Кварцевый гравиметр

 

Союз Советскик

Социалистнческнк

Республик

О П И С А Н И Е (1,953609

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свил-ву (22)Заявлено 29.09.80 (2!) 2985895/18"25 с присоединением заявки,% (51)М. Кл.

G 01 V 7/02! ооударстееиеый комитет

СССР (23) Приоритет

Опубликовано 23.08.82. Бюллетень № 31

00 делам иэобретеиий. и открытий (») УДК 550.830 (080. 8) Дата опубликования описания 23.08.82

В . В. Аксенов, А.Д. Береза, И. Г. Бронштейн, Л. К

Г.И.Жукова, Э.И.Лившиц, Я. Г.Остромухов, Е.И

В.Д . Приходько, Д.И. Румянцев и П. СеЭлинсон

dl m

1 т:.Q й4.,р ; Й ". .- ! н л.

) (» z" j!4a>! : g г,.

Ь„1д Дк0 р (72) Авторы изобретения (7!) Заявитель (54) КВАРЦЕВЫЙ ГРАВИИЕТР

Изобретение относится к геофизике, в частности к устройствам для определения ускорения силы тяжести на подвижном основании.

Известен гравиметр, содержащий

5 горизонтальную крутильную нить с зеркалом, установленную в корпусе с защитным стеклом, неподвижное (раперное) зеркало, сканирующее устройство, включающее электродвигатель, „, на оси которого размещен полый цилиндрический барабан с винтообразной формой торца, фотоэлектрический преобразователь, состоящий из осветительной лампы, вспомогательного зеркала и фотоэлектронного умножителя, сигналы от которого управляЮт электронным ключом, коммутирующим генератор стабильной частоты с пересчетной схемой. Электродвигатель 2о через делитель частоты связан с генератором, который используют для измерения отрезка времени между импульсами, поступающими от фотоэлек"

2 тронного умножителя. В соответствии с изменением ускорения силы тяжести изменяется угол закручивания кварцевой нити упругой системы и разворот закрепленного на ней зеркала относительно неподвижного, что влечет за собой изменение расстояния между световыми бликами, построенными объективом в его фокальной плоскости, совпадающей с винтообразным обрезом барабана. При вращении вала электродвигателя обрез барабана поочередно пересекает световые блики от подвижного и неподвижного зеркал и на выходе фотоэлектронного умножителя появляются последовательно два электрических импульса за каждый оборот барабана. Время, прошедшее. с момента пересечения барабаном первого блика до момента пересечения второго, при постоянной скорости электродвигателя, является мерой расстояния между бликами для соответствующег ускорения силы тяжести Г1).

953609

Однако этот кварцевый гравиметр имеет недостаточную точность измерения.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является кварцевый гравиметр, содержащий корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, в верхнем основании которого установлено защитное стекло, двойную упругую систе- о му крутильного типа, помещенную в демпфирующую жидкость и включающую два маятника с укрепленными на них развернутыми зеркалами, фотоэлектрический преобразователь с устройством сканирования, выполненным в виде вращающегося полого цилиндрического барабана с щелью (2 1.

Недостатками известного устройства являются достижение заданной точности в ограниченном измерительном диапазоне и наличие ошибки, свя" занной с изменением масштаба преобразования угла поворота зеркала маятника во временной интервал.

Цель изобретения - повышение точности в широком диапазоне измерений.

Поставленная цель достигается тем, что в кварцевом гравиметре, содержащем корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, в верхнем основании которого установлено защитное стекло, двойную упругую систему крутильного типа помещенную в демпфирующую жидУ

Л кость и включающем два маятника с укрепленными на них развернутыми зеркалами, фотоэлектрический преобразователь с устройством сканирования, выполненным в виде вращающегося полого цилиндрического барабана, введена бипризма с. отражающим покрытием на верхних гранях, при этом грани бипризмы повернуты в противоположные стороны относительно осей симметрии маятников на угол, равныи предельному

45 углу отклонению маятника от горизонтального положения при максимальном изменении измеряемой величины и од" новременно относительно осей поворота маятников а на боковой поверхности барабана выполнена дополнительная щель, разнесенная по высоте и не лежащая на одной образующей с ïåðвой щелью, а зеркала развернуты в противоположные стороны вокруг осей симметрии маятников и их оси симметрии параллельны осям симметрии маятниковв. ф

На чертеже представлена схема гравиметра.

