Гравиметр для измерения абсолютного ускорения свободного падения баллистическим методом Советский патент 1984 года по МПК G01V7/14 

Изобретение относится к гравимет рическим приборам, а более конкретн к устройству абсолютных гравиметров для измерения абсолютного ускорения свободного падения баллистическим методом. Известно устройство для измерени абсолютного ускорения силы тяжести которое состоит из вакуумной камеры с заключенным в ней подбрасываемым телом, каретки, силового прийода к ретки и механизма центрирования подбрасываемого тела П. Недостатком этого устройства является то, что при падении тело ударяется о жесткие элементы конструкции, а механизм центрирования выполнен в виде многозвенной рычажной системы. В связи с этим устройс во не обладает высокой надежностью долговечностью Наиболее близким к предлагаемому является гравиметр для измерения абсолютного ускорения свободного п дения баллистическим методом, содержащий подбрасываемое тело и. катапульту с кареткой 2. Недостатком этого устройства является жесткий удар тела о карет ку во времени его падения, что при водит к снижению надежности .гравиметра и уменьшает его срок службы. Цель изобретения - повышение надежности и долговечности устройства. Поставленная цель достигается тем, что гравиметр для измерения абсолютного ускорения свободного падения баллистическим методом, со держащий подбрасываемое тело и ка тапульту с кареткой, дополнительно содержит подвижные упоры, состо щие из корпуса, предварительно сжа го упругого элемента (например, винтовой цилиндрической пружины) и опорного тела (например, стального шара)f причем корпус соединен с ка реткой, упругий элемент расположен внутри корпуса и имеет предварительный прогиб ,, опорное тело помещено в отверстии каретки и выступает над ее верхней поверхность при этом параметры гравиметра удовлетворяют следующим соотношением:: do ( 2. ir где f - жесткость упругого элемен та г Й, - предварительный прогиб уп гого элемента d - дополнительный прогиб упругого элемента при тормо жении падающего тела; fc - коэффициент, больший единицы;2 - допустимая перегрузка тела в единицах при торможении;f - масса подбрасываемого тела; М - масса каретки; «я - максимальное значение ускорения при разгоне каретки ; - ускорение свободного падения;tt - высота падения. На чертеже схематически представпена конструкция предлагаемого гравиметра. . Гравиметр содержит подбрасываемое тело 1, обойму 2, три опорных шара 3, каретку 4, три предварительно сжатых упругих элемента 5, якорь б, немагнитную трубу 7, вакуумную камеру 8, электромагнит 9, основание 10, пружину 11, вертикальные центрирующие стержни 12, струны 13,, защитное стекло 14, интерферометр 15, систему 16 измерения пути и времени, корпус подвижного упора 17. Подбрасываемое тело 1 выполнено в виде уголкового светоотражателя, заключенного в обойме 2, Подбрасываемое тело установлено на трех подвижных упорах, выполненных в виде опорных шаров 3, прижатых к каретке 4 предварительно сжатыми упругими элементами 5. Каретка 4 жестко соединена с якорем б, расположенным в тонкостенной немагнитной трубе 7, закрепленной внизу вакуумной камеры 8. Снаружи на нЧмагнитной трубе 7 установлен силовой привод каретки, выполненный в виДе электромагнита 9, Между кареткой 4 и основанием 10 вакуумной камеры установлена пружина 11. На основании 10 смонтированы вертикальные центрирующие стержни 12, в верхней части которых закреплены струны 13, жестко соединенные с вакуумной камерой 8о Сверху в вакуумной камере 8 установлено защитное стекло 14. Устройство работает следующим образом. Сначала на обмотку электромагнита 9 подается постоянный ток такой величины, которая необходима, чтобы приподнять каретку 4 с подбрасываемым телом 1 на высоту, достаточную для освобождения каретки и тела от контакта с утолщенными частями вертикальных центрирующих стержней 12. После этого на обмотку электромагнита подается импульс тока. В результате якорь выталкивается вверх и разгоняет подбрасываемое тело 1„ Так как упругие элементы 5 предварительно сжаты с