Струнный гравиметр

 

и 11 828I53

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 18.06.79 (21) 2780365/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.05.81. Бюллетень № 17 (45) Дата опубликования описания 07.05.81 (51) M. Кл.з

6 OIV 7/02

1осударотвениый комитет

СССР ле делам изобретений и открытий (53) УДК 550.830 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Л. Г. Иванкин, Ф. Т. Амирбеков и К. И. Житомирский

Специальное конструкторское бюро геофизического приборостроения Научного центра «Геофизика»

АН Азербайджанской ССР (54) СТРУННЫИ ГРАВИМЕТР

Изобретение относится к устройствам для измерения силы тяжести как с подвижных, так и с неподвижных оснований.

Известен гравиметр, установленный на подвижном основании (1). Чувствительная система гравиметра содержит упругий элемент, выполненный в виде горизонтальной кварцевой нити, с которой связано подвижное зеркало. Гравиметр снабжен также неподвижным зеркалом. При изменении значения силы тяжести происходит поворот подвижного зеркала относительно неподвижного, что влечет за собой изменение расстояния между световыми бликами, которое является мерой изменения ускорения силы тяжести.

Недостатком гравиметров с упругими элементами чувствительных систем, выполненными в виде кварцевых нитей, является большое смещение нуль-пункта, обусловленное естественным старением кварцевых нитей.

Известен струнный гравиметр, предназначенный для измерения ускорения силы тяжести на борту транспортного средства (2). Гравиметр содержит груз, подвешенный на струне. Удержание груза от горизонтальных перемещений производится при помощи двух плоских пружин с фигурными вырезами. Нижний конец струны закреплен в наконечнике, установленном на верхней плоскости груза, верхний конец закреплен во втором наконечнике, установленном в центральном отверстии гофрированной мембраны, центрирующей верхний наконечник при настройке гравиметра.

Недостатком гравиметра является смещение точки заделки струны в наконечнике мембраны при ее деформации, что при1п водит к отклонению струны от вертикали.

Известен струнный гравиметр, содержащий груз, выполненный в виде двух дисков, соединенных стержнем. Груз подвешен на струне. Гравиметр содержит также винто15 вую пружину, подвески груза и ограничитель горизонтального перемещения.

Ограничитель горизонтального перемещения струны выполнен в виде плоской пружины круглой формы, на которой установлен и закреплен держатель. К верхней части держателя крепится нижний конец винтовой пружины подвески груза, а к нижней — верхний конец рабочего участка струны. При этом верхний конец рабочего участка струны расположен ниже плоскости ограничителя горизонтального перемещения струны, а точка крепления нижнего конца винтовой пружины подвески груза расположена выше плоскости ограничителя

30 горизонтального перемещения струны (3).

828153

Недостатком гравиметра является влияние положения верхнего конца рабочего участка струны на точность измерения силы тяжести. При изменении силы тяжести груз перемещается по высоте, изменяя расстояние между витками пружины, что приводит к повороту витков. Из-за разницы жесткостей перехода прямолинейного конца пружины и самого витка, обусловленной различной их кривизной, поворот витков приводит к отклонению нижнего конца пружины подвески от вертикали. Это приводит к отклонению от вертикали верхнего конца рабочего участка струны и самой струны, вследствие чего струна воспринимает не все изменение силы тяжести, а лишь ее вертикальную составляющую. Кроме того, отклонение оси держателя от вертикали приводит к тому, что струна при работе «вырабатывает» одностороннюю канавку в месте ее крепления. При этом искажается замер частот колебания струны, что также ведет к снижению точности измерения изменения силы тяжести.

Целью изобретения является повышение точности измерения силы тяжести.

Поставленная цель достигается тем, что известный гравиметр, содержащий груз, струну, пружину подвески груза, например винтовую, и ограничитель горизонтального перемещения струны, выполненный в виде плоской пружины, и держатель пружины подвески и верхнего конца рабочего участка струны, снабжен втулкой и второй плоской пружиной. Вторая плоская пружина расположена параллельно первой плоской пружине. Пружины жестко связаны между собой втулкой, размещенной по оси пружин и жестко связанной с держателем. Верхний конец рабочего участка струны размещен внутри втулки на равном расстоянии от каждой плоской пружины.

Это обеспечивает неизменное положение верхнего конца рабочего участка струны по оси пружин на всем ходе его работы, т. е. вертикальное положение струны гравиметра.

На фиг. 1 представлен струнный гравиметр, продольный разрез; на фиг. 2 и 3— ограничитель горизонтального перемещения струны; на фиг. 4 — поло>кение точки крепления верхнего конца рабочего участка струны при расположении ее ниже плоскости ограничителя горизонтального перемещения; на фиг. 5 — держатель пружины подвески и верхнего их конца рабочего участка струны с нижним выступом держателя; на фиг. 6 — то же, вид А фиг. 6; на фиг. 7 — часть нижнего выступа держателя с выработанной в процессе работы гравиметра канавкой.