Гравиметр содержит двойную упругую систему 1, к маятникам 2 которой приварены плоские зеркала 3. Они ориентированы параллельно осям маятников и повернуты в противоположных направлениях вокруг этих осей.

Упругая система помещена в корпус 4, заполненный демпфирующей жидкостью

5. В верхней части корпуса расположено защитное стекло 6, нижняя поверхность .которого соприкасается с жидкостью. На нем укреплена биприэма

7 с отражающим покрытием на верхних гранях, образующих совместно с нижней поверхностью защитного стекла два жидкостных клина. Верхние грани бипризмы повернуты в противоположные стороны относительно осей симметрии маятников, так же как и зеркала, и одновременно относительно осей поворота маятников на величину, соответствующую диапазону изьгерения.

Над корпусом упругой системы расположены фотоэлектрический преобразователь, включающий источник 8 излучения, щелевую диафрагму 9, установленную в фокальной плоскости объектива 10, светоделительную призму

11, линзу-коллектив 12 и фотоэлектрический приемник 13, сканирующее устройство, которое состоит из синхронного двигателя (не показан) с укрепленным на его оси полым цилиндрическим барабаном 14. На боковой поверхности барабана имеются две анализирующие щели 15 и 16, распо» ложенные параллельно оси вращения и смещенные друг относительно друга в направлении образующей сканирующего барабана и перпендикулярном ей одновременно. На поверхности сканирующего барабана, совпадающей с фокальной поверхностью объектива, формируется четыре автоколлимационных иэображения светящейся щели 9 два 17 и 18 - от биприэмы и два 19 и 20 - от зеркал маятников упругой системы.

Действие устройства заключается в следующем .

Свет от источника 8 излучения, освещающего щель 9, проходит через светоделительную призму 11 и объектив 10, отражается от граней призмы

7 и зеркал маятников 3, делящих его

953609 на четыре части, снова попадает в объектив, направляется светоделительной призмой на барабан 14 и далее через щели 15 и 16 и линзу-коллектив

12 на чувствительную площадку фото- 5 приемника 13.

Благодаря повороту зеркал вокруг осей симметрии маятников, изображения 19 и 20 смещены друг относительно друга вдоль образующей сканирующего барабана и перпендикулярной ей одновременно. Аналогичным путем смещены и изображения 17 и 18 от бипризмы. В соответствии с изменением ускорения силы тяжести изменяется угол закручивания кварцевых нитей упругой системы и угол d9 между маятниками.

Расстояние 1 между изображениями 19 и 20 пропорционально углу д% и является мерой ускорения силы тяжести 2о

Таким образом, предлагаемый гра" виметр обладает следующими преимуцест вами:

11ри изменении ускорения силы тяжести перемещение изображений от зер- 55 кал маятников упругой системы происходит по двум траекториям, благодаря чему информационная емкость аналиЕ= „ дЧ, где - коэффициент преломления жид кости, - фокусное расстояние объек" 25 тива.

Расстояние Ь между изображениями

17 и 18 пропорционально постоянному углу между гранями бипризмы и служит для определения, коэффициента пере- зо дачи преобразователя. контроля его стабильности в процессе эксплуата.. ции . Расстояние 14 и 1- между изображениями 17 и 19, 18 и 20 являются мерой ускорения силы тяжести, измеряемого каждой кварцевой системой, а расстояние 1 - мера ускорения силы тяжести, измеряемого двойной упругой кварцевой системой. Сканирующее устройство и фотоприемник 4О преобразуют расстояния 1, 1>, 1> и L во временные интервалы между электрическими импульсами. Благодаря смещению анализирующих щелей барабана в направлении образующей сканирующего барабана и перпендикулярно ей, обеспечивается последова1 тельное сканирование всех светящихся изображений, разнесенных попарно по двум дорожкам. 50 эируемого поля зрения увеличивается в два раза без снижения точности измерений.

