Способ измерения ускорения силы тяжести и гравиметр для его осуществления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

"ц 5545>

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 22.01.74 (21) 1992920, 25 с,присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл. G 01V 7 14

Государстеениый комите

Совета Министров СССР оа делам изобретений и открытии

Опубликовано 15.04..77. Бюллетень № 14 (53) УДК 550.830 (088.8) Дата опубликования описания 08.06,77 (72) Автор изобретения

В. П. Шляховой

Полтавская гравиметрическая обсерватория АН

Украинской ССР (71) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

И ГРАВИМЕТР ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области гравиметрии.

Из1вестен апособ определения силы тяжести,путем интерференционных измерений отрезков пути свободного падения за некоторые промежутки времени и гра вимер для его осуществления, в котором неподвижный угOJ1IKOвый отражатель устанавливается,па рычаги сейсмографа, а;период,сейсмографа выбирается на много больше, чем частота смещения основания. В этом случае возможно снижение влияния вертикальных вибраций на точность измерений (1).

Известен способ определения измерений отрезков пути падения интерферепционными методами за некоторые промежутки времени н гравиметр для его осуществления, содержащем вакуумированную камеру, монохроматичеокий источник оптического излучения, интерферометр с основанием, падающий отражатель, фотоприемники с усилителями, блоки измерения .пути падения отражателя и соответствующие интервалы времени, блок задержки им,пульсов;пу.ти падения отражателя, генератор стабильной частоты, фазовый детектор (2).

Однако при осуществлении известного способа не обеспечивается требуемая точность измерений при наличии вибрационных помех.

С целью по вышепия точности путем уменьшсния влияния вертикальных вибраций измерения пути свободного, падения тела и соответствующих им интер валс в времени проводят при одних и тех же величинах и фазах от5 клонений основания интерферометра от положения равновесия.

Способ осуществления в гравиметре, в,котором установлении сейсмопрнемник на общем основании с интерферометром,,пороговое уст10 ройство, вход последнего:нодключен к сейсмоприемнику через усилитель, ключевое устройст1во, подключенное к,выходу ключевого устройства, триггерный блок .включения, управляющий ключевым устройствм и упра в15 ляемьш задатчи ком участков измерений, блока обратной связи, подключенный своим входом к .выходу ключевого устройства, а выходом к входу триггерного блока включения, и формирователь упра вляющпх импульсов, вход

20 которого подключен .к выходу ключевого устройства и управляющей блоками измерения пути времени.

Для исключения суммирования импульсов

25 пути отражателя,при значительном уровне вибрации в пем установлены реверсивные счетчики импульсов пути падения, шипы реверса которых подключены к выходу фазового детектора.

З0 Величина пути свободно подающего -c.ча в

554521 (3) поле силы тяжести относительно пеподви?кного основания Определяется из выражения о (5 = hp + Vpl -((1)

В случае возмущения основания интерфероме,ра вертикальными;вибрациями,величины и смещения относительно такового равны

S„= hp + Vl+ + (1 (l), (2) где l — текущее время;

/(Π— начальное смещение;

Vp начальная скорость; — ускорение силы тяжести; (1. (() — величина (вертикального смещения основания.

Выполни в измерение по методу трех точек (станций) в моменты ll, (2, t3, величину ус(кзрепия силы тяжести можно Определить пз выра?(сипя =2 ,0=2

> х(А((KI! + Л/2)

1!1 (I:) — — !I ((2) Р(! 1Ч ((2) — Ф (Ii) ) . (2

-х((4 (I! + х(2) Как следует из выражения (3), если t(, lã, (з (выбирать !В моменты, .когда р (з) — (1? (4) ?==0 (1? (lq) — ф (tl): О, то,вклад вибрационных воздейсз(вий в неточность определения g значительно умень (ится.

На чертеже показана схема гравиметра, реализующего предлагаемый способ.

Гравиметр содержит монохроматический источник излучения 1, (вакуумпу(о камеру 2, падающий отражатель 3, интерферометр 4, основание 5, сейсмоприемник 6, усилитель 7 сейсмических сипналов, поворотное устройство 8, ключевое устроиство 9, триггерный блок 10 включения, задатчи к 11 Ориентированных участков измерения, блок 12 обратной связи, формирователь 13 управляющих пмпульссв, блolK 14 фотоприемника, блок 15 формиро; ания и задержек импульсов .пути, измерители 16 и 17 отрезков пути падения, измерители 18 и 19 интервалов вреини, генератор 20 стабильной частоты и фазовый детектор 21.

Грав(метр работает следующим образом.

Вертикальные смещения основания и нтерферометра, вызванные вибрационными,воздейсгвиями, приводят к появлению на (выходе сейсмоприемника 6 электрического сигнала,:которыи в блоке 7 усиливается и поступает на вход порогового устройства 8, последний каждый раз, B моменты прохождения эле(ктрического эквивалента !Ilepoмещепия че1)ез пОлОжеппя условного 1?авцовесия (или моменты

pai(IeIIства (величины и фазы отклонения основания от положения равновесия), посылает им((ульс на вход ключевого устройства 9, его исходное состояние является закрытым.

