Вертикальный гравитационный градиентометр
ОП И САНИ Е
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
"(i i)7444I6
Ьоз СоебйийХ соцвелиотичеоиих
Рвовублии (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 06.05.76 (21) 2357119/18-25 с присоединением заявки Хе (23) Приоритет (43) Опубликовало 30.06,80. Бюллетень Хе 24 (45) Дата опубликования описания 30.06.80 (51) М Кл з
G 01V 7/14
Госудератееиоый комитет (53) УДК 550.830 (088.8) ло далем изобретений и открытий (72) Авторы изобретения
Ф. Ф. Менде и В. А. Чаркин (71) Заявитель
Физико-технический институт низких температур
АН Украинской ССР (54) ВЕРТИ КАЛ ЬН Ы Й ГРАВИТАЦИОННЫЙ
ГРАД И Е H TOM ETP
Изобретение относится к устройствам для измерения гравитационного поля Земли, более конкретно, к устройствам для измерения вертикальной составляющей силы тяжести. 5
В устройстве (1), к различным концам коромысла подвешены два тела одинаковой массы, но имеющие подвески различной длины. Так как на нижнюю массу действует сила большая, чем на верхнюю, то ко- 10 ромысло весом отклонится от положения равновесия. Величина угла поворота показывает величину вертикального градиента силы тяжести.
Недостатком данных устройств являются 15 высокие требования, предъявляемые к постоянству масс и длины плеча.
Известно устройство, предназначенное для осуществления измерений методом гра- 2о виметров, разнесенных по высоте (2).
Измерения могут проводиться либо одним гравиметром на разных высотах, либо двумя гравиметрами, разнесенными по вертикали. Чувствительность в 10Е обеспечивается при измерении ускорения силы тяжести с точностью в 0,3 мкгал гравиметрами, разнесенными по высоте на 3 м. При измерении на подвижном основании устройство ле обладает достаточной точностью. 30
Известно устройство, основанное на баллистическом методе (3), содержатцее две свободно падающие массы, передатчик и приемник. В указанном устройстве свободно падающие массы выполняются в виде оптических устройств (ретрорефлекторов), дающих отраженный луч, направленный
napaëëåëün0 и противоположно падающему лучу. Интерференция отраженных лучей двух ретрорефлекторов воспринимается приемником, выходной сигнал которого является мерой изменения расстояния между свободно падающими массами. Изменения частоты следования импульсов, поступающих с приемника, непосредственно связаны с вертикальной составляющей градиента силы тяжести.
Устройство имеет низкую чувствительность, повышение которой ограничено минимальной длиной волны лазера, так как в процессе свободного падения расстояние между ретрорефлекторами должно измениться на величину, превышающую несколько длин полуволн излучаемого лазером сигнала. К недостаткам известного устройства можно отнести и большие габариты.
Целью изобретения является повышение точности измерения вертикального градиента и уменьшение габаритов установки.
744416
50
Указанная цель достигается тем, что в известном гравитационном градиентометре, содержащем две свободно падающие массы, передатчик и приемник, передатчик включает две свободно падающих массы, одна из них выполнена в виде резонатора, включенного между генератором и усилителем, к выходу которого подключена передающая антенна, вторая — в виде призмы, связанной стержнем с торцовой стенкой резонатора, установленной с возможностью свободного падения относительно боковых стенок.
Изобретение поясняется чертежом, где приведена схема устройства.
Резонатор 1 включен между генератором
2 и усилителем 3, к выходу которого подключена передающая антенна 4. Генератор 2, резонатор 1 с торцовой стенкой 5, усилитель 3, передающая антенна 4 образуют передатчик 6. Одна из свободных падающих масс образована генераром 2, резонатором 1, усилителем
3 и передающей антенной 4, другая падающая масса 7 — торцовой стенкой 5 резонатора 1, соединительным стержнем 8 и призмой 9.
