Устройство для измерения абсолютного ускорения силы тяжести

 

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советенмн

Сац талмстммесва

Распубпик (6l) Дополнительное к авт. свил-ву(22) Заявлено28.10.76 {2}) 2415501/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) ПриоритетОпубликовано05.03.79, Бюллетень % 9

Дата опубликования описания 09.0З.79

Геенааратвеннмй немнтет

СССР ее делам нзюбретеннй н атнрмтнй (72) Автор изобретения

В. A. Романкж

Центральный научно-исследовательский институт геодезии, аэросьемки и картографии (7}) 3аявнтель (54) УСТРОДСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО

УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

}

Изобретение относится к гравимет» рическим приборам, в частности к уст ройствам транспортабельных гравиметров для измерений абсолютного ускбрения силы тяжести методом свободного падения. S

Известны транспортабельные абсолют ные гравиметры, .у которых измерения производятся на участках траектории свободно падающего уголкового caегоm»

PGjK&TMIB е

Такие гравиметры имеют тело, выполненное в виде уголкового светоотражателя, помещенное в вакуумную ка меру, устройство, осуществляющее свободное падение тела, интерферометр, систему измерения: пути и времени траектории свободного падения тела, сейсмометр 11 j

Во время тракторных измерений сво бодного падения уголкового светоотра- 20 жателя интерферометр не должен подвергаться вертикальным перемещениям.

Из-аа влияния различных факторов (виб

2 рация, микросейсмы, работа механизмов гравиметра и т.д.) интерфэрометр мо жет испытывать достаточно большие Йе ° ремешения, которые в .конечном счете приводят к систематическим н t случайным ошибкам измерения абсолютного ускорения силы тяжести, величина кото рых может в десятки и сотни раз пре восходить инструментальную ошибку прибора.

Известный транспортабельный .гравиметр, содержит икгерферометр, выпол пенный в виде первого уголкового отражателя, светоделителя и второго отрвжателя, закрепленного на маятнике сейсмометра и систему измерения пути и времени, свободного падения первого уголкового отражателя.

В этом гравиметре полупрозрачное зеркало укреплено на корпусе прибора в его нижней части, а уголковый отражатель на маятнике сейсмометра, установ ленного в верхней части прибора, что приводит к усложнению оптической схе651286 мы и всего прибора в целом, увеличению его веса и габаритов. Кроме того, при такой конструкции не достаточно полно исключается влияние горизонтальных и вертикальных перемещений. 5

Бель предлагаемого изобретеиияповышение точности измерения при одновременном уменьшении габаритов усч ройства.

Оиа достигается тем, что светодели . 40 тель закреплен на маятнике сейсмомет» ра, причем светоделитель и второй отражатель выполнены в виде одного оп тического элемента. Оптический элемент выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, составленного из трех призм.

Устранение непосредственного контакта интерферометра с корпусом прибора, а, следовательно, и основанием, на котором установлен прибор, дости гаемое такой конструкцией, сводит к минимуму перемещения оптических элементов из- а вибраций, микросейсм и работы механизмов прибора.

Это позволяет повысить точность измерений абсолютного ускорения силы тяжести и установить все части прибора на одном и том же штативе, что ведет к уменьшению веса и габаритов прибора.

Автоматическая установка интерферометра в рабочее положение силовым элементом с помощью обратной связи с большой постоянной времени, достигаемая такой конструкцией, отрабатывая перемещении интерферометра с периодами,большими постоянной времени обратной связи, и ослабляя перемещения с периодами, значительно меньшими постоянной времени обратной связи, благодаря чему повышается точность изме40 рений и ускоряется процесс измерений.

На фиг. 1 изображена блочная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2схемы хода лучей для двух схем измерений.

41

Абсолютный гравиметр имеет первый уголковый светоотражатель 1, помещенный в вакуумную камеру 2, устройство, осуществляющее свободное падение тела (HG чертеже не показано), единый оп50 тический элемент 3, систему 4 измерения пути и времени траектории свободного падения первого уголкового свето отражателя 1, сейсмометр 5, различные

Я вспомогательные устройства.

Сейсмометр 5 содержит маятник 6, йа котором укреплен оптический элемент

3, астазирующую пружину 7, силовой элемент, включающий катушку 8, укрепленную на маятнике 6, и магнит 9, укрепленный на корпусе прибора так, что катушка 8-. находится в зазоре маг нита 9, датчик 10 положения маятника

6, блок 11 обратной связи с большой постоянной времени, направляющий блок

11 обратной связи с большой постоян ной времени, направляющий ток в катуш ку 8. Оптический элемент 3 выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, составленного из прямоугольных призм и выполняет функции как второго отражателя, так и делителя светового потока.

