Горизонтальный крутильный маятник

 

ОПЙСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соеетскии

Социалистических

Республик

<п789965

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.02. 79 (21) 2722520/18-25 с присоединением заявки ¹ (51)М. Кл.

Q 01 ч 7/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений н открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 231280, Бюллетень ¹ 47

Дата опубликования описания 25.12.80 (53) УДК 550.8З0 (088.8) (72) Авторы изобретения

М.И. Киселев, В. A. Кузиванов и В.М. Попов (71) Заявитель

Ордена Ленина институт физики Земли им. О. K). Шмидта АН СССР (5 4 ) ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ КРУТИЛЬНЫЙ МАЯТНИК

39+ Ь6+ (K тие„+ Kg) 6 = f

Изобретение относится к точному приборостроению и предназначено для прецизионных измерений, например в гравиметрии, для измерения вторых производных гравитационного потенциала.

Известно устройство с горизонтальным крутильным маятником, чувствительная система которого выполнена в виде коромысла с грузами, подвешенного на крутильной нити, и помещена в вакуум, а система индикации регистрирует период крутильных колебаний 11)

Недостатками этого устройства являются слабая помехозащищенность и затухание собственных крутильных колебаний, ограничивающих точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство с горизонтальным крутильным маятником, содержащее корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла с грузами, подве— щенного на упругой крутильной нити, систему индикации, вибродвигатель, усТановленный на корпусе, и стабилизированный по амплитуде и частоте генератор синусоидальных колебаний

Г23

Недостатком этого устройства так же является ограниченная из-эа слабой помехозащищенности точность измерений.

Цель изобретения — повышение точности измерений прибора за счет уменьшения влияния помех на результат измерений.

Укаэанная цель достигается тем, что в устройство вместо вибродвигателя, работающего по гармоническому закону, вводят вибродвигатель, эа15 дающий механические колебания в виде импульсов, а управляющее устройство подключено к системе индикации через синхронизатор.

Известно, что помимо упругой со20 ставляющей К„„,определяемой упругостью закручйваемой нити, в крутильную жесткость К „р входит динамическая жесткость Ккр, создаваемая, на-(2 пример маят никовыми качаниями К «(9 25 g ).. 9

С учетом К с уравнение крутильных колебаний записывают в виде .

789965 где; 9 — угол поворота крутильной системы;

- момент инерции, Ь вЂ” коэффициент демпфирования, К„ К + К, — общая крутил = ная жесткость, К, -упругая(механическая )составляющая жесткости, F - внешняя сила, К - динамическая жесткость, закон изменения которой задают .искусственно, за счет, например маят- © никовых качаний крутильной системы, возбуждаемых под действием меняющихся по определенному закону инерционных ускорений основания (точки крепления крутильной нити). B этом слу- i5 чае при выполнении соотношения;

te> Jmо= й)2, где: (e> — частота накачки, с которой меняется К Юо — собственная частота кру- Щ тильной системы, . и - 1,2,3 и т.д.

Изменение энергоемкого параметра К приводит к параметрической накачке энергии в крутильную степень свободы. Обеспечить изменение Кь, с часИ тотой ан предлагается за счет подачи на корпус механических воздействий, в спектре которых имеется частота

Щ . В частности, ввиду малой чувствительности маятниковых качаний к Эо поступательным ускорениям инфраниэ— кой частоты (uo ), последние не дают нужного эффекта и получают О н за счет периодического (с частотой @ о) воздействия в виде отдельных импуль- 3$ сов, ограниченных во времени цугов гармонических колебаний и т.д.

В зависимости от разности энергии накачки д% и энергии диссипации ф возможны два режима работы системы.4р

Режим параметрического усиления, при котором.,ó, () ц о где. m — глубина модуляции, К вЂ” коэффициент, определяемый законом изменения во вре- 45 мени; добротность системы, Фр — начальная энергия системз.

