ГРАВИМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С ДВИЖУЩИХСЯ НОСИТЕЛЕЙ Российский патент 1996 года по МПК G01V7/02 

Изобретение относится к гравиметрическому приборостроению и может быть использовано для измерения силы тяжести с движущихся носителей (судов, самолетов, вертолетов, вездеходов 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 ГСП, ось чувствительности ГРЧЭ перпендикулярна плоскости ГСП. 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 датчиков моментов гироскопов.

При работе известных гравиметров на качающемся носителе в условиях наличия горизонтальных ускорений из-за динамической ошибки следящих систем стабилизации возникает погрешность в показаниях гравиметра, связанная с совместным влиянием наклонов ГСП и горизонтальных ускорений (погрешность Гаррисона). При динамической ошибке следящих систем 4 угл.с, синфазной с горизонтальным ускорением порядка 0,1g, погрешность выработки силы тяжести достигает 1 мГал, что не удовлетворяет требованиям современных гравиметров, работающих на движущихся носителях.

Изобретение направлено на снижение погрешности Гаррисона, вызванной динамическими ошибками следящих систем стабилизации, а следовательно, на повышение точности гравиметрической съемки с движущихся носителей.

Указанная задача решается за счет того, что в гравиметр для измерения силы тяжести с подвижных 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 ГСП, 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 Гаррисона, входы которого подключены к выходам акселерометров и датчиков углов гироскопа, а выход к одному из входов гравиметрического фильтра.

На чертеже изображена схема предложенного гравиметра для измерения силы тяжести с движущихся носителей (показана лишь одна ось стабилизации).

Гравиметр содержит ГСП 1 с установленным 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 его к входам датчиков 9 моментов гироскопа. Входы блока 10 формирования поправки Гаррисона 10, представляющего собой вычислительное устройство с устройствами ввода и вывода, подключены к выходам акселерометров 3 и датчиков 5 углов гироскопа. Выход блока формирования поправки Гаррисона и выход ГРЧЭ подключены к входам гравиметрического фильтра 11, представляющего собой вычислительное устройство с устройствами ввода и вывода. Блок формирования поправки Гаррисона 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 8, формирующим управляющие сигналы как некоторые функции от показаний акселерометров 3, 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 вход усилителей 6 стабилизации, управляющих исполнительными элементами 7 следящих систем стабилизации, стабилизируя на движущемся носителе ГСП 1 в горизонтальном положении.

На качающемся основании вследствие динамических ошибок следящих систем стабилизации в показаниях ГРЧЭ возникает погрешность δW_z, определяемая соотношением
δW_z α_xW_y + α_yW_x, (2) где α_x и α_y динамические погрешности следящих систем стабилизации по осям X и Y ГСП соответственно;
W_x, W_y проекции ускорения объекта на соответствующие оси ГСП.

Введенный в гравиметр блок 10 формирования поправки Гаррисона формирует в соответствии с соотношением (2) поправку, при этом значения α_x α_y формируются по показаниям датчиков 5 угла гироскопа, W_x, W_y по показаниям акселерометров 3. Полученная поправка учитывается в гравиметрическом фильтре 11 путем учета ее в показаниях ГРЧЭ, тем самым практически полностью устраняя рассматриваемую погрешность и повышая точность гравиметрической съемки.

Использование при гравиметрических измерениях на подвижном основании. 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 корректирующее устройство, входы которого подключены к выходам акселерометров, а выходы - к входу датчиков моментов гироскопов, гравиметрический фильтр, один из входов которого подключен к выходу ГРЧЭ, и усилители стабилизации, входы которых подключены к выходам датчиков углов гироскопов, а выход - к исполнительным элементами следящих систем стабилизации. 1 ил.

ГРАВИМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ С ДВИЖУЩИХСЯ НОСИТЕЛЕЙ, 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 Гаррисона, первый вход которого соединен с выходами акселерометров, второй вход - с выходами датчиков угла гироскопа, а выход - с вторым входом гравиметрического фильтра.