Гравиметр

 

(72) Автор изобретения

A. В. Веряскин

Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ораена Трудового Красного Знамени государственный университет им. М. В. Ломоносова

{7I ) Заявитель

---.- - (54) -ГРАВИМЕТР

Изобретение относится к гравиметрни, а именно к статическим гравиметрам аля долговременных измерений вариаций силы тяжести.

Известны гравиметры, в которых в качестве чувствительного элемента используется сверхпровоаящая сфера, а вместо обычной механической пружины используется магнитное. поле двух, или более короткоэамкнутых сверхпроводящих соленоидов. Сверхпровоаящая сфера находится во взвешенном состоянии, когда выталкивак, щая сила, действующая на нее со стороны магнитного поля, компенсирует силу тяжести так, что мерой изменения последней служит отклонение сферы от полож

15 ния равновесия F13.

Неаостатком известных устройств является необходимость тщательного изготовления чувствительного элементасверхпровоаящей сферы, так как малые отклонения от сферической формы дривоаят к действию аополнительных моментов сил, 2 что ведет к повышению уровня собственных шумов прибора.

Известен также гравиметр, содержащий чувствительный элемент, выполненный из сверхпроводящего материала, электромагнитную систему поавеса, арретирукпций механизм и отсчетное устройство, в котором установлен изготовленный иэ сверхпроводящего материала стакан с продольными вырезами, в гектором размещен чувствительный элемент, выполненный в форме кольца и снабженный электропровошпцим вкладышем. Кольцевой чувствительный элемент ;подвешивается в магнитном поле короткоэамкнутого сверхпроводящего соленоиаа, ось которого совпадает с осью симметрии чувствительного элемента, причем силой, компенсирующей действие силы тяжести, является сила притяжения между сверхпроводящим соленоидом и кольцевым чувствительным элементом. Г21.

Однако в условиях долговременных измерений, которые необходимы при исслеаованин вековых вариаций силы тяжести, М бм

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Гравиметр содержит сверхпроводящий чувствительный элемент - цилиндрическое кольцо 1, сверхпроводящий пьедестал 2, задающий соленоид 3, выполненньй иэ

55 из!юстн!40 стройства обладают нодос и» точной стаб1ц ьностью магнитного подвеса, что приводит к заметному дрейфу нуль-пункта гравиметра. Например, в условиях работы гравиметра, наблюдаемый дрейф положения чувствительного элемента l3 поддерживающем магнитном лоле соответствует относительному изменению ускорения силы тяжести Ьфlg ъ 5х10

-9

1/ч. Основным источником набпюпаемой йестабильности магнитного подвеса чувстви-. тельного элемента является уменьшение со временем величины тока,циркулирующего в короткозамкнутых поддерживающих катушках. Возможным ме. анизмом, приво- дяшим к спаду тока, является частичное проникновение магнитного поля в материал сверхпроводяшой проволоки, образующей катушку, которое происходит при вели-, чине напряженности магнитного поля,превышающей нижнее критическое эначейие

Н „, определяющее границу эффекта Мейс»снера для сверхпроводникоь второго рода.

Для реально используемого материалА мотки поддерживающих катушек величина;.

Н „является относительно малой, так что эффективный режим работы магнитного подвеса у известных устройств обеспечивается в магнитных полях с напряженностью

Н 7q Н -. Режим работы с Н « Нс„может существенно повысить стабильность магнитного подвеса чувствительного элемента, однако при этом повысится эффективная жесткость "магнитной .пружины", что приведет к снижению достигнутой чувстви» тельности известных устройств.

Целью изобретения является повышение стабильности магнитного подвеса чувствительного элемента.

Иель достигается тем, что в гравиметре, содержащем чувствительный элемент, выполненный в виде сверхпроводящего кс льца с циркулирующим по нему током, систему магнитного подвеса, систему регистрации смешения чувствительного элемента

\ 45 иэ положения равновесия, магнитные экраны, система ма1-нитного подвеса выполне. tta в виде сверхпроводящего пьедестала в форме цилиндров различных радиусов, причем цилиндр меньшего радиуса находится

50 внутри кольца, сверхпроводящий трансформатор потока 4, магнитометр 5, сверхпроводящие магни1 ные экраны 6 и 7 и магнитный. экран 8, выполненный иэ материала с высокой маг» нитной проницаемостью.

Гравиметр работает следующим образом.