В этом случае наблюдается так называемый параметрический резонанс, 5р когда происходит усиление амплитуды колебаний от внешнего силового возмущения на частоте, близкой к (6o в

Я ф раэ, где. 0 эФФ 1-(юмОщ) 55 и коэффициент усиления такого параметрического усилителя записывается в виде .

kYc зфф /@

В таком режиме работы предлагае- 40 мое устройство используется для регистрации внешних переменных силовых воздействий. При уменьшении разности дФ - g® коэффициент усиления возрастает. 65

Режим параметрической генерации, осуществляемый при y4f — Д Ж )О . В этом случае амплитуда колебаний нарастает по закону@-(("" " ф-до тех пор, пока не ограничится в результате действия механизма ограничений колебаний.

Этот устойчивый цикл колебаний. характеризуется определенными значениями амплитуды 8, фазы и периодов колебаний Т, которые под действием внешних возмущений изменяются, но для каждого параметра по своему эакону. Так, при амплитудном ограничении величина стационарной фаз ф зависит от амплитуды накачки, а от расстройки по частоте не зависит, в то время, как ампЛитуда колебаний зависит от расстройки, но не зависит от амплитуды накачки.

Отсюда вытекает возможность раэделения действующих на крутильную систему возмущений различной природы и состава, а также возможность проведения измерений в режиме постоянной амплитуды, не воэв щаемой, например составляющей К инерционного (сейсмического) происхождения, и не испытывающей затухания колебаний.

Все зто способствует повышению точности измерений и улучшению сейсмозащищенности, особенно в режиме одновременного измерения амплитуды, частоты и фазы колебаний.

На чертеже схематическй изображено предлагаемое устройство, общий вид.

Устройство содержит корпус 1, крутильную нить 2, коромысло 3 с грузами, систему 4 индикации, управляющее устройство 5, вибродвигатель 6 и синхронизатор 7.

Горизонтальный крутильный маятник работает следующим образом.

Управляющее устройство 5 подает сигнал на вибродвигатель 6, который воздействует на корпус 1 механическим образом по определенному закону.

Эти механические воздействия вызывают изменение крутильной жесткости, К крутильной системы с частотой

NH . Изменяя величину сигнала на внбродвигатель 6, получают два режима работы устройства. Режим параметрического усиления, когда сигнал с системы 4 индикации подается на синхронизатор 7 для получения оптимального соотношения фаэ основного колебания и накачки, режим параметрической генерации, когда устройство работает как с синхронизатором 7, так и беэ него.

Применение предлагаемого устройства позволяет: увеличить точность проиэводимых на горизонтальном крутильном маятнике измерений. При измерениях угла поворота возрастает чувствительность к периодическим резонансным воздействиям силового характера. за счет увеличения добротности

789965

Формула изобретения

ВНИИПИ Заказ 9037/48 Тираж 649 Подписное

Филиал ППП Патент, r. ужгород, ул. Проектная, 4 Я (где n= 2, 3 и более), и воэрастает точность измерений эа счет сужения полосы пропускания.

В случае когда измеряются частота, фаза и амплитуда крутильных колебаний, осуществление режима параметрической генерации позволяет осуществить не требующие подкачки непрерывные измерения и, кроме того, уменьшить погрешности измерений, например частоты иэ-,за неизохронности ос- () циллятора и изменения амплитуды колебаний, уменьшить влияние сейсмических возмущений на результаты измерений путем использования различных зависимостей амплитуды, частоты и фазы устойчивых колебаний от внешних воздействий.

Горизонтальный крутильный маятник для прецизионных гравиметрических из- 20 мерений, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла с грузами, подвешенного на упругой крутильной нити, вибродвигатель, механически связанный с узлом крепления упругой нити, управляющее устройство и систему индикации, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерений вибродвигатель в нем выполнен в виде задатчика импульсного воздействия, а управляющее устройство подключено к системе индикации через синхронизатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Веселов К. Е. и Сагитов М. И.

Гравиметрическая разведка, иэд-во

"Недра", М, 1968, с. 212-117.

2. Сорокин Л. В. Гравиметрия и гравиметрическая разведка, h1., Гостоптехнэдат, 1953, с. 242 (прототип).