имеющий структуру матрицы, построчные ячейки которой - величины измеренных ускорений свободного падения, углы наклона платформы, сигналы управления и выключатели, а столбцы - ячейки сопоставления, система управления также содержит: общую шину, блок поиска, блок стратегий и сумматор, причем вход ячейки измеренных ускорений соединен с гравиметром, а выход - с блоком поиска, выход блока поиска так же как и его второй вход подключены к блоку стратегий, второй выход которого соединен с ячейкой выключателей, каждый выключатель подключен к общей шине, соединенной с входом сумматора, второй вход сумматора подключен к акселерометру, а выход - к двигателю.

На чертеже приведена схема гравиметра для реализации способа. На схеме изображены:

1 - гравиметр, 2 - платформа, 3 - акселерометр, 4 - двигатель, 5 - система управления, 6 - блок соответствия, 7 - ячейка ускорений, 8 - ячейка углов наклона, 9 - ячейка управляющих сигналов, 10 - ячейка выключателей, 11 - ячейки сопоставления, 12 - блок поиска, 13 - блок стратегий, 14 - общая шина, 15 - сумматор.

Гравиметр 1 соединен с ячейкой ускорений 7, которая подключена к блоку поиска 12. Блок поиска 12 соединен прямой и обратной связью с блоком стратегий 13. Блок стратегий подает сигнал на ячейку выключателей 10. Все выключатели связаны с общей шиной 14, сигнал с которой поступает на сумматор 15. Второе слагаемое на сумматор поступает с акселерометра 3, а сумма подается на двигатель 4. Сигнал с акселерометра 3 поступает на ячейку углов наклона 8.

Известно [3], что при отклонении лазерного луча от вертикали на угол α возникает погрешность . При допустимой погрешности Ag=0,5 мкГал угол не должен превышать α=7угл.с. Известны акселерометры [4], чувствительность которых находится на уровне α=7угл.с. Следовательно, посадочные места гравиметров можно выставить в вертикаль с требуемой точностью. В заводских условиях можно отъюстировать гравиметр так, чтобы вертикальность луча соответствовала вертикальности или горизонтальности посадочных поверхностей. Но в течение исследовательского рейса, длящегося несколько месяцев, положение луча будет изменяться, появятся систематические погрешности, вызванные наклоном луча, погрешности будут неконтролируемо увеличиваться, и появится необходимость в проверке гравиметра. Желательно эту проверку делать, не прерывая рейса.

Погрешность, зависящая от угла наклона, изменяется по квадратичному закону и равна нулю при вертикальном положении луча. Следовательно, можно предложить процедуру поиска минимума ускорения свободного падения (УСП), при изменении углов наклона основания. Стратегию поиска и количество необходимых испытаний оператор может выбрать, исходя из конкретной обстановки. В схему стабилизации платформы, содержащей акселерометр и двигатель, вводят сигналы, вызывающие наклоны платформы на углы в несколько угл.с. Величину и направление наклонов измеряют акселерометрами. При каждом наклоне проводят бросок пробного тела, измеряют УСП в броске и сопоставляют УСП с углом наклона. Просканировав телесный угол, гарантирующий попадание в него положения вертикальности луча, ищут минимальное значение УСП, определяют величину сигнала, обеспечивающее это значение, и фиксируют платформу, введя найденный сигнал.

Для реализации предложенного способа собирают схему, изображенную на фиг.1. В исходном положении все выключатели отключены, сигналы не поступают на шину 14, и стабилизация осуществляется только по сигналу акселерометра. В соответствии с выбранной стратегией из блока 13 подают сигнал i, по которому включается выключатель B_i. В результате на шину 14 и далее на сумматор 15 поступает сигнал U_i, который наклонит платформу на угол α_i. Производят бросок пробного тела, вычисляют величину УСП и заносят ее в ячейку g_i. Последовательно делают наклоны, броски и вычисления до тех пор пока блок поиска 12 не даст сигнал уверенного минимума g_min и не укажет № ячейки, например k, которой этот минимум соответствует. Блок стратегий по этому номеру дает сигнал на включение выключателя B_k и блокировку других выключателей. При этом схема приобретает новое устойчивое положение. Последующие юстировки начинаются из этого положения.

Источники информации

1. Лазерный нивелир. Пат. РФ 2237825 С1, 2004.12.08.

2. Гравиметр для измерения силы тяжести с движущихся носителей. Пат. РФ 2056624 С1, 1996.03.20.

3. А.П.Юзефович, Л.В.Огородова. Гравиметрия. М., Недра. 1980.

4. Ривкин С.С., Берман З.И., Окон И.М. «Определение параметров ориентации объекта бесплатформенной инерциальной системой», С-Пб, ЦНИИ «Электроприбор», 1996 г.

1. Способ выставки в вертикаль лазерного луча баллистического гравиметра, заключающийся в наклоне платформы гравиметра, отличающийся тем, что проводят серию бросков пробного тела при различных наклонах платформы, в каждом броске определяют ускорение свободного падения, находят минимальное значение ускорения в серии бросков и соответствующий ему наклон платформы, при этом наклоне фиксируют платформу.

2. Лазерный баллистический гравиметр, содержащий платформу, акселерометры и двигатели, отличающийся тем, что в него введена система управления выставкой в вертикаль лазерного луча, содержащая блок соответствия, имеющий структуру матрицы, построчные ячейки которой - величины измеренных ускорений свободного падения, углы наклона платформы, сигналы управления и выключатели, а столбцы - ячейки сопоставления, система управления также содержит: общую шину, блок поиска, блок стратегий и сумматор, причем вход ячейки измеренных ускорений соединен с гравиметром, а выход - с блоком поиска, выход блока поиска так же как и его второй вход подключены к блоку стратегий, второй выход которого соединен с ячейкой выключателей, каждый выключатель подключен к общей шине, соединенной с входом сумматора, второй вход сумматора подключен к акселерометру, а выход - к двигателю.