Чувствительный элемент - сверхпроводяшее цилиндрическое кольцо 1 - помещается над сверхпроводяшим пьедесталом 2 таким образом, чтобы Ocb кольца совпа— дала с осью симметрии пъедестала, причем цилиндр меньшего радиуса находится внутри кольца 1. Затем по обмотке задающего соленоида 3, расположенного симметрично относительного положения чувствительного элемента 1, пропускается постоянный ток, величина которого выбирается такой, чтобы напряженность магнитного поля внутри соленоида 3 была мень ше, чем Н для материала чувствительного элемента 1 и пьедестала 2, для рабочего интервала температур. Затем все устройство охлаждается до рабочей температуры. Так как критическая температура материала кольца 1 выше, чем критическая температура материала пьедестала 2, последний, в момент перехода кольца 1 в сверхпроводящее состояние, остается в нормальном состоянии. При этом магнитный поток, созданный в отверстии кольца задающим соленоидом 3, захвачен в том смысле, что его величина равна ф = ф где Фо= 2 х 10 Гс ° см - квант магни1

-7 ного потока; n — целое фиксированное число (n >> 1). Затем, при достижении температуры, меньшей критической температуры пьедестала 2, последний также переходит в сверхпроводящее состояние.

При этом, в силу эффекта Мейсснера, магнитное лоле выталкивается из объема пьедестала 2. Однако, так как магнитный лоток в отверстии сверхпроводящего кольца 1 измениться не может, oí должен полностью пройти через кольцевое отверстие между нижним торцом кольца 1 и поверхностью пьедестала 2. При этом на сверхпроводящее кольцо 1 действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх, что приводит к подъему кольца 1 над поверхностью сверхпроводящего пъедестала 2, осуществляя тем самым магнитный подвес чувствительного элемента

1. После этого питание обмотки задающего соленоида 3 выключается и внешнее магнитное лоле вблизи кольца 1 исчезает.

При этом в кольце 1 будет наведен сверхпроводящий незатухающий ток, который будет поддерживать заданное значение ма8816 ким образом обеспечивается автономный, независящий от внешнего источника, ре жим магнитного подвеса сверхпроводяшего чувствительного элемента 1, в отличие от известных гравиметров, стабильность которого будет определяться постоянством магнитного потока в отверстии кольца 1, при достаточно хорошем экранировании от внешних магнитных попей. Это осушесч вляется с помощью сверхпроводящих маг- 10 нитных экранов 6 и 7 и экрана 8, выпол-ненного иэ материала с высокой магнитной проницаемостью. При этом окаэываеч ся возможным осуществить режим абсолю1 . ной устойчивости состояния сверхлровоаяшего кольца 1 с эехваченным магнитным потоком, в том смысле, что значение магнитного потока в отверстии кольца 1 будет строго фиксированным числом, не зависящим от времени. 20

Радиальная жесткость чувствительного элемента 1 обеспечивается наличием сил отталкивания между:цилиндром меньшего радиуса сверхпроводящего пьедестала 2. находящегося внутри кольца 1, и внутрен- И ней поверхностью последнего, за счет выталкивания магнитного поля, силовые ли-нии которого изображены на чертеже.

Таким образом, изменение ускорения силы тяжести в месте расположения чув- З0 ствительного элемента 1 привеает к смещению его центра масс вдоль оси симметрии устройства.

Регистрация смещения чувствительного элемента 1 под влиянием переменной си- (,з лы тяжести осуществляется непосредственным измерением градиента магнитного потока вблизи оси сммметрии устройства, созданного циркулирующим по сверхлровоаяшему кольцу 1 незатухающим током.Из- 0 мерение осуществляется с помощью сверх43 6 проводящего трансформаторного потока 4, связанного с магнитометром 5 тила5 ЯТ3. °

Рассчитанна™ чувствительность прибора при оптимальном режиме работы состав ляет (bqlq (Х I д Р ) = 2 х 10 (1 Тц" ).

Таким образом, предлагаемый гравн- ° метр при той же чувствительности что и у известных уст;ройств, может обладать практически абсолютной стабильностью магнитного поавеса чувствительного элемента, что делает возможным наблюаение вековых вариаций силы тяжести в режиме долговременных измерений.

Формула изобретения

Гравиметр, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде сверхпроводящего кольца с циркулирующим по нему током, систему магнитного лодвеса, систему регистрации смещения чувствитель» ного элемента иэ цоложения равновесия, магнитные экраны, о т л и ч а ю ш и йс я тем, что, с целью повышения стабильности магнитиого подвеса чувствительного элемента, система магнитного лодвеса выполнена в виде сверхпроводящего пьедестала в форме цилинаров различных рааиусов, причем цилинар меньшего радиуса находится внутри кольца. !

Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США ¹ 73-382, Ж 3449986, 1979.

2. Авторское свиаетельство СССР

М 642664, кл. (j 019 7/02, 1979

° (прототип). с

Составитедт А. Чупрунова

Редактор М, Погоридяк ТехРед А. Бабинвц КоРРектоР Е. Ро нко

3аказ 9964/68 . Тираж 735 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по дедам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д., 4/5 (Ь1!лвлл f1 I 1f1 Пл 1 я21т Р Vwr отъ(ъл нвт Пг ооег ° оасз л