Струнный гравиметр

 

Союз Соватскмк

Соцналмстмческиз

Республмк

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЮТИЛЬСТВХ (61) ДОполйитецьиое к авт. свил-ву ¹ 294118 (22) Заявлено 10.05.77(21) 2490018/18-25 г (5)) М. Кл.

Gj 01 Y 7/02 с присоединением заявки №вЂ” тееударетеееныа кемитет

СССР ае делам езабретеел я еткртетей (23) Приоритет(53) УДК 550.831 (088.8) Опубликовано 05.05.795юллетень № 17

Дата опубликования описания 30.05.79

-М. С. Давыдов, А. М. Лозинская, Ю. К. Рябиков, Л. H. Шумель и И. Л. Яшаяев (72) Авторы изобр.етени я

Всесоюзный научно-исследовательский институт геофизических методов разведки ВНИИГеофизика (71) Заявитель (54) СТРУННЫЙ ГРАВИМЕГР

Изобретение относится к области гра» виметрического приборостроения, в частности, к приборам, измеряющим ускорение силы тяжести на подвижном основании, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. ¹ 294118. . Струнный гравиметр IIo авт. св.

¹ 294118 1 содержит массивное тело, подвешенное к корпусу на струне, устройство для поддержания. незатухающих. колебаний струны и частотомер с регистрирующим устройством, причем массивное тело

/ погружено в жидкость с вязкостью не ме нее 200000 сст и упругостью паров не более 10 мм рт. ст.

Недостатком известного гравиметра является высокий уровень погрешностей, возникающих при воздействиии на гравиметр ускорений низкой частоты (0,031 Гд).

Форелью изобретения является повышение точности измерений.

Поставленная пепь достигается тем, что на массивном тепе. установлены поI .перечные ребра, в пространство между ко торыми с зазором не менее 0,25 и не более 0,35 радиуса массивного тела введен кольпевой выступ, жестко связанный с корпусом.

На чертеже изображена схема струнно го гравиметря+

Гравиме гр .содержит корпус 1 и подвешенное к нему на струне 2 массивное тело 3 пилиндрической формы, снабженное кольпевыми поперечными ребрами 4 и 5 и связанное с корпусом 1 пружинами 6 и 7 малой осевой жесткости. Струна 2 проходит в зазоре постоянного магнита 8.

С корпусом 1 жестко связаны полукопь1$ па 9 и 10 и с выступами 11 и 12, вхо,дящими в зазор между ребрами 4 и 5.

Корпус 1 заполнен полиметилоктановой жидкостью 13 с вязкостью не менее 8 10$ сантистокс. Выводы от струны присоединены к усилителю (не показан) с .положительной обратной связью. Пространство внутри корпуса вакуумировано с далью достижения высокой добротности

661470

4 продольным колебаниям, вызываемым той же периодической силой Мо, где М масса тела, подвешенного на струне. Из анализа продольных копебаний струны ус3 танавпивается 7., = y (a ). На систему струнного гравиметра, в которой массивное тело погружено в вязкую жидкость, действуют силы, определяемые уравнением

M(g Z)4hZ< К(А Е) =-МЯ Ыл Я.4 (6) где Z - скорость перемещения нижнего конца струны, равная скорости перемеще ния массивного тела;

И - коэффициент, характеризующФ зависимость усилии от скорости;

К - продопьная жесткость струны, Я - упругая деформация струны под действием сипы М(Ю.. Z - упругая деформация струны под действием с ипы M Z .

Так как при отсутствии возмущающих ускорений струнного гравиметра. Корпус гравиметра помещен в термостат (не показан), а чувствительная система электрически связана с частотомером. ,("(ля измерения ускорения силы тяжести возбуждают незатухающие поперечные колебания струны 2 и измеряют частоту этих колебаний, которая является мерой ускорения силы тяжести.

Частота копебаний струны 3 и ускорение силы тяжести (связаны соотношением = О, (i) где ос. — коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей системы.

В процессе гравиметрической сьемки гравиметр установлен на платформе, движущейся в горизонтальной плоскости. Этому движению ппатформы неизбежно сопутствуют ее копебания в вертикапьной плоскости, в,резупьтате чего на платформу действуют ускорения а, приближенно описываемые законом

/4 ь Ка О, (7) то внутри ограниченной зоны, в которой можно принять (= сопИ

Z+2K Z+MX=-Q 311 1Я1, где (o) - амппитуда вертикапьных возмущающих ускорений, Я вЂ” круговая частота, t — тек ушее время, (8) где

И.