Приемник 10 состоит из приемной антенны 11, предварительного усилителя 12, выход которого, как и выход опорного генератора 13, подключены ко входу смесителя 14.
Выход смесителя 14, который является и выходом приемника 10 соединен со входом частотомера 15, к другому входу которого подключен блок команд 16, а к выходу аналого-вычислительное устройство 17. Выход блока команд 16 соединен со входом системы отпуска свободно падающих масс (на чертеже не показана) .
Устройство работает следующим образом.
Частота генератора 2, работающего в режиме затягивания, однозначно связана с частотой резонатора 1, возбуждаемого колебаниями типа Н, ь Во время свободного падения расстояние между центрами свободно падающих масс увеличивается пропорционально вертикальной составляющей градиента силы тяжести, что приводит к сдвигу собственной частоты резонатора, а, следовательно, и к сдвигу частоты передатчика 6. Сигнал с передатчика 6 поступает на смеситель 14 приемника 10 через усилитель 12. В смесителе 14 происходит вычитание частот сигналов, поступающих с передатчика и эталонного генератора 13.
Сигнал разностной частоты поступает на частотомер 15, который включается в определенные моменты времени импульсами, поступающими с блока команд 16. Лпа,ioro-вычислительное устройство 17 производит сравнение частот передатчика 10 за интервалы времени покой — свободное падение, причем информация выдается непосредственно в этвешах.
Измерения проводятся следующим образом: измеряется частота передатчика б при верхнем положении свободно падающих масс, затем блок команд 16 вырабатывает команду к отпуску масс и сброса показаний частотомера 15, через незначительный интервал времени — команду к запуску частотомера 15. Частотомер 15 измеряет усредненное значение частоты за время свободного падения масс. На время подьема частотомер 15 отключается и включается только после того, как свободно падающие массы займут верхнее положение.
Опорный генератор 13 и смеситель 14 служат для повышения разрешающей способности установки.
Стержень 8 и призма 9 увеличивают расстояние между центрами свободно падающих масс.
Чувствительность устройства может быть определена по формуле:
df 1Р аW 2 где l — расстояние между центрами тяжести масс;
df — изменение собственной частоты резонатора;
d Wzz — изменение вертикальной составляющей градиента силы тяжести;
1 — время свободного падения; ! г — крутизна перестройки колебательного контура.
Если колебательный контур выполнен в виде резонатора, возбужденного на типе колебани" H„„, то
К = = — 0,145 —, dZ
df где — — величина характеризует изменение резонансной частоты резонатора в зависимости от изменения торцовой стенки резонатора;
f, — собственная частота резонатора;
L — длина резонатора.
Предложенное устройство обеспечивает более высокую точность по сравнению с известным.
Ф ор мула изобретения
Вертикальный гравитационный градиентометр, содержащий две свободно падающие массы, передатчик и приемник, отлич а ю щи и с я тем, что, с целью повышения точности измерений и уменьшения габаритов устройства, массы включены в передатчик, при этом одна из них выполнена в виде резонатора, включенного между генератором и усилителем, к выходу которого подключена передающая антенна, вторая— в виде призмы, связанной стержнем с торцовой стенкой резонатора, установленной с возможностью свободного падения относительно боковых стенок, 744416
Составитель А. Чупрунова
Техред А. Камышникова
Редактор Н. Коляда
Корректор О. Гусева
Заказ 1750j5 Изд. Хв 354 Тираж 649 Подписное
НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5
Типография, и р. Сапунова, 2 г
Источники информации, иринятые во внимание при экспертизе
1. Авторское свидетельство СССР № 212663, кл. G 01 V 7/08, 1966.
I
1
1
1
1 !
1
1
1
1 !
2. Technical pszuk, 1972, v. 11 № 39, р. 10 — 13.
3, Патент США № 3688584, кл. 73-382, опуолик. 1974 (прототип), I
1
1
1
1
