ГРАВИМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С ДВИЖУЩИХСЯ СУХОПУТНЫХ НОСИТЕЛЕЙ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ОСТАНОВОК Российский патент 1996 года по МПК G01V7/02 

Изобретение относится к гравиметрическому приборостроению и может быть использовано для измерения силы тяжести с движущихся сухопутных носителей (автомобилей, вездеходов, аэросаней и др.), а также с вертолета в режиме кратковременной высадки гравиметра на грунт (десантируемый вариант). Этот режим характеризуется малыми колебаниями гравиметра, вызванными порывами ветра, работой двигателя, просадкой грунта и др.

Известны гравиметры для измерения силы тяжести с движущихся носителей [1] Они включают в свой состав гиростабилизированную платформу (ГСП) с установленными на ней одним или несколькими гироскопами и гравиметрическим чувствительным элементом (ГРЧЭ). Оси чувствительности гироскопов совпадают с осями платформы, ось чувствительности ГРЧЭ перпендикулярна плоскости платформы. Эти гравиметры содержат также усилители стабилизации, входы которых подключены к выходам датчиков углов гироскопов, а выходы к входу исполнительных элементов следящих систем стабилизации. В гравиметрах ГМН, Чета АГГ, KSS применена гиростабилизация с маятниковой коррекцией.

В целях увеличения точности стабилизации ГСП в известном гравиметре La Coste Romberg применена акселерометрическая коррекция [2] С этой целью на ГСП установлены акселерометры, оси чувствительности которых совпадают с осями платформы. В состав гравиметра включено корректирующее устройство, входы которого соединены с выходами акселерометров, а выходы с входами датчиков моментов гироскопов.

При движении сухопутных носителей, особенно по грунтовым дорогам, из-за ударов и вибраций ГСП находится в возмущенном состоянии. Практика показывает, что погрешность стабилизации ГСП в этом случае достигает 10 угл.мин, что привело бы к погрешности измерения силы тяжести 10 мГал. Поэтому в режиме кратковременной остановки требуется определенное время (порядка 10-15 мин) для приведения ГСП в горизонт, что существенно увеличивает период вынужденной стоянки носителя, тем самым снижая производительность гравиметрической съемки. Указанное также относится к гравиметрической съемке с вертолета в десантируемом варианте.

Изобретение направлено на сокращение времени измерения силы тяжести в режиме кратковременных остановок движущегося сухопутного носителя или вертолета, тем самым увеличивая производительность этих видов гравиметрической съемки.

Указанные задачи решаются за счет того, что в гравиметр для измерения силы тяжести с движущихся носителей, содержащий ГСП с установленными на ней гироскопом, оси чувствительности которого совпадают с осями ГСП, акселерометрами, оси чувствительности которых совпадают с осями ГСП, ГРЧЭ, ось чувствительности которого перпендикулярна плоскости платформы, содержащий также корректирующее устройство, входы которого подключены к выходам акселерометров, а выходы к входам датчиков момента гироскопа, гравиметрический фильтр, один из входов которого подключен к выходу ГРЧЭ, и усилители стабилизации, входы которых подключены к выходам датчиков угла гироскопа, а выходы к входам исполнительных элементов следящих систем стабилизации, введен блок формирования поправки за наклон ГСП на неподвижном основании, входы которого подключены к выходам акселерометров, а выход к свободному входу гравиметрического фильтра.

На чертеже изображена схема предложенного гравиметра (показана лишь одна ось стабилизации).

Гравиметр содержит ГСП 1 с установленными на ней гироскопом 2, акселерометрами 3 и ГРЧЭ 4. Выходы датчиков 5 угла гироскопа подключены к входам усилителей 6 следящих систем стабилизации, выходы которых подключены к входам исполнительных элементов 7 следящих систем стабилизации. Выходы акселерометров 3 подключены к входу корректирующего устройства 8, представляющего собой вычислительное устройство с устройствами ввода и вывода, а выходы корректирующего устройства к входам датчиков 9 моментов гироскопа. Выходы акселерометров 3 подключены также к входу блока 10 формирования поправок за наклон ГСП на неподвижном основании, представляющего собой вычислительное устройство с устройствами ввода и вывода, выход которого подключен к свободному входу гравиметрического фильтра 11. Блок формирования поправок за наклон ГСП может быть конструктивно выполнен в виде однокристального цифрового процессора для обработки аналоговых сигналов (Хвощ С.Т. и др. Микропроцессоры и микроЭВМ в системах автоматического управления. Справочник. Л. Машиностроение. 1987, с. 400).