Ключевое устройст(во 9 открывается импульсами, поступающими с блока 11 задания участков измерения через триггерный блок 10

5 (О

15 о

3О

Зз ао I,ý

50, ) 5 бО б5

4 включения. Импульс,,поступающий c,âûõoäà

: орогового устройспва 8, появляется на выходе ключевого устройства 9, а затем поступает на вход блока 12 об?ратной связи, который возвращает Григгерный блок 10 и ключевое устройство 9 (в исходное состояние, а также на вход формирователя 13 управляющих импульсов,,который на соопветствующем его (выходе формирует Hara() льсы, управляющие работой систем одновременного измерения отрезков пути и интервалов времени.

Одновремснное измерение отрезков (тути падения и интервалов, времени выполняется следующим образом.

В зада(момент iBpeMeHи падающий отражатель 3 освобождается и начинает двиГаться, что приводит .к возникновению движущейся интерференционной картины на .выходе иптерферометра 4, который с,помощью блока фотоприемников 14 преобразуется в импульсирующий электрический сигнал, усиливается и подается на вход блока 15, где из Hего формируются и нтерферен ционные импульсы пути, задерживающиеся на требуемое время для исключения влияния фазового запаздывания сейсмоприемника.

С выхода блока 15 задер?к(ки и формирования импульсы пути,посту(пают на счетные входы измерителей 16 и 17 отрезков пути падения, которые представляют .собой счетчики импульсо(в (пути и блок измерения д робных долей интерференционных полос (не:показаIII(на чертеже). При наличии большого фона вибраций устанавливают, как это принято прн интерференционных измерениях, ipeaepсивпые счетчики ю(пульсов пути, Реверсивный счсг этих счетчиков управляется фазовымдеГектором 21. Запуск измерителя 16 осущестзляется первым их(пульсом, (поступающим с блока 13, второй импульс с этого блока останавливает измеритель 16 и запускает измеритель 17, который О(стана(вливается третим импульсом с блока 13.

Измерение интервалов времени, выполняется следующим образом.

Сигналы стабильной частоты с блока 20 цос(у((ают На счетные входы измерителей 18 и 19 шпервалов времени, каждый из (которых включает,в себя счетчик импульсов и блок из?(epe»((я дробных долей периодов (на чертеже пе показа ны) iB моменты подачи управляющих их(пульсо(в, Так (как управляющие шины изме1?ителей интервалов времени подключены,параллельно соот(ветствующим шинам измерителей отрезков,пути падения, то и работают Они синхронно: первый импульс с блока 17 за(пускает измеритель 18 времени, второй импульс его останавливает и запускает измеритель 19,,который останавливается третьим им пульсом.

Реализация изобретения .позволяет значительно повысить точность определения ускорения (силы тяжести на фоне (вибраций, та(к как умспьшается их влияние на несколько порядков, а .вклад, вибраций в неточность измере554521

Заказ Зб38

Изд, Ма 356

Тираж 722

Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, 5Ê-35, Раушская наб., д. 4/5

МОТ, Загорский филиал

3 ния g является наиболее существенным даже для стационарных установок.

Применение умножителей оптической разности хода в измерительном, плече интерферометра, блоков измерения дробных долей интерференционных полос и измерителей дробных частей периода стабильной частоты в совокупности с системой селекции положения углового равновесия, позволят создать гравиметр высокой точности.

Формула изобретения

1. Способ измерения ускорения силы тяжести .путем иптерференционных измерений отрезков .пути падения отражается, о тл ич аю шийся тем, что, с целью .повышения точности путем уменьшения влияния вертикальных вибраций, измерения пути свободного падения тела и соответствующим им интервалов времени проводят при одних и тех же величинах и фазах отклонений основания интерферометра от положения равновесия.

2. Гуа виметр для осуществления способа

IIo,п. 1, содержащий вакуумирова нную .камеру, монохроматичвский источник оптического излучения, интерферометр с основанием, отражатель, фотоприемники с усилителями, блоки измерения, пути и времени, блеск задержки импульсов пути, падения отражателя, генератор стабильной частоты, фазовый детек4 тор, отличающийся тем, что в нем установлены сейсмоприемник на общем основании с интерферометром, пороговое устройство, вход которого подключен к сейсмоприемнику через усилитель, ключевое устройство, подключенное .к выходу порогового устройства, триггерный блок включения, управляющий ключевым устройством и управляемый задатчиком участков измерения, блок обратной

I0 связи, подключенный своим входом к выходу ключевого устройства, а выходом к входу триггерного блока включения, и формирователь управляющих импульсов,:вход которого подключен .к выходу ключевого устройства и

Г5 управляющей блоками измерения пути и.времени.

3. Гравиметр по п. 1 и 2, о т л и ч и ю шийся тем, что, с целью исключения суммирования импульсов пути отражателя при значительном

2р уровне вибрации, в нем установлены реверсивные счетчики импульсов пути падения, шины реверса которых подключены к выходу фазового детектора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Кук А. Н. «Абсолютные определения ускорения силы тяжести», Метрология, т. 1, X 3, 1965 т.

2. Авторское свидетельство М 436311, 30 М. Кл. G OIV 7/74, 09.10.1972 г. (прототип).