Благодаря наличию двух щелей, разнесенных по разным дорожкам, имеется возможность определения величины ускорения силы тяжести как двойной упругой системой,так и каждой упругой системой в отдельности, в то время как в известном гравиметре измеряется лишь одна из этих величин„

Применение сканирующего барабана с анализирующими щелями на цилин-. дрической поверхности вместо барабана с винтообразной формой торца . уменьшает погрешность измерения, связанную с отклонением формы торца от .расчетной зависимости из-за неточности изготовления.

Наличие бипризмы, грани которой образуют жидкостные клины с постоянными преломляющими углами, обеспечивает определение масштаба преобразования угла поворота зеркал маятни ков во временной интервал и его контроль непосредственно в процессе . эксплуатации и тем самым позволяетвводить коррекцию в показания гравиметра в случае возникновения изменений показателя преломления демпфирующей жидкости, фокусного расстоя. ния объектива, диаметра барабана и др.

Испытаниям подвергался образец гравиметра, имеющий следующие параметры: изменение угла между маятниками упругой системы д 1 = 1,5О (это изменение угла соответствует изменению д0=2Г ал); поворот зеркал вокруг осей маятников 25 угл. мин (угол между зеркалами 50 угл. мин) расстояние между подвижными изображениями 1=+11 мм, угол между гранями бипризмы 2 30 (в плоскости качания маятников) и 50 (в перпендикулярI ном направлении), при этом расстояние L между бликами от граней бипризм составляет 18 мм, а смещение бликов в направлении образующей сканирующего барабана 6 мм, расстояние между щелями на боковой поверхности. сканирующего барабана 20,9 мм в направлении сканирования и 6 мм в направлении образующей (расстояние между дорожками), фокусное расстояние объектива

f=l50 мм, коэффициент преломления жидкости 5 = — 1,41, скорость вращения

7 9536 сканирующего барабана 375 об/мин, источник получения - светодиод ЭЛ107Б, приемник - ФЭУ-62,.

Средняя квадратическая погрешност ь испытанного образца гравиметра составила 0,5 мгл, что соответствует относительной точности измерений силы тяжести 5.10

При использовании предлагаемого кварце вого гра виметра отпадает необходимость в перестройке измерительного диапазона, исключаются с вязанные с этим простои судна и экономится время при определении масштаба преобразования угла поворота зеркал маятников во временной интервал.

Формула изобретения го

Кварцевый гравиметр, содержащий корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, в верхнем основании которого установлено защитное стекло, двойную упругую систему крутильного ти- л па, помещенную в демпФирующую жидкость и включающую два маятника с укрепленными на них развернутыми зеркалами, Фотоэлектрический преобразователь с устройством сканирова-. 3p

09 8 ния, выполненным в виде вращающегося полого цилиндри еского барабана с щелью, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений в широком диапазоне, в него введена бипризма с отражающим покрытием на верхних гранях, при этом грани бипризмы повернуты в противо.положные стороны относительно осей симметрии маятников на угол, равный предельному углу отклонения маятников от горизонтального положения и одновременно относительно осей поворота маятников, при этом зеркала развернуты в противоположные стороны вокруг осей симметрии маятников и их оси симметрии параллельны осям симметрии маятников, а на боковой поверхности барабана выполнена допол1 нительная щель, разнесенная по высоте и не лежащая на одном образующей с первой щелью.

Источники инФормации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 168901, кл. G 01 V 7/02, 1962.

2. Морской торстабилизированный гравиметр. Сборник статей под. ред. Попова E.Ë. М., "Наука", 1972. с. 43 (прототип).

953609

4 /, Соста вит ель A. Чупрунова

Редактор Г. Кацалап Техред Т.Маточка Корректор Н.Король

Заказ 272 75 Тираж 7 7 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и от.крытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная,