Устройство для измерения параметров колебаний маятников

 

О П И С А Н И Е ()935856

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Co80TcKHx

Сациапистнчвсиир

Рвспубяии (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) аявлено 08. 10. 80 (21) 2991061 /18-25 (51)М. Кл. с присоединением заявки М (23) Приоритет

6 01 Ч 7/12

3ЬвуавретшеыФ кемктвт

СВВП ае жмем кзобретеккк и етерытвЯ (53) УДК 550.831. .22(088.8) Опубликовано 15. 06.82 ° Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 16. 06. 82

Д,Е. Хейдец, E M..Хеййец, 9.9. Барадел, Н.Aj,Ãóñåâ и П. А. Неберов 1:, i центральный ордена "Знак почета" научно-нсследоертельекце институт геодезии, аэросъемки и карторрафии им. ф.Н. Красовского (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ

КОЛЕБАНИЙ МАЯТНИКОВ

Изобретение относится к грави- метрии и может быть использовано при маятниковых измерениях ускорения силы тяжести.

Известны устройства для фотографической регистрации колебаний маятников, содержащие осветительное устройство, передающую диафрагму, объектив, кварцевые генераторы, синхрон" ный двигательв обеспечивающие запись

1О колебаний маятников на фотопленку (1).

Недостаток этих устройств заключается в том, что они не обеспечивают достаточной точности регистраl5 ции колебаний маятников, а обработ,ка пленок и фотограмм записи на них отличается большой трудоемкостью..

Наиболее близким к предлагаемому является устройство.для измерения параметров колебаний маятников, содержащее осветитель, конденсор, объектив, фотоэлектрическое устройство, передающую диафрагму с тремя щелями, генератор импульсов с много-; разрядным счетчиком импульсов, формит рователь импульсов считывания, соединенный с фотоэлектрическим устройством и посредством вентилей с запоминающим устройством. Для определения периода колебаний маятника используют измеренный промежуток времени между двумя прохождениями через среднюю щель приемной диафрагмы луча света, отраженного от зеркал маятников, для определения же амплитуды измеряют промежуток времени между прохождениями этим лучом расстояния между двумя дополнительными (крайними) щелями. При этом, когда определяют период, специальная шторка закрывает крайние щели, а. когда определяют амплитуду, шторка закрывает среднюю щель. В некоторых случаях разделение щелей осуществляется не при помощи шторок, а при при помощи электронного раэличителя щелей, что ничего не меняет, так

5856 4

3 93 как и в этом случае определение амплитуды ведется независимо от определения периода и по тем же самым щелям (2 1.

Однако при возросшей точности измерений недостаточно испольэовать для определения амплитуды только две щели, поскольку таким образом принципиально определяется только приближенное ее значение. Кроме того, раздельное определение амплитуды и периода не позволяет контролировать поведение амплитуды в процессе измерений периода, что снижает точность поправки за амплитуду.

Кроме того, не обеспечивается возможность фильтрации короткопериодических помех, период которых меньше полупериода колебаний маятника (вибраций, микросейсм и т.д.), что влечет за собой значительное увеличение продолжительности измерений.

Не обеспечивается также оперативный контроль положения средней щели относительно положения равновесия маятника, что приводит к усложнению аппаратуры в процессе измерений и, в свою очередь, увеличивает продолжительность измерений.

Цель изобретения - повышение точности измерений и быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения параметров колебаний маятников, содержащем осветитель, конденсор, объектив, фотоэлектрическое устройство, передающую диафрагму с тремя щелями, генератор импульсов с многоразрядным счетчиком импульсов, формирователь импульсов считывания, соединенный с фотоэлектрическим устройством и посредством вентилей с запоминающим устройством, передающая диафрагма, содержит дополнительные щели, а каждый разряд многоразрядного счетчика импульсов соединен с соответствующим вентилем.

Наибольшая точность определения периода достигается при использовании щелей, находящихся в интервале, не превосходящем + 30о по фазе от положения равновесия маятника, а наибольшая точность определения амплитуды - при использовании щелей, по возможности удаленных от положения равновесия маятника. Совокупное использование всех щелей позволяет совместно и многократно определять все параметры колебания маятника, т.е.

10 !

2S

3$

4$

S0

S$ значения периода, амплитуды, фазы и несимметрии, и с помощьа ЭВМ осуществлять фильтрацию короткопериодических и длиннопериодических помех или вычислять параметры последних. Точность может быть дополнительно увеличена при увеличении числа щелей на передающей диафрагме.

На чертеже показана схема устройства.

Устройство содержит источник

1 света, конденсор 2, передающую диафрагму 3, поворотную призму 4, объектив 5, оптическую систему 6 маятникового прибора, приемную диафрагму 7, фотоэлектрическое устройство

8, высокостабильный генератор 9 импульсов, М-разрядный счетчик 10 импульсов, вентили 11, запоминающее устройство 12, формирователь

13 импульсов.

Луч света, пройдя оптическую систему 6 маятникового прибора, пересекает щели на.приемной диафрагме 7 и вызывает на фотокатоде фотоэлектрического устройства 8 появление импульсов фототока относительно низкой частоты, например порядка килогерца. Промежутки времени между этими импульсами заполняются высокой частотой (например, 100 мегагерц) используемой для измерения укаэанных промежутков. Результаты измерений фиксируются запоминающим устройством 12, например, на магнитной ленте и вводятся в ЭВИ, выдающую. информацию об искомых параметрах и значении силы тяжести, предварительно ею же отфильтрованном от помех.

Для указанной цели импульсы с выхода высокостабильного высокочастотного генератора 9, поступают на й-разрядный счетчик 10. Каждый разряд счетчика через вентили tl соединен с запоминающим устройством 12. Управление вентилями осуществляется импульсами считывания, появляющимися на выходе формирователя 13 при йоступлении на его вход импульсов с катода фотоэлектрического устройства 8.

При каждом полном единичном колебании маятниКа на фотокатоде фотоэлектрического прибора 8 последовательно возникают 2m(m-число щелей) импульсов, на которых в формирователе 13 формируются импульсы считывания, открывающие на короткий промежуток времени вентили 11. При этом содержимое всех разрядов передается

935856 d в соответствующие ячейки запоминающего устройства 12. Так как счетчик

10 непрерывно считает импульсы с выхода генератора 9, период следования которых известен то взяв S разность между двумя отсчетами, записанными в запоминающем устройстве 12, можно получить интервалы времени между моментами прохождения лучом света соответствующих щелей ди- 10 афрагмы и, задав соответствующую программу для 3ВМ, получить значения периодов амплитуд, фаз и несимметрии для единичных колебаний. Окончательное значение полного периода единич- 15 ного колебания маятника получают как среднее весовое иэ значений, полученных по отдельным щелям в соответствии с выбранным алгоритмом фильтрации. Аналогично может быть щ получено значение амплитуды для каждого колебания маятника. В обоих случаях .можно считать амплитуду постоянной в пределах одного полного колебания. При желании можно учесть 2S и ее затухание. Коэффициент затухания может быть получен весьма точно из сравнения амплитуд, относящихся к разли4ным колебаниям в данной серии наблюдений. Точно также мо- е гут бь1ть вычислены параметры возмущающих ускорений. Из серии наблюдений охватывающих колебаний можно отфильтровывать или вычислять параметры возмущающих ускорений, периоды которых больше периода коле" баний маятника.

Данное устройство для измерения параметров колебаний маятника позволит определить KBK несимметрию боковых щелей относительно сред-. ней, так и меру несовпадения щелей с проекцией положения равновесия маятника на плоскость диафрагмы.

Одновременно появляется возможность контролировать устойчивость прибора во время измерений, можно отделять собственно поправку за амплитуду от влияния конечной величины радиуса кривизны лезвия ножа маятника, В целом устройство, наряду с повышением точности, обеспечивает возможность существенного сокращения продолжительности измерений, применения маятников для определения гравиметрических пунктов низших классов вплоть до рядовых пунктов и, в то же время, использования их для измерений высшей точности, например для исследования приливных и неприливных измерений силы тяжесIE ти. Внедрение изобретения существенно-облегчит выбор помещений для пунктов, снизив требования к уровню вибраций и других помех.

Формула иэобретвния

Устройство для измерения параметров колебаний маятников, содержащее осветитель, конденсатор, обьектив, фотоэлектрическое устройство, передающую диафрагму с тремя щелями, генератор импульсов с многоразрядным счетчиком импульсов, формирователь импульсов считывания, соединенный с фотоэлектрическим устройством и посредством вентилей с запоминающим устройством, -о т л и ч а ющ .е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия передающая диафрагма содержит дополнительные щели, а каждый разряд многоразрядного счетчика импульсов соединен с соответствующим вентилем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 173435, кл. G 01 V 7/12, 1965.

2. Труды,,центрального научноисследовательского института геодезии, аэросъемки и картографии, Вып. 159, M., "Недра", 1964. с. 61-77 (прототип).