Вертикальный градиентометр

 

па те„

ОП ИСАНИЕ и зоы ите н и я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски»

Социалистических

Республик (6!) Дополнительное к авт. свид-ву2 (51) М. Кл.

5 01 Ч 7/10 (22) Заявлено21.06.73 (21) 1934443/18-25 с присоединением заявки № (23) ПриоритетГвсуда рстввмммб кеммтвт

СССР мв делам мзвбрвтеммм и вткритмм (53) УДК 550.830 (088.8) Эпубликовано 05О3.79.Бюллетень № 9

Дата опубликования описания08.03.79

А. A. Голован, А. И. Сорока, В. Ф. Лесков, Л. В. Урселов, В. А. Золотухин, B. Г. Рыженин и Б. П. Бодунов. (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ГРАДИЕНЧОМЕТР

Вертикальный градиентометр применяется в инерциальной навигации и гра виметрии.

Известно устройство для измерения вертикальной составляющей градиента силы тяжести, содержащее закрепленное на торсионе коромысло с массами на концах (1)

Практически оказывается очень трудно с высокой точностью совместить центр тяжести системы с осью вращения, поэтому устройство реагирует не чч лько на вертикальную составляющую градиента силы тяжести Л, но и на силу тяжести Д . Никакой методикой измерения и конструкций весов разделить влияние il u g не удается, Кроме того, центр тяжести смещается из-аа колебаний температуры, внешних вибраций, электростатических сил, конвекционных потоков и других внешних условий.

Указанные недостатки не позволяют ..спольэовать ра;-.смотренное устройство дл я измерений Л с Выс Ок Ой т Оч н остью.

1.1ель предлагаемого изобретения повышение точности измерений.

Это достигается эа счет того, что

5 в вертикальный градиентометр введены второе коромысло и двигатель с горизонтально расположенным валом, на котором закреплены оба коромысла, на концах каждого иэ коромысел закреп10 лена пара акселерометров, при этом ось чувствительности одного акселерометра направлена вдоль оси коромысла, а другого перепендикулярно „этой оси рричем выходы каждой пары акселеромет15 ров с одинаково направленными осями чувствительности, но принадлежащих разным коромыслам, подключены на входы сравнивающих устройств,,1 выходы которых подключены к сумматорам.

20 На фиг. 1 изображен предлагаемый градиентометр; на фиг. 2 - график, поясняющий принцип действия предлагаемо» го градиентометра.

65 1285

Г радиентометр состоит из корпуса 1, коромысла 2, акселерометров 3, 4, 5, 6, 7, 8, б, 10, дополнительного коромысла

11, оси 12 вращения, электродвигателя

13, сравниваюп1их устройств 14, 15, 16, 17, суммирующих устройств 18, 19. (1„0 () Ц вЂ” выходные сигналы срав 1 > Яъ Ъ> ниваюших устройств;

О@„„,Q выходные сигналы суммирующих устройств. 10

В корпусе 1 горизонтально установлен вал 12. Вал через посредство редуктора (или без него) соединен с ротором электро-. двигателя 13, статор которого жестко закреплен в корпусе 1. На валу в точке 15

0 жестко закреплены коромысло 2 и дополнительное коромысло 1 1, перпендикулярные друг другу и расположенные в плоскости, перпендикулярной оси вращения.

11а концах коромысла расположено по паре О акселерометров 3 и 4, 6 и 5, 8 и 71 1 0 и 9 (например струнные), причем оси чувствительности одного из каждой пары акселерометров (3, 6, 8, 1 0 ) направлены вдоль соответствующего коромысла, а оси чувствительности второго из каждой лары акселерометров (4, 5, 7, 9) перпендикулярны соответствующему коромыслу 1 1

Выходные сигналы акселерометров 3 и

10, 6 и 8 попарно подаются иа первую пару сравнивающих устройств 17 и 15, соответственно, а выходные сигналы акселерометров 4 и 9, 5 и 7 - на вторую пару сравнивающих устройств 16 и 14, соответственно. Выходные сигналы 0.1 и 1,1. сравнивающих устройств 14 и 16, соответственно, подаются на суммирующее устройство 18, выходные сигналы

К и Uq сравнивающих устройств 15 и

17, соответственно, подаются на сумми40 руюшее устройство 19. Выходные сигналы суммирующих устройств 18 и 19 (Хц1 к и И61а,содержат информацию о величине вертикальной составляющей градиента силы тяжести Л...

Принцип действия предлагаемого гра>диентэметра поясняется фиг. 2,где приняты следующие обозначения; о Zo — эси инерциальнэй системй коо динат

Ь»

Х 1, Х, Е - оси связанной соответствующей парой акселерометров системы координат (для акселерэметрэв, рас»ила женив;х HQ верхних концах кэромысел).

