Гравиметр для измерения ускорения силы тяжести

 

"е х. н %, асафа, от,и

Союз Советски а

Социалистмческмх

Республик

ОП ИСАНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

< 775703 е (6l ) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Занвлено 02.06.7 8 (21) 2623993/18-25 (5t)M. Кл..

6 01 V 7/02 с присоединением заявки .%

Гееударстевккый квмктет (23 ) П ркори тет ао Лелаат лзобретенкй к юткрыткй

Опубликовано 30.10.80. Бюллетень .% 40

{53) УЛК 550.830 (088.8) flàTà опубликования онисакня 10.11.80

Д. Г. Гриднев, Г. О. Крылов, В. А. Ку.зиванов, И. И. Науменко-Бондаренко, В. Н. Стадниченко и С. П. Фомин (?2) Авторы изобретения

Ордена Ленина институт физики Земли им. О. Ю. Шмидта (7I) Заявитель (54) ГРАВИМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ

СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

Изобретение относится к обла ти геофизики, в частности, к устройствам для измерения у.скорення силы тяжести на подвижном основании.

Известны гравиметры для измерения ускорения силы тяжести на подвижном

S основании, содержащие чувствительный элемент, выполненный в виде горизонталь ного маятника, подвешенного на горизонтальных упругих китях, термостат, фото1О электрический преобразователь, регистратор. Для уменьшекия влияния инерциальных ускорений на маятник его размещают в демпфируюшей жидкости 11.

Наличие сильного демпфирования чув15 ствительного элемента приводит к увеличению времени переходного процесса прибора и к значительному искажению амплитудно-фазовой характеристики сигнала. Кроме того, эти гравиметры характеркзуются большим смещением нульпункта, достигающим 2-3 мгл. в сутки.

Перечисленные факторы приводят к умень шению точности измерения.

Известны гакже гравиметры, содержащие металлический чувствительный элемент, выполненный в виде горизонтального маятника, подвешенного на горизонтальном упругом подвесе, измерительную и главную пружины, электромагнитный демпфер, фотоэлектрический преобразователь, термостат, регистратор (21.

При высокой анпаратурной точности этим приборам также присуши амплитудно-фазовые искажения сигнала.

Наиболее близким техническим решением к предложенному является кварцевый гравиметр, содержащий горизонтальный маятник на упругих нитях, помещенный в демпфируюшу.ю жидкость, главную и измерительные пружины, фотоэлектрический преобразователь, термостат, устройство обратной связи, регистратор (3, 41.

Благодаря обратной связи в приборе уменьшены систематические погретцности, обусловленные влиянием горизонтальных и вертикальных ускор ний. Однако в этом

3 77 гравиметре, как и в вышеупомянутых, наблюдаются больше амплитуднсфазовые искажения сигнала. Кроме того, нуль пункт этих приборов, как правило, не менее 2 мгл в сутки.

Целью изобретения является повышение точности измерения за счет уменьшения дрейфа нульпункта гравиметра, амплитудно-фазовых искажений сигнала и влияния вертикальных инерциальных ускс рений.

Поставленная цель достигается тем, что в чувствительную систему введены юстировочный винт с упругой пружиной и дополнительная упругая система, состоящая из горизонтально расположенного маятника, подвешенного в монтажной рамке, соединенной с основанием системы на горизонтальных упругих нитях и связанного с юстировочным винтом пбсредством упругой пружины винта, при этом чувствительная кварцевая система и дополнительная упругая система связаны между собой главной пружиной так, что один конец пружины жестко закреплен на рычаге кварцевой системы с той же стороны относительно нитей подвеса, с которой находится центр масс маятника этой системы, а второй конец закреплен на рычаге дополнительной системы, который является продолжением маятника дополнительной системы и расположен относительно нитей подвеса с противоположной центру масс маятника стороны.

Предлагаемый гравиметр показан на чертеже.

Ch содержит маятник 1 чувствитель ной системы, нити 2 подвеса маятника чувствительной системы, измерительную рамку 3 чувстительной системы, рычаг 4 диапазонной пружины, диапазонную пружину 5, диапазонный винт 6, рычаг 7 измерительной .пружины, измерительную пружину 8, микрометренный винт 9 отсчетного устройства гравиметра, нити подвеса 10 измерительной рамки, монтажную рамку 11 чувствительной системы, основание 12 системы, рычаг 13 главной пружины, соединенный с маятником чувствительной системы, главную пружину

14, маятник 15 дополнительной системы, монтажную рамку 16 дополнительной системы, нити 17 подвеса маятника дополнительной системы, юстировочный винт 18, юстировочную пружину 19, рычаг 20 главной пружины, связанный с маятником дополнительной системы:, осветитель 21, зеркало 22 маятника чув5703 4 ствительной системы, фотоприемник 23, регистратор 24.

Гравиметр работает следующим образомм.

Световой поток лампы осветителя 21, отражаясь от зеркала 22, падает на фс топриемник 23. В цепь фотоприемника включен регистратор 24. При горизонтальном положении маятника 1 световой поток расположен на составляющих фотоприемника симметрично относительно линии раздела, в цепи фотоприемника электрический ток равен нулю и регистратор запишет прямую линию. При отклонении

IS

И

4Ц маятника от горизонтального положения в цепи фотоприемника появится ток соответстующего знака и величины, что и будет зафиксировано на регистраторе.