Гравиметр работает следуюшим образ оме

Устройство, осуществляющее свобод ное падение первого уголкового светоотражателя 1, отпускает его вниз или подбрасывает вверх (соответственно при несимметричном или симметричном методах измерений). Интерферометр, состоящий из оптического элемента 3 и первого у -олкового отражателя 1, образует два интерферируюших световых луча и направляет их на приемник света . системы 4, преобразуюший интерферирующие лучи света в электрические сигналы, которые затем в системе 4 преобразуются в стандартные электрические импульсы. Система 4 коммутирует эти импульсы, производит их счет и счет импульсов времени.

При отпускании или, особенно, при подбрасывании уголкового светоотражателя 1 возникают силы отдачи, которые вызывают вертикальные колебательные движения гравиметра, Гравиметр. может совершать периодические вертикальные движения также под влиянием микросейсм, вибраций и других причин.

Центр качаний маятника 6 сейсмометра 5 имеет вертикальные колебания, и амплитуда которых в — раз т„„ В меньше амплитуды вертикальных колебаний его корпуса, где Т „ -период собственных колебаний маятника 6;

Т вЂ” период вертикальных коле баний гравиметра.

Таким сбразом, центр качания маяч ника 6 с достаточно большим периодом собственных колебаний практически не совершает вертикальных колебаний с мйлыми периодами.

651286

Установка и удержание оптического элемента Э в рабочем положении осуществляется lIoñpåäñòâoì сил электрс магнитного взаимодействия между ка- . тушк ой 8 и магнитом 9, для чего в катушку 8 направляется осредненный ток (с периодом осреднения, большим периода собственных колебаний маятника

6), вырабатываемый блоком 11 обрат ной связи, по показаниям датчика 10.

Таким образом, система обратной связи отрабатывает только перемещения маятника.6 с периодами большими его пе риода собственных колебаний.

На фиг. 2 показана схема хода лучей для схемы измерений, когда одна интерференционная полоса соответствует перемешению уголкового светоотражателя на расстояние, равное половине длины волны света. Луч света лазера

12 направляется на оптический элемент

3, составленный из трех прямоуголь ных призм, и разделяется на два луча.

Первый луч направляется на уголковый светоотражатель 1, отражается от него и попадает в фотодатчик 13. Второй луч отражается в оптическом элементе и направляется на фотодатчик 13, где интерферирует с первым лучом. Для юстировки вертикальности луча света, направляемого на уголковый светоотражатель 1, используется часть первого и второго лучей, вышедших из интерферометра, которые направляют на полупрозрачное зеркало 14, укрепленное на корпусе прибора. Лучи, отраженные от зеркала 14, попадают на горизонтальное зеркало 15, образованное жидкостью 16, находящейся в стакане 17.

Отраженные лучи от зеркала 15, проходят полупрозрачное зеркало 14 и попадают в зрительную трубу 18 °

Установка оптического элемента на маятнике сейсмографа выгодно отличает предлагаемый гравиметр, так как значи», тельно уменьшает перемещения интер ферометра из-эа влияния вибраций, микросейсм и работы механизмов прибора.

Это уменьшает систематические и слуБ чайные ошибки измерений и позволяет уменьшить вес и габариты прибора.

Изготовление интерферометра в виде прямоугольного параллелепипеда, составленного из прямоугольных призм

N упрбшает конструкшпо интерферометра, уменьшает как его, так и всего прибора, вес и габариты. З Формула из обретения

1. Устройство для измерения абсолютного ускорения силы тяжести, содержащее интерферометр, выполненный в

20 виде первого уголкового отражателя, светоделителя и второго отражателя, закрепленного на маятнике сейсмомеч ра, и систему измерения пути и времени свободного падения первого уголко25 вого отражателя, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что, с целью повышения точности измерения при одновременном уменьшении габаритов устройства, светоделитель также закреплен на маятнике

® сейсмометра, причем светоделитель и второй отражатель выполнены ввиде единого оптического элемента.

2. Устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оптический

З элемент выполнен в виде прямоугольного параллелепипеда, составленного иэ трех призм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Hammor d G.A. ГоИег " aser- ИАет(еготе1ег - бчь1егп f or determination of

%be ессе егоЫоп of бгоМ ъ"6оцгпа ох

ggantum Hectropics, November, 496 Т,, ъ@ -Ъ.do 9,ð.й.

65 1286 (1

1

I

l 1S

17 1К фиг. 2

Составитель А. Чупрунова

Редактор Б. Павлов Техред Э. Чужак Корректор Л. Василина

Заки 798/42 . Тираж 696 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

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