- ускорение силы тяжести, Ы вЂ” расстояние эт точки крелления корэмысел до центров пэдвеса чувствительных масс акселерометрэв, При эавнэмерном повороте вала 12 со скоростью на эси чувствительности

)(и «с. акселерэметрэв 7 и 8 проектируются ускорения d) g „= g cow y Ю Х (() д) Q2 и ыпх+ЮХ

Поскольку сила тяжести g может быть выражена через величину силы тяжести в точке крепления кэромысел и вер тикальную составляющую градиента силы тяжести Я, в данной точке следующим образом Д =8A 1п7 Я о

Т0 выражения (1) принимают вид ,1

a)g„=g cosy+ Лбsin 2g-L It- (2)

2

6)g = Я Ь1п - — 2Л C + — ЛЮОь2 Я 3

»

Полагая, что в выражении (1} у+ — > пол аем уравнения для пары акселеpoMeTpDB 5, 6 с1) д „-д Мп у- — ЛЮМИ 2г- С,у;

<>>g gîсоь 2 ЛЮ вЂ” АЮсоь2у- Гу .

В выходных сигналах акселерометрэв, измеряющих проекции ускорений по формулам (2) и (3), содержится как полезный сигнал, изменяющийся с двэй нэй частотой врашения 2 ", так и помехи. Вычитая из выражения (2а) выражение (За) с помощью сравниваю.щего устройства 14, и аналогично выражение (Зб) из выражения (2б) с помощью сравнивающего устройства 15, получаем пропорциэнальныеЬД и дд сигналы, в которых отсутствует постэянная составляющая помехи 8f: и Ц

>с11 >-">g = Д о (соь .+в1п- - ) тЯЮ мп 2у . (4-) 4Q = go(1») -copy 3+ jlЮсОе Я .

Далее для исключения из выходных сигналов сравнивающих устройств 14 и 15, пропорциональных Ьс и дф Х >7 сигнала пэмехи, изменяющегося с частотой вращения, используется информация с акселерэметрэв 3, 4, 9, 10, преобразованная с пэмэшью сравниваю-щих устройств 16 и 17 и имеющая вид

a)ag =- fcosy+мп 2+Ив1п2у. -, ° /

<)ag =g 61пя -cosy3 36cos 2у.

Уравнения (5) получаются аналогично уравнениям (4).

Обрабатывая сигналы, пропорциональные gg и д,д, g и >> 1

0 >) 2H.> помощью суммирующих устройств 18 и

10, соответственно, получаем на выхоrte устройства сигналы (Вых „= 2 Л 6 Ь1 и 2 -;

0ьых 2 Лбсов2у.

Таким образом, обеспечивается возможность . отстройки полезного сигнала от помех и связанных с неидентичностью приборов и различием для разных коромысел. Кроме того, практически не влияют помехи, связанные с медленными процессами (влияние температуры, релаксации материала струн и др.).

Предлагаемый градиентометр позволяет достигнуть высокой точности измере- ний вертикальной составляющей градиента силы тяжести . Например, при применении струнных кселерометров с крутнзиоЙ K - DO> а 300—

9 (выходной сигнал акселерометра—

50 Гц при дейстиш ускорения 1 ) для измерения Л с точностью Л =1этвеш =

-Я

=10 g, выбрав период модуляции

T 100 сок, необходимо измерить накопленный за период Т электрический угол, равный

4=Т„„.к аЛ=3 10 рад "0,15угл.м-ин.

Такой угол может быть измерен, например, при работе датчика угла в режиме покачивания.

Предлагае:. ый градиентометр нечувст вителен к ускорениям при принудительном поворачивашьч оси вращения со скочостыо g, а также к переносным ускорениям, возникающим при движении основания, на KoToðoì устройство установлено (это следует из анализа уравпений, описывающих движение прибора), Это позволяет создать вертикаль, невозмущаемую ускорениями, для чего необходимо в прибор ввести дополнительно систему регулирования, следящую за минимумом вертикальной составляющей градиента силы тяжести. Такая невозмушаемая вертикаль является черезвычайно необходимой в автономной навигации, поскольку такой прибор не имеет накапливающейся погрешности и обладает большой помехоустойчивостью к внешним воздействиям.

Формула изобретения

Вертикальный градиентометр, содержащий закрепленное на торсионе коромысло, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены второе коромысло и двигатель с горизонтально расположенным валом> на котором закреплены оба коромысла, на концах каждого из коромысел закреплена пара акселерометров при этом ось

25 чувствительности одного акселерометра направлена вдоль оси коромысла, а другого перпендикулярно этой оси, причем выходы каждой пары акселерометров с одинаково направленными осями чувстЗО вительности но принадлежащих разным

1 коромыслам, подключены на входы сравнивающих устройств, выходы которых подключены к сумматорам.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Веселов К. E., Сагптов M. У.

Гравиметрическая разведка", М., "Недра"

1968,с. 212.