Способ измерения низкочастотных гравитационных сигналов

 

Сеюэ Соаетскнк

Социалистических

Реслублин

О П И С А Н И Е 771

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 11.10.78 (21) 2684139/18-25 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 15.10,80. Бюллетень №38

Дата опубликования описания17. 10. 80 (51) м. к.э

G 01 V 7/10

Государственный комитет

СССР по делам иэобретений и открытий (53) УДК 550.830 (088,.8) (72) Авторы изобретения

М. И. Киселев, В. А. Кузиванов и В. М. Попов (71 ) За яв и тел ь

Ордена Ленина институт физики.Земли им. О. Ю. Шмидта AH СССР (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НИЗКОЧАСТОТНЫХ

ГРАВИТАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ + Д Ф+ и0 + 1 (9 -О ) т =О г (о 1

Изобретение относится к области точного приборостроения и предназначается для прецизионных измерений, например, в гравиметрии, для измерения вторых производных гравитационного потенциала.

Известен способ измерения низкочастотных гравитационных сигналов с помощью горизонтальных крутильных 10 весов, при котором регистрируется период собственных крутильных колебаний, несущий информацию о переменном гравитационном сигнале (1) . Недостатком этого способа является не- 15 обходимб .ть удлинения нити подвеса для увеличения чувствительности, что увеличивает габариты прибора.

Известен также способ измерения низкочастотных гравитационных сигна- 2О лов с помощью крутильных весов, заключающийся в измерении амплитуды вынужденного движенияГ2 .

Недостатком данного способа является невозможность значительного уве-25 личения чувствительности крутильной системы без увеличения длины нити подвеса, а следовательно, и габаритов прибора; увеличение чувствитель .ности за счет уменьшения диаметра 30 нити подвеса ограничивается опасностью обрыва нити под действием вибраций и ударов. К недостаткам способа относится также сравнительно низкая чувствительность к воздействиям, частоты которых близки к частоте собственных колебаний, однако выходят эа пределы полосы пропускания.

Цель изобретения — расширение полосы пропускания измеряемого сигнала в области низких частот без изменения габаритов крутильной системы.

Указанная цель достигается тем, что измеряют фазу крутильного движения, формируют внешний управляющий сигнал, амплитуду и частотный спектр которого определяют исходя из условий парамЕтрической неустойчивости, по уравнению крутильного движения, содержащему периодические коэффициенты: где Ч(6 — 0„) — периодический кох эффициент, задаваемый внешним управляющим воздействием;

771593 параметрического усиления с коэффициентом усиления К зс -тл л где Q - добротность системы.

При этом увеличение чувствительности происходит не только в области резонанса, когдаи>„ равна собственной частоте осциллятора Во, но в общем случае, при и)о/Юн =й/2 (N 1,2,3 хотя при N>2 йорог параметрического усиления повышается. Одновременно . "расширяется полоса пропускания системы в окрестности каждой из выбранной частот в соответствии с диаграммой ййнса-Стретта.

На чертеже представлена схема для осуществления предложенного способа.

На упругой нити 1 подвешено коромысло 2 с зеркалом 3, образующим вме @ сте с осветителем 4 и приемно-регистрирующим блоком 5 систему индикации крутильных движений маятника. На корпусе 6 закреплен вибродвигатель 7, логическое устройство 8 и генератор

25 накачки 9.

Предлагаемый способ заключается в следующем. Крутильная система, состоящая из коромысла с грузами и нити, под действием внешнего низкбчас gg тотного сигнала поворачивается на угол 0„, измеряемый системой индикации. Генератор накачки 9 выдает сигнал определенной формы(импульс, постоянное смещение, гармоническое воздействие), который, поступая в логическое устройство 8, проходит вибродвигатель 7 только в определенной фазе крутильных колебаний, сигнал о достижении которой выбирается в приемно-регистрирующем блоке 5 и

4(),подается в логическое устройство 8.

Предложенный способ позволит изменить при проводимых на крутильных весах измерениях принцип параметрического усиления. В частности, расши4 ряется. полоса пропускания системы как за счет увеличения чувствительно-. сти на собственной частоте, так и за ,счет появления новых частот пропус. кания, соответствующтих частотам па.раметрической неустойчивости.Увеличение чувствительности обратно пропорционально разности накачиваемои енергии и посерь, унелинанаясь

»и «,» при их сближении. Так, при

=0,9 К„ =10.

Выбирая параметры крутильной си- 55 стемы и вынуждающего воздействия определенным образом, можно осуществить накачку энергии в крутильную степень. свободы с определенной частотой и амплитудой, исходя из диаграммы Айнса- 5О

Стретта, определяющей области парамет рической устойчивости и неустойчивости нестационарной системы.

Таким образом, круткльные весы получают возможность работать в режиме ф5

Формула изобретения

g 4 — скорости маятнико1 1 вых качаний; — угол закручивания крутильной системы

d. — затухание;

el - собственная часто-. о та крутильных колебаний;

Ч вЂ” коэффициент, принимающий значения от

0 до 1,,и преобразуют его в механический импульс, воздействующий на осно,вание крутильных весов.

Известно, что в уравнении горизонтальных крутильных весов, на основание которых действуют инерционные ускорения, появляется динамическая составляющая крутильной жесткости кдь

Эта составляющая является функцией скорости и маятниковых качаний

К= Ч Т(6 -Q„), где Р— момент инерции коромысла, и в зависимости от закона изменения инерционных ускорений может меняться во времени. Так как крутильная жесткость является энергоемким параметром, то при ее изменениях может происходить как накачка энергии в крутильную степень свободы, так и ее откачка. Относительная величина перекачиваемой энергии будет определяться следующим образом:

t и — (Ч (О -9 )(Н аю т (И К бP где м — энергия осциллятора(крутильной системы);

m - константа, определяется зако" ном измерения энергоемкого параметра во времени»

Ti- период крутильных колебаний.

Маятниковые колебания крутильной системы со скоростями 01, и 8, которые можно вызвать внешнйми воздействиями, будут состоять из вынужденных и свободных движений, затухание которых, определяемое добротностью по этим степеням свободы, будет до. вольно быстрым по сравнению с затуханием крутильных движений.Следова тельно, длительность маятниковых качаний будет ограничиваться временем действия вынуждающего воздействия и временем затухания свободных движений.

Способ измерения низкочастотных гравитационных сигналов с помощью крутильных весов, заключавшийся в измерении амплитуды вынужденного движейия, отличающийся тем, что, с целью расширения полосы пропускания измеряемого сигнала в облас771593 где Ф(6* — О ) ВНИИПИ Заказ 6689/57 Тираж 649 ПодписноеФилиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4 ти низких частот, измеряют фазу крутильного движения, формируют внешний управляющий сигнал, амплитуду и час,тотный спектр которого определяют из условий параметрической неустойчивос" ти ° исходя из уравнения крутильного движения, содержащего периодические коэффициенты.

- периодический коэффициент, задава- емый внешним упра= вляющим воздействиему

8„, 0 — скорости маятнико-. вых качаний;

Ч вЂ” угол закручивания крутильной системы) А — затухание

Й - собственная часто-

° 2 та крутильных колебаний;, Ч - коэффициент, при5 нимающий значения от 0 до 1, и преобразуют его в механический импульс, воздействующий на основание крутильных весов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Веселова К. E Сагитов M. у..

Гравиметрическая разведка. M., "Недра", 1969, с. 212-220.

2. Сорокин Л. В. Гравиметрия и гравиметрическая разведка. N., Гостоптехиэдат, 1953, с. 255-260(прототип).