Гравитационный вариометр

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ЫЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11), 557 841 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено03.03.76 (21) 2329916/25 (51) М. Кл."Я 01 \/ 7/10 с присоединением заявки №

Государстеенный комитет

Сонета Министроа СССР оо делам изооретенйй н открытий (23) Приоритет (43) Опублнковаис05.05.77.Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания,07,07.77 (5З) УДК 550.830 (088,8) (72) Авторы . В, И, Аникии, Д. 1 . 1 Риднвв, Б. Г. Зеленский, Г. О. КРылов, изобретения В. А. Кузиванов, И. И. Науменко-Бондаренко, В. М. Попов и С, П. Фомин Ордена Ленина институт физики Земли им. О, Ю. Шмидта (71) Заявитель (54) ГРАВИТАЦИОННЫ Й ВАРИОМЕТР

Изобретение относится к области грави- метрического приборостроения и может найти применение в точном приборостроении.

Известен гравитационный вариометр для измерения производных силы тяжести, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла, подвешенного на упругой нити, причем ось нити:щюходит; . через центр масс коромысла; поворотный азимутальный механизм, фоторегистрирую- p щее устройство (1).

Недостатком этого прибора является отсутствие компенсационного устройства, атакже ав. томатической системы регистрации pesyaalтатов измерений. 15

Известен гравитационный вариометр, содержащий механическое компенсационное устройство, управляемое микрометричвским винтом, связанным с отсчетным узлом и системой рычагов и пружин с чувствительной системой вариометра (2), Недостатком его является необходимость использования двух крутильных нитей (что дэлаэт вариометр весьма чувствительным даже к малым наклонам основания), а так- g5 же точных механических элементов (мик рометрического1 à, механйческих звеньев передачи угла поворота на отсчетный узел).

Известен также гравитационный! вариометр, содержащий чувствительную систему, выполняемую в виде, рычажных коромыI сел и подвешенную на упругом подвесе, блок компенсации угла поворота коромысел, управляемый (электроййой. системой и осуществляющий компенсацию угла поворота приложением электрического потвнциала к чувствительному элементу:(3). По своей конструкции это устройство наиболее близко к предложенному.

Недостатками вариометра являются применение сложной электронной системы, преобразующей угол поворота чувствительной системы в частоту, компенсация угла поворота посредством приложения серии им пульсов электрического напряжения к чувствительному элементу; что сонровожлаетcs рассеянием электромагнитной энергии и приводит к индукционному нагреву элементов чувствительной системы. В рвзуль557341 тате ограничивается точность измерений, уменьшается надежность устройств, увеличиваются их габариты и предъявляются высокие требования к точности изготовления самих чувствительных систем. 5

Недостатком известных вариантов являются высокиэ требования к нивелированию приборов, так как даже при незначительных наклонах корпуса на показания прибора оказывают влияние вертикальный градиент силы тяжести и смещение центра тяжести чувствительной системы относительно компенсационного устройства. Наличие второй крутильной нити приводит к увеличению нульпункта прибора. Эти факторы не позволяют использовать известные вариометры в ряде исследований (например, при измерениях гравитационной постоянной). Кроме того, известные компенсационные устройства вариометров практически непригодны для вариометров с одной крутильной нитью, так как при использовании их будет изменяться цена деления прибора при его даже незначительп.-зх наклонах, например при периодических наклонах, обусловленных лунно-солнечными вариациями силы тяжести.

11ель изобретения — повышение чувствительности вариометра и точности измерений.

Укзанная цель достигается тем, что в гравитационный вариометр в блок компенсац:п1 введен жестко соединенный с верхним концом упругого подвеса поворотный рычаг с закрепленными на его концах симметрично относительно оси подвеса пьезоэлементами, жестко связанными с корпусом прибора и под- 5 ключенными к выходу усилителя постоянного тока.

На чертеже показана схема предложенного гравитационного вариометра.

Вариометр содержит маятник 1, упругий 40 подвес 2, осветитель 3, зеркало 4, оптическую систему 5, дифференциальный фотоприемник 6, усилитель постоянного тока 7, пьезоэлектрические элементы 8, рычаг 9.

В исходном положении (при отсутствии 45 сил притяжения) маятник 1 крутильных весов находится в равновесии; при этом фотоэлементы дифференциального фотоприемника

6 освещаются одинаково и электрический сигнал ого, а значит, и усилителя 7 равен нулю.50 ((ьезоэлектрические элементы 8, электрически связанные с выходом усилителя 7, не оказывают воздействия на упругий подвес.

При изменении силы притяжения коромысло крутильных весов отклоняется от положе- 55 ния равновесия, что приводит к появлению на выходе фотоприемника 6 сигнала рассогласования. Усиленный усилителем 7 сигнал подается на пьезоэлектрические элементы 8, Под действием сигнала рассогласования пье- 60 зоэлектрические элементы, в зависимости о знака этого сигнала, будут сокращаться или удлиняться. При этом рычаг B,связанный с пьезоэлектрическими элементами 8 и упругим подвесом 2, будет поворачивать центр крепления подвеса до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьшится до нуля, т.е. пока коромысло не возвратится в исходное положение (фиг. 1 ). Следовательно, в этом случае сила притяжения коромысла будет уравновешена упругой силой подвеса, а электрическое напряжение на пьезоэлектрических элементах явится мерой изменения силы притяжения коромысла.

Величина удлинения пьезоэлектрической керамики типа UTC-19 составляет (для столбиков) до одного миллиметра на киловольт приложенного напряжения, т.е. устройство позволяет измерять углы отклонения коромысла с точностью до долевой угловой секунды и может обеспечить чувствительность вариометра до единиц вольт на этвеш.

Применение гравитационного вариомет ра с автокомпенсационным устройством позволит не только автоматизировать процесс стационарных вариометрических наблюдений, но и повысить чувствительность измерений.

Формула изобретения

Гравитационный вариометр, содержащий чувствительную систему, подвешенную на упругом подвесе и выполненную, например в виде рычажного коромысла, блок компенсации угла поворота коромысла, счетно-решающий блок, регистратор, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в блок компенсации введен жестко сое.— диненный с верхним концом упругого подвеса поворотный рычаг с закрепленными на его концах симметрично относительно оси подвеса пьезоэлементами, жестко связанными с корпусом прибора и подключенными к выходу усилителя постоянного тока. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Веселов К. E., Салитов M. Х.

Гравиметрическая разведка. "Недра", М.,1968, стр 213.

2. Авторское свидетельство СССР № 332408, кл. Cj 01 V 7/16; 1970.

3, Авторское свидетельство СССР № 315145, кл Q 01 V 7/16, 1969 (прототип).

557341

Составитель А. Чупрунова

P едактор Т. Орловская Техред H. AcT oø КорректоР JI В

Заказ 843/58 Тираж 717 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4