2C. — О1= — („1 > Я. и ) м

В резупьтате решения дифференциального уравнения (8) получим уравнение продопьных колебаний массивного тела

Z Z 4Ps1 п(Я . - j (9) Под действием ускорений с(массивное тело гравиметра относительно корпуса будет подвержено действию ускорения

2=фа) и частота поперечных колебаний с труны f составит

4 =oL g+Z, () где Z, - амплитуда колебаний: — запаздывание фазы копебаний.

О -о ) 2 2 и (— -(— (1о)

М =

_#_Q. (xx)

Подставляя значения Е из уравнения (9) в уравнение (5) и интегрируя его на интервале осреднения ht = t2- 11 внутри которого q -- const получим выражение дпя погрешности 2) измерения средней величинй ускорения силы тяжести на этом интервале за счет вертикальных возмущающих ускорений где Z<((Изменение частоты поперечных коле- 4 баний у4 с достаточной точностью опредепится выражением

it=f «=ы.)12-. ((=ю(- (Х)), так как на основании (1) г (4) где а У - кажущееся изменение сипы тяжести, то

"2 и - (5)

Наряду с измеряемыми поперечными колебаниями струтя)(яоспедняя подвержена и

Z 43 Г. z ()(+ — (ein2(Яt -y)-.einZ(tt(— g)J- ——

1 gR(t-<,) 2 ° 8

2 2 2

t t -,, (г., * ь(ж-1)а-Г)ГГ )1z&ein (Qt-g)dt - -ф — ;(eee(Qt-1)- о (я -g)je

1.

2. 1

t, t(661479

Очевидно, что второй член в результате интегрирования,значитнд,но меньше IIepвого. Тригонометрическое выражение в квадратных скобках при первом члене характеризует неосредненную величину возмущающего ускорения и численно находится в пределах от 0 до 2 при ве роятном значении равном единице. Учитывая это и уравнение (10) получим или а 1 1 а 1 2 1)g (14) 4 2 а где с(= !+

20 4

Первый чпен уравнения (14) характеризует случайную погрешность измерения, возникающую под влиянием вертикальных возмущающих ускорений с амппитудой сфс, второй - систематическую погрешность (эффект Броуна). Множитель

1/f в. первом числе уменьшает погреш ность, что эквивалентно однократному сглаживанию результата измерения, а множитель 1gq2 во втором члене много- кратно уменьшает величину систематической погрешности. Эффект уменьшения систематической погрешности, например, на частоте возмущающих ускорений Р 0,2 Гд (наиболее распостраненная частота прй измерениях на море) снижается до 0,006.

Уменьшение эффекта достигнуто благодаря тому, что массивное тело выполнено с поперечными ребрами, а пространство между ..

40 которыми входит кольцевой выступ, связанный с корпусом.

Так как результаты исследований показали, что снизить эффект Броуна до достигнутых величин уменьшением радиальных или осевых зазоров между массивным телом и корпусом до величины меньшей

0 25 радиуса R массивного тепа не удается, в предлагаемой конструкции съохранены максимальные зазоры 6 равные

8 = 0,25R.

С другой стороны увеличение зазоров вызывает усиление динамических температурных эффектов за счет увеличения обьема жидкости. Эксперименты показывают, что до 8 0,35R эти динамические температурные эффекты находятся в допустимых пределах.

Использование изобретения позволит применить струнный гравиметр дпя выполнения высокоточной гравиметрической сьемки в условиях больших возмущающих ускорений, свойственных морской сьемке.

Это позволит в значительной степени заменить дорогостоящую дискретную донную съемку набортной, что и определяет высокую экономическую эффективность использования изобретения. При этом конструкция гравиметра и технология его изготовления не усложняются.

Формула изобретения

Струнный гравиметр по авт. св.

¹ 294118, отпичающийс я. тем, что, с цепью повышения точности измерений, на массивном тепе усФановпены поперечные ребра, в пространство между которыми с зазором не менее 0,25 и не более 0,35 радиуса массивного тепа введен кольцевой выступ, жестко связанный с корпусом.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 294118, кп. G 01 V 7/02, 1968.

661479

f0

Я

12 ф

Составитепь Ю, Евдокимов

Редактор А, Абрамов Техред Л. Алферова КорректорО. Ковинская

Заказ 2460/47 Тираж 696: Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР ж депеша изобретений и открытий

113Î35, Москва, ?K-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, уп. Проектная, 4