Горизонтальный крутильный маятник

 

M И. Киселев, Г. О. Крылов, В. А. Кузиванов, И. И. НауменкоБондаренко и В. М. Попов (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта АН СССР (7!) Заявитель (54) ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ КРУТИЛЬНЫЙ МАЯТНИК

Изобретение относится к точному приборостроению н предназначено для прецизионных измерений, например в гравиметрин, для измерения производных ускорения силы тяжести, при определении значений гравитационной постоянной.

Известно устройство с горизонтальным крутильным маятником, содержащее корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла с грузами, подвешенного на крутильной .

1О нити, и систему индикации, регистрирующую угол поворота чувствительного элемента (1).

Такое устройство позволяет измерять производные W Ô „W, W с точностью порядка

1 — 5 этвеш, что часто бывает недостаточным.

Известно также устройство с горизонтальным крутильным маятником, содержащее корпус, чувствительный элемент,выполненныйв виде коромысла с грузами, подвешенного на крутильной нити и помещенного в вакуум, и систему

20 индикации, регистрирующую период крутильных колебаний чувствительного элемента (2).

Этн конструкции широко применяются при проведении прецизионных измерений в физике и геофизике. Чувствительность таких маятников определяется, в основном, прочностными характеристиками упругой крутильной нити и ее размерами (длиной и диаметром) и не может быль изменена без замены крутильной нити. Возможности увеличения чувствительности также ограничиваются из-за невозможности черезмерного увеличения длины нити и уменьшения ее диаметра, причем последнее приводит к увеличению дрейфа нуля прибора и увеличению возмЮкности обрыва при ударах и сотрясениях.

Наиболее близким к предлагаемому является компенсатор силы тяжести, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла с грузами, подвешенйого на крутильной нити, и систему индикаа и и дополнительно содержащий четыре поперечно расположенных груза, размещенных симметрично относительно коромысла. Эти дополнительные грузы, создавая за счет собственного гравитационного поля добавочную динамическую крутильную жесткость, могут менять, уменьшая или увеличивая, чувствительность крутильной системы, К -(1 3 1(б 8 ! где В 1 — квадраты скорости маятниковых ! качаний коромысла относительно взаимно перпендикулярных горизонтальных осей Х и У;

J> z — моменты инерции коромысла отно1 сительно продольной и поперечной осей.

Эта искусственно созданная динамическая крутиЛьная жесткость может увеличивать или уменьшать общую крутильную жесткость прибора и, следовательно, изменять чувствительность крутильного маятника, не меняя толщины крутильной нити и не внося искажений в гравитационное поле окрестностей коромысла.

Расчеты показывают, что вибрирование точки подвеса маятника, имеющего добротность

1000 и период собственных колебаний 10 с, на . частоте 5 Гц с амплитудой 0,15 — 0,18 мк дает увеличение чувствительности в 1,4-3 раза, 40

55 что приводит к расширению измерительных возможностей прибора (3).

Недостатком такого компенсатора является сравнительно небольшая эффективность создания дополнительной жесткости из-эа черезвычайно малой величины гравитационных сил, что приводит к увеличению веса и габаритов прибора и искажению гравитационного поля в окрестности коромысла, которое трудно учесть с высокой точностью и которое усиливается с lO увеличением массы грузов компенсатора.

Цель изобретения — увеличение чувствительности и расширение измерительного диапазона прибора без искажения гравитационного полн в окрестности коромысла чувствительного эле- 15 мента и без значительного увеличения веса и габаритов прибора.

Указанная цель достигается тем, что в устройство введены установленный на корпусе и механически связанный с узлом крепления уп- 20 ругой нити вибродвигатель и стабилизированный по частоте и амплитуде генератор синусоидальных колебаний, подключенный к вибродвигателю.

Увеличение (или уменьшение) чувствительности горизонтального маятника достигается за счет создания вибраций точки подвеса упругой крутильной нити в горизонтальной плоскости, вызывающих, в свою очередь, маятниковые качания чувствительного элемента. Известно, что маятниковые качания создают дополнительную динамическую жесткость К, пропорциональную разности квадратов угловых скоростей коромысла

На чертеже изображен крутильяый ь;аятник, обшкч вил.

Горизонтальный крутильный маятник имеет корпус 1, чувствительный элемент 2, систему крепления нити 3 и систему индккацки 4. На корпусе 1 вблизи узла крепления нити 3 помещается вибродвигатель 5, управляемый стабилизированным по частоте и амплитуде генератором синусоидальных колебаний 6.

Горизонтальный крутилькый маятник paGoтает следующим образом.

Генератор 6 подает сигнал на вибродвигатель, который создает гармонические колебания корпуса и всесте с ним узла крепления 3. Под действием 3ТНх колебаний coagaNTca iармонкчсскке

1 качанич коромысла, мекк..ашке кр:,",э.лысую >;:есткость. Подбирая часто;у к а гплктуду вибрации вибродвигателя, можно менять величины динамической и общей крутильной жесткости. Выходной параметр, угол поворота или частота крутильных колебаний замеряется системой индикации, которая фиксирует положение коромысла относительно оси, параллельной той, вокруг которой создаются маятниковые качания.

Такое выполнение горизонтального крутильного маятника позволит создать прибор с широким измерительным диапазоном и высокой чувствительностью.

Формула изобретения

Горизонтальный крутильный маятник, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла с грузами, подвешенного на упругой крутильной нити, и систему индикации, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона и увеличения чувствительности прибора за счет создания дополнительной динамической жесткости круткльной нити, в него введены установленный на корпусе и механически связанный с узлом крепления упругой нити вибродвкгатель и стабилизированный по частоте и амплитуде генератор синусоидальных колебаний, подключенный к вибродвигателю.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Сорокин Л. В. Гравкметрия к гравкметрическая разведка, Гостоптехкздат, 1953, с. 242.

2, Berman D, Gravity Gradiometer Computer

Моде! for simulated Gradient Contour Mapping.

RSJ vol. 38,10,1967.

3. Сагитов М. У. Постоянная тяготения и масса Земли. "Наука"„1969, с. 188 (прототип).

697946

Составитель А, Чупрунова

Техред Э.Чужик

Редактор Л. Веселовская

Корректор Ю. Макаренко

Заказ 6560/15

Подписное

Тираж 688

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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