усилием, превышающим максимальную силу, действующую со стороны каретки на тело при его разгоне, опорные, шары 3, на которые опирается тело 1, плотно прижаты к каретке 4 После того, как каретка 4 замед лит свое движение, тело 1 открывается от нее и начинает свое движение под действием ускорения свобод ного падения. Во время разгона кар ка и подбрасываемое тело не соприкасаются с центрирующими стержнями С помощью интерферометра 15 и системы 16 измерения пути и времени производится измерение пути и времени свободного падения подбрасываемого тела. при падении тело i соприкасается с шарами 3 и сжимает упругие эле менты 5, которые уменьшают силу удара, а пружина 11 тормозит движение каретки 4 вместе с телом 1. В момент остановки каретки 4 и тело 1 центрируются вертикальными стержнями 12, так это показано на чертеже. Вертикально натянутые стр ны 13 надежно предохраняют тело от повреждений при работе и транспортировке устройства. Параметры устройства должны удо летворять соотношениям (1), (2) и (3). При этом соотношение (1) об печивает контакт между подпружинен ными опорными шарами 3 и кареткой при ее разгоне, соотношение (2) обеспечивает такой режим торможени тела, при котором оно уда.ряет о подпружиненные шарики и.не .происходит его удара о каретку, а соотношение (3) связывает параметры .ус ройства с допустимой перегрузкой при торможении. При работе с абсолютным гравиме ром для определения абсолютного ускорения свободного падения проводят 10000 и более единичных изме ний на каждом пункте. В связи с этим надежность и долговечность работы устройства являются одним из важнейших требований, предъявляемых к абсолютным гравиметрам. В ИФЗ АН СССР был изготовлен и испытан макет устройства, выполненный в соответствии с изобретением. В результате сравнительных испытаний предложенного макета и базового образца, изготовленного по прототипу, было установлено, что после 1000 подбрасываний светоотражателя с помощью базового образца на опорной поверхности металлической обоймы светоотражателя образуется наклеп, вызванный большими ударными нагрузками при Торможении. Ударные нагрузки столь велики, что в итоге являются причиной смещения стеклянного блока светоотражателя вдоль оси его металлической обоймы. Появление наклепа приводит к неидентичности установки светоотражателя в исходном положении перед очередным подбрасыванием. Это служит причиной неудовлетворительной работы гравиметра и требует его ремонта. При испытаниях предложенного макета было проведено более 10000 подбрасываний светоотражателя. После проведения испытаний на светоотражателе никаких дефектов не было обнаружено. Таким образом, технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства состоит в том, что благодаря своей конструкции оно обеспечивает значительное повышение надежности и долговечности. Кроме того, предлагаемая конструкция отличается простотой, отсутствием сложных механизмов, что также приводит к повышению надежности и долговечности гравиметра.

ГРАВИМЕТР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ АБСОЛЮТНОГО УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ, содержащий подбрасываемое тело и катапульту с кареткой, о т л .и чающийся тем, что, с целью повышения надежности и долговечности, он дополнительно содержит подвижные упоры, состоящие из корпуса, предварительно сжатого упругого элемента и опорного тела, причем корпус соединен с кареткой, упругий элемент расположен внутри корпуса и имеет предварительный прогиб , опорное тело помещено в отверстии каретки и выступает над ее верхней поверхностью, при этом параметры гравиметра удовлетворяют сл ующим соотношением: ( та , I о Mfrf Ъ Ыг ТГ где f жесткость упругого элемента; do предварительный прогиб упругого элемента; dl дополнительный прогиб упругого элемента при торможении падающего тела; i 1 коэффициент, больший единицы; W С 1Со допустимая перегрузка тела в единицах g- при торможении; m масса подбрасываемого тела; /И Масса каретки; сх максимальное значение ускорения при разгоне каретки; 00 ускорение свободного па о дения. о «