Струнный гравиметр содержит груз 1, выполненный в виде двух медных дисков, жестко соединенных со стаканами полым дюралюминиевым стержнем, Груз располо5

65 жен с зазором во втулке 2 демпфирующего магнита 3. Плоские пружины 4 предохраняют груз 1 от горизонтальных перемещений. В верхней части груза закреплен нижний конец струны 5, помещенной в поле постоянного магнита 6. Верхний конец 7 рабочего участка струны закреплен в нижнем выступе 8 держателя 9, установленного на центральной части плоской пружины 10 и закрепленного к верхней части 11 втулки

12, жестко связывающей между собой центральные части плоских пружин 10 и 13.

Крепление пружины 13 к втулке произведено при помощи накладки-шайбы 14 и винтов 15. Верхний конец 7 рабочего участка струны расположен BO втулке 12 между пру>кипами 10 и 13 на равном расстоянии от каждой из них.

К верхнему выступу 16 дер>кателя 9 прикреплен нижний конец 17 пружины подвески 18 груза, верхний конец которой установлен в подвеске 19, изолированной от корпуса гравиметра. Все детали и узлы размещены в стакане 20, установленном в корпусе 21 гравиметра. При этом пружины 10 и 13 изолированы от стакана 20 втулками

22 — 24 из изоляционного материала, закрепленными кольцом 25.

1-1акладка 26 и винты 27 крепят верхний конец 7 рабочего участка струны к нижнему выступу 8 держателя 9, а накладка 28 и винты 29 крепят нижний конец 17 пру>кипы подвески 18 к верхнему выступу 16 держателя 9.

Канавка 30 вырабатывается струной 5 при отклонении последней от вертикального положения.

Струнный гравиметр представляет собой датчик усилий с частотным выходом, в котором частотнозадающим элементом является токопроводящая струна, растянутая весом груза определенной массы в поле постоянного магнита и включенная в контур положительной обратной связи электронного усилителя.

Струнный гравиметр работает следующим образом.

От усилителя (на чертеже не показан) напряжение определенной частоты через подвеску 19, пружину подвески 18 и держатель 9 подается на струну 5, При взаимодействии магнитного поля струны 5 с полем постоянного магнита 6 происходит вибрация струны 5 с частотой, определяемой значением силы тяжести.

Изменение силы тяжести приводит к изменению усилия в струне 5, а следовательно, к изменению частоты колебаний струны, по отклонению которой судят об изменении силы тяжести.

Если бы верхний конец 7 рабочего участка струны 5 был расположен вне плоскости ограничителя горизонтального перемещения 10, например, как показано на фиг. 4, то при изменении силы тяжести, вы828153 зывающей перемещение витков пружины подвески 18, произошло бы отклонение верхнего выступа 16 держателя 9 на угол а к вертикали. Это отклонение вызывается разной жесткостью витков и перехода от прямой к витку. Отклонение верхнего выступа 16 приводит к такому же отклонению на угол а нижнего выступа 8 и связанного с ним верхнего конца 7 рабочего участка струны 5. При этом струна 5 отклоняется от оси груза на угол р, так как груз ограничен от перемещения в горизонтальной плоскости двумя плоскими пружинами 4. Угол Р между струной 5 и грузом G вносит погрешность при изменении силы тяжести, поэтому на струну 5 действует не все изменение силы тяжести, а только ее часть, равная произведению абсолютной величины изменения силы тяжести на косинус угла р между струной 5 и грузом G.

Отклонение оси держателя 9 от вертикали при постоянно колеблющейся струне 5 приводит к выработке канавки 30 в месте излома струны, что изменяет усилие натяжения струны, а следовательно, частоту колебания струны 5. Кроме того, при работе пружины подвески происходит пространственное отклонение оси держателя, что также вызывает дополнительные напряжения в месте заделки струны 5 в нижний выступ держателя 9. Это снижает точность измерения изменением силы тяжести.

В предложенном устройстве изменение положения витков пружины подвески 18 не могут отклонить от вертикали верхний конец 7 рабочего участка струны 5, а следовательно, и струну 5 от вертикали, так как держатель 9, жестко связанный втулкой 12 с плоскими пружинами 10 и 13, обладает

1О

15 о

35 только возможностью вертикального перемещения.

Предложенное техническое решение обеспечивает повышение точности измерения изменения силы тяжести, позволяет точнее проводить гравиметрическую съемку.

Формула изобретения

Струнный гравиметр, содержащий груз, струну, пружину подвески груза, например винтовую, ограничитель горизонтального перемещения струны, выполненный в виде плоской пружины, и держатель пружины подвески и верхнего конца рабочего участка струны, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен втулкой и второй плоской пружиной, расположенной параллельно первой плоской пружине, пружины жестко связаны между собой втулкой, размещенной по оси пружины и жестко связанной с держателем, при этом верхний конец рабочего участка струны размещен внутри втулки на разном расстоянии от каждой плоской пружины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 168902, кл. G 01V 7/02, 1964.

2. Патент Франции № 1536427, G 01V

7/00, опублик. 1970.

3. Иванкин Л. Г., Губаренко К. А. и Черепанова Г. А. Конструкция струнного гравиметра ГМС. «Вопросы конструирования и методики применения морских струнных гравиметров», депонированная рукопись в

157 — 74, УДК 550.831.23.084 (26), изд.

ВИНИТИ, М., 1974 (прототип).

828153 юг Х

Составитель А. Чупрунова

Техред И. Заболотнова Корректор А. Степанова

Редактор Л. Утехина

Заказ 742/16 Изд. № 317 Тираж 749 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2