Как видно из чертежа, чувствительная и дополнительная системы работают навстречу друг другу, поэтому при изменении ускорения силы тяжести гравиметр будет регистрировать разностной эффект этого изменения. Исходя из этого положения„при изготовлении системы гравиметра необходимо задать большую угловую чувствительность основной f чувствительной) системе и малую угловую чувствительность дополнительной системе к измерению ускорения силы тяжести с тем, чтобы разностной эффект изменения ускорения силы тяжести оставался значительным.

Как известно дрейф нульпункта гравиметра зависит от величины деформации упругих элементов — чем больше деформация, тем больше дрейф нульпункта. Поэтому при изготовлении системы гравиметра необходимо задать малую деформацию упругим элементам основной системы (главной пружине) большую деформацию упругим элементам дополнительной системы (ее нитям подвеса) с таким расчетом, чтобы разностный дрейф нульпункта системы гравиметра был близким к нулю.

Несмотря на то, что разностный дрейф нульпункта системы гравиметра будет близким к нулю, каждая из систем (основная и дополнительная) будут иметь свой дрейф нульпункта. Дрейф нульпункта основной системы будет постоянно компенсироваться дрейфом нульпункта дополнительной системы. При этом маятник основной системы будет все время находиться в горизонтальном положении (при н ..— кзменном ускорении силы тяжести), н маятник дополнительной системы бч т постепенно отклоняться вниз. Поз гс 1у

77 5703 со времене м маятник дополнительной системы отклонится от положения минимума чувствительности к наклону. При помощи пружины 19 и винта 18 маятник дополнительной системы приводится в горизонтальное положение, а рассогласование при этом системы гравиметра усгра- . няется при помощи пружин 5, 8 и винтов

6, 9.

Если дрейф нульпункта системы грави- 30 метра положительный (маятник основной системы отклоняется вниз), необходимо увеличить угол закручивания нитей 17.

Подбирая угол закручивания нитей 17, можно полностью исключить дрейф нуль пункта грави метра.

Под действием инерциальных ускорений оба маятника будут совершать синхронные колебания. Сцнако наличие упругой пружинной связи между ними будет 20 приводить к ослаблению амплитуд их отклонения. Подбирая моменты инерции маятников 1 и 15 и моменты, создаваемые главной пружиной 14, можно добиться такого положения, что для основного 25 периода (например 6) возмущающих вертикальных инерциальных ускорений их влияние на систему гравиметра будет близким к нулю. Для других периодов возмущающих ускорений их влияние на по- щ казания гравиметра также будет значительно уменьшено (чем ближе период возмущающих ускорений к основному, тем лучше будет исключаться их влияние на показания гравиметра).

Маятники системы гравиметра слабо демпфированы и это обстоятельство позволит значительно уменьшить амплитуднофжовые искажения сигнала

Температурная компенсация макета гравиметра осуществлялась методом гюменения плеча маятника основной системы. Период собственных колебаний маятника основной системы был равен 6, с - дополнительной — около 0,5 с. Угол закру- чивания нитей подвеса маятника дополнительной системы был равен 70О их длина равна 10 мм, диаметр около 40 мк. Главная пружина имела 20 витков, диаметр пружины равен 11 мм. Шлг навивки пружины 0,5 мм, растяжение пружины равно 70 мм.

Исследовл!и!я показали, что предлагаемый гран>! метр 1! меет l03Ho÷ит>>льный

>!ц>ейф нульпу>1ктл> н» прево(>!!аюи!Ий

0,01-0,03 мгл в сутки. 11ричем дрейф был знакоп> р >е>!>!!,>>,!, что л>ожно объяснить >!екото1>имл кол> б>;ш>!я>!и температуры «нут1>и >>р>>! < 1 а Г::у..>.!»! ш >й дрейф нульпункта гравиметра за месяц составил -0,2 мгл.

Формула изобретения

Гравиметр для измерения ускорения силы тяжести, содержащий корпус, чувствительную> кварцевую систему, состояшую из маягяика с зеркалом, подвешенного на горизонтальных нитях в измерительной рамке, снабженной измеритель ной и диапазонной пружинами и закрепленной на горизонтальных нитях в монтажной рамке, главную пружину, фотоэлектрический преобразователь, термостат, отсчетное устройство и регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения эа счет уменьшения дрейфа нульпункта гравиметра, амплитудно-фазовых искажений сигнала и влияния вертикальных инерциальных ускорений, в чувствительную систему введены юстировочный винт с упругой пружиной и дополнительная упругая система, состоящая из горизонтал!.но расположенного маятника, подвешенного в монтажной рамке, соединенной с основанием системы, на горизонтальных упругих нитях и связанного с юстировочным винтом посредством упругой пружины винта, при этом чувствительная кварцевая система и дополнительная упругая система связаны между собой главной пружиной так, что один конец пружины жестко закреплен на рычаге кварцевой системы с той же стороны относительно нитей подвеса, с которой находится центр масс маят ника этой системы, а второй конец закреплен на рычаге дополнительной системы, который является продолжением маятника дополнительной системы и раоположен относительно нитей подвеса с противоположной центру масс маятника стороны.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Веселов К. Е., Сагитов М. У.

Гравиметрическая разведка, Недра, 1968, с. 109-212.

2. Патент США Ие 3583.225, кл. 73-382, 1965.

3. Авторское свидетельство СССР

34 354385, кл.6 01Ч 7/02, 1970 (прототип).

4. Прикладная геофизика, вип. 79, М., Недра, 1975, с. 159 — 170 (прототип).

77 5703

Составитель A. Чупрунова

Редактор Н. Коляда Техред Е.Гавра веко

Корректор Г. Решетннк

Подписное

Филиал 11ПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 77 59/61 Тираж 649

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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