Положение ротора гироскопа относительно Земли, обеспечивающее горизонтирование ГСП, управляется корректирующим устройством, формирующим управляющие сигналы как некоторые функции от показаний акселерометров, например
Ω_x=K₁W_y+K₂∫W_y
Ω_y= K₁W_x+K₂∫W_x (1) где Ω_x Ω_y управляющие сигналы, которые подаются на входы датчиков момента гироскопа;
W_x, W_y показания акселерометров;
K₁, K₂ постоянные коэффициенты.

Сигналы с датчиков 5 угла гироскопа, пропорциональные динамическим ошибкам следящих систем стабилизации, подаются на входы усилителей 6 следящих систем стабилизации, управляющих исполнительными элементами 7 следящих систем стабилизации, стабилизируя на движущемся носителе ГСП 1 в горизонтальном положении.

При измерении аномалии силы тяжести во время кратковременных остановок вследствие возмущенного состояния ГСП в показаниях ГРЧЭ 4 возникает погрешность δW_z, определяемая соотношением
δW_z=g (2) где β γ наклоны ГСП вокруг соответствующих ее осей.

Блок 10 формирования поправок за наклон ГСП на неподвижном основании формирует в соответствии с соотношением (2) поправку, при этом значения β и γ вычисляются по формулам
β
γ где g нормальное значение силы тяжести.

Сформированная поправка учитывается в гравиметрическом фильтре 11 для внесения поправки в ГРЧЭ, тем самым позволяя производить измерение силы тяжести непосредственно после остановки объекта (при высадке гравиметра с вертолета), не дожидаясь приведения ГСП в горизонт, тем самым повышая производительность гравиметрической съемки.

Использование: при измерении силы тяжести с движущихся сухопутных носителей в режиме кратковременных остановок. Сущность изобретения: гравиметр содержит гиростабилизированную платформу (ГСП) с установленными на ней гироскопом, оси чувствительности которого совпадают с осями ГСП, акселерометрами, оси чувствительности которых совпадают с осями ГСП, гравиметрическим чувствительным элементом (ГРЧЭ), ось чувствительности которого перпендикулярна плоскости ГСП. Гравиметр содержит также корректирующее устройство, входы которого подключены к выходам акселерометров, а выходы - к входу датчиков момента гироскопа, гравиметрический фильтр, вход которого подключен к выходу ГРЧЭ, и усилители стабилизации, входы которых подключены к выходам датчиков угла гироскопа, а выходы - к исполнительным элементам следящих систем стабилизации. 1 ил.

ГРАВИМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С ДВИЖУЩИХСЯ СУХОПУТНЫХ НОСИТЕЛЕЙ В РЕЖИМЕ КРАТКОВРЕМЕННЫХ ОСТАНОВОК, содержащий гиростабилизированную платформу с установленными на ней гироскопом и акселерометрами, при этом оси чувствительности гироскопа и акселерометров совпадают с осями платформы, гравиметрическим чувствительным элементом, ось чувствительности которого перпендикулярна плоскости платформы, гравиметр также содержит датчики угла и момента гироскопа, корректирующее устройство, усилители стабилизации, исполнительные элементы следящих систем стабилизации и гравиметрический фильтр, при этом вход корректирующего устройства соединен с выходами акселерометров, а выход - с входами датчиков момента гироскопа, первый вход гравиметрического фильтра подключен к выходу гравиметрического чувствительного элемента, выходы датчиков угла гироскопа соединены с входами усилителей стабилизации, выходы которых подключены к входам исполнительных элементов следящих систем стабилизации, отличающийся тем, что он дополнительно содержит блок формирования поправки на наклон гиростабилизированной платформы, вход которого соединен с выходами акселерометров, а выход - с вторым входом гравиметрического фильтра.