Способ измерения ускорения свободного падения на подвижном объекте

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.

 

Изобретение относится к области абсолютной гравиметрии и может быть использовано при измерении ускорения свободного падения (УСП) в морских условиях.

Известен способ измерения УСП с помощью баллистического гравиметра, в котором луч лазерного интерферометра раздваивается на реперном зеркале, один из двух новых лучей направляется вертикально на уголковый отражатель пробного тела и затем на экране совмещается со вторым лучом, образуя интерференционную картину [1]. При работе в морских условиях этот способ требует высокоточной стабилизации в горизонте и сложной юстировки в случае ухода луча из вертикали.

Известен способ измерения УСП гравиметром с двухканальным интерферометром [2], в котором прежде чем поступить на делительный элемент луч разделяется на два параллельных луча. Этот способ обладает теми же недостатками, что и первый.

Изобретение направлено на обеспечение измерения УСП при снижении требований к вертикальности луча.

Эта цель достигается тем, что измерения проводят более чем двумя непараллельными лазерными лучами.

На фиг.1 приведена геометрическая картина, образующаяся при измерении УСП с помощью четырех лучей. На картине изображены: oz - вертикаль, zx, z(-x), zy, z(-y) - измерительные лучи, o₁z - биссектриса углов расхождения лучей, zx₁, zy₁ - линии пересечения наклонных и вертикальных плоскостей.

При отклонении лазерного луча от вертикали на угол α возникает погрешность $$\Delta g=g\frac{{\propto }^2}{2}$$ . При допустимой погрешности Δg=0,5 мкГал угол не должен превышать α=7 угл.с. Гиростабилизатор такой точности создать можно, если использовать, например, акселерометры с чувствительностью 1 угл.с. [3]. Но и при таком стабилизаторе остается необходимость периодической проверки и юстировки гравиметра в связи с изменением его геометрии во времени.

Так как ошибка от наклона квадратичная, то она не может быть уменьшена осреднением и всегда дает завышенное значение силы тяжести. Ее можно уменьшить, если при измерении использовать, например, четыре расходящихся луча, как показано на фиг.1. Каждый луч измеряет одно значение УСП:

$$xz=\frac{g}{\cos ozx}$$ , $$(-x)z=\frac{g}{\cos oz(-x)}$$ , $$yz=\frac{g}{\cos ozy}$$ , $$(-y)z=\frac{g}{\cos oz(-y)}$$

Лучи образуют две плоскости, представленные треугольниками xz(-x) и yz(-y). Если обозначить угол расхождения лучей β, а углы между высотами треугольников и лучами β₁ и β₂, то в этих плоскостях измеренные значения приобретают вид:

$$xz=\frac{g}{\cos {\beta }_1}$$ , $$(-x)z=\frac{g_x}{\cos (\beta -{\beta }_1)}$$ , $$yz=\frac{g_y}{\cos {\beta }_2}$$ , $$(-y)z=\frac{g}{\cos (\beta -{\beta }_2)}$$

Взяв отношения измеренных величин, можно вычислить g_x, g_y, β₁, β₂:

$$\frac{xz}{(-x)z}=\frac{\cos (\beta -{\beta }_1)}{\cos {\beta }_1}$$ , $$\frac{yz}{(-y)z}=\frac{\cos (\beta -{\beta }_2)}{\cos {\beta }_2}$$

Взаимный наклон плоскостей в углах, расположенных в наклонных плоскостях:

$$o_{1}z{x}_1=\Delta {\beta }_{1н}=\frac{\beta }{2}-{\beta }_1$$ , $$o_{1}z{y}_1=\Delta {\beta }_{2н}=\frac{\beta }{2}-{\beta }_2$$

Наклон в вертикальных плоскостях:

$$oz{y}_1=\Delta {\beta }_1=\Delta {\beta }_{1н}\cos \Delta {\beta }_{2н}$$ , $$oz{x}_1=\Delta {\beta }_2=\Delta {\beta }_{2н}\cos \Delta {\beta }_{1н}$$

Величина УСП определится:

g=g_xcosΔβ₂, g=g_ycosΔβ₁

Погрешность рассмотренного способа измерения УСП определяется, в основном, мощностью вычислителя.

Источники информации

1. А.П. Юзефович, Л.B. Огородова. Гравиметрия. М.: Недра, 1980.

2. В.Б. Гужов, Н.Н. Кокошкин, В.Д. Шурубкин. Баллистический лазерный гравиметр. Пат. РФ 2193786 C1, 2001.

3. Ривкин С.С., Берман З.И., Окон И.М. «Определение параметров ориентации объекта бесплатформенной инерциальной системой». СПб.: ЦНИИ «Электроприбор», 1996.

Способ определения абсолютного значения ускорения свободного падения, содержащий измерения баллистическим лазерным гравиметром, отличающийся тем, что измерения производят больше чем двумя непараллельными лазерными лучами, которые образуют плоскости в виде треугольников.