Способ определения масштабных коэффициентов морского гравиметра с двойной упругой системой крутильного типа Советский патент 1984 года по МПК G01V7/06 

Изобретение относится к геофизик а именно к способам эталонирования гравиметра. Гравиметр с двойной упругой сист мой крутильного типа с горизонталь-ной осью вращения имеет нелинейную шкалу, изменяющуюся по квадратичному закону. Поэтому для перевода отсчетов приборов в его показа1шя используются два масштабных коэффициента: К - коэффициент линейного члена шкалы и В - коэффициент в гравиметрии носит название эталонирования, которое выполняется путем снятия отсчетов прибора при изменении момента силы тяжести маятника и вычисления коэффициентов по полуг енным даннь М, Извес1ен способ эталонирования гравиметров наклоном U,заключающийся в ТОМ;, что выпол-Ьяюгся отсчеты гравиметра при изменегдаи момента силы тяжести путем наклона Г :рибора 3 гравитационном поле Земли и вычисляются масштабные коэффициенты; из системы уравнений наблюдений типа ,tn-f Вт +с fco50-1 I n: - / k m -f 6 m ro 0 0 где rri - отсчет прибора при его накло не; гпд- отсчет прибора в горизонталь ном положении; 0 . урол наклона прибора; - сила тяжести в месте эталони рования,i Однако выражение () соответствует лишь случаю,,когда маятник на ходится строго в горизонте (ось вращения его горизонтальна). а плоскост наклона совпадает с осью нрад;(ения маятника. Все это требует очень тщательной юстировки устройства для эталонирова ния и гравиметра на нем. Прл эталонировании морского гравиметра с двои ной упругой системой крутильного типа это принципиально недостихсимо,; так как оси враш;ен1ш двух маятников П зактически Т1ико1да не бывлгот параллельными и, следоватбльно, их не пьзя отъюстировать необходимым образом одновременно. Наиболее близким к изобретению является способ ог.ределения масштабных коэффициенте - юpcкoгo гравиметра с ,п,войнс)1 ynjiyrOH с:.истемой крутильного типа путем спятчя отсчетов лри изменении момента силы тяжести, действующего на упругую систему, на пунктах с известными значениями силы тяжести, которые ранее определены морским маятниковым прибором либо пут тем их привязки к пунктам береговой гравиметрической сети 2. По результатам наблюдений на опорных пунктах составляется ряд уравнений наблюдений вида () гдеД(-р. разность силы тяжести мелсду пунктами 2 и i (2:. 1,2,3 .-, i t,2,3 ); k I В - масштабные коэффи.циенть гравиметра; mp,m - отсчет гравиметра на соответствующем пункте; F(t| - функция смещения нульпункта гравиметра; i - время наблюдений на пунктах. Из системы управлений (2) путем уравнивания вычисляются масштабные коэфс11ициенты 1 и В, а также смещение нульпункта. Применение данного способа для эталонирования морских гравиметров требует создания полигона протяженностью более 8000 км вдоль меридиана, что крайне сложно гю многим причинам« В процессе эталонирования, как правило, удается выполнить наблюдения на ограниченном числе опорных пунктов. Поэтому невозмолшо выполнить детальное исследование шкалы прибора во всем диапазоне и надежно определить смещение нульпункта, а ,:ак как процесс эталонирования занимает большой промежуток времени, смещение нульпункта не всегда возможно ацпрокси шровать линейной функцией. Это приводит к погрешности определения как самого смещения нульпункта так и масштабных коэффициентов, например коэффициента квадратичного члена. Цель изобретения - повышение достоверн.ости и точности определения масштабных коэффициентов морского гравиметра с двойной упругой системой крутильного типа. Постчвленная цель достигается тем, что согласно способу определения масштабных коэффициентов морского гравиметра с двойной упругой системой крутильного типа путем отсчетов шкалы гравиметра при изменении момента силы тяжести действующего на упругую систему, в гравиметр устанавливают два зеркала с заданным углом между ними, выполняют отсчет .. этого угла на шкале гравиметра и по нему вычисляют масштабный коэффициент квадратичного члена, а масштаб-ный коэффициент линейного члена вычисляют по отсчетам гравиметра, полученным при изменении момента силы тяжести.

Кроме того, изменение момента силы тяжести осуществляют наклоном прибора, а масштабный коэффициент линейного члена для калздого из маятии-ков вычисляют из системы уравнений вида km- Dmsine-i-esine-f-(cos0--)-8 m, (3) где 1 - масштабный коэффициент линей иого члена; tTi - отсчет гравиметра по одному маятнику; D,E| - вспомогательные коэффиценты зависящие от начального положения гравиметра на накл няющем устройстве; б - угол наклона гравиметра; В - масштабный коэффициент квадр тичного члена; - ускорение силы тяжести в пун те эталонирования, а обратну величину масштабного коэффициента линейного члена для двойной упругой системы вычи ляют как сумму обратных вели чин аналогичных коэффициентов по каждому из маятников Известно выражение для коэффициента квадратичного члена, включающее значение силы тяжести и коэффициент преобразования угла в выходную величину. НапримерJ в случае оптической системы регистрации на фотопленку коэффициент В имеет значение дл одинарной и двойной упругой cиcтe ы соответственно Г ; , (4) где kp- коэффициент преобразования угла в линейную величину; I - коэффициент преломления дем пфирующей жидкости;

t - длина оптического рычага

(фокусное расстояние объектива) .

Для определения коэффициента преобразования Кп в гравиметр вмести упругой системы устанавливаются два зеркала с известным углом между ними имитирующие зеркала упругой системы, и выполняется отсчет по прибору. Коэффициент преобразования вычисляется по формуле

т,. 3

(5

Ч

а

а масштабный коэффициент В по формуле

Ч;

или (Ь)

m tn для упругой системы с одпин или двумя мaятиикa ш, где ni-j - отсчет гравиметра с установлен1 ыг-ш зеркалам, - угол ь;еж/ху зеркалами. Если в гравиметре нелинейная система регистрации, то необходимо иметь набор зеркал или два зеркгша с регулируемым углом ме/эду 1им, имитирующие упругую систему, а по выполненной серии измерений вычислять масштабные коэффициенты более высоких порядков градуировочиой характеристики. Опи.саииьш спссоб определения масштабного коэффициента квадратичного члена пригоден ие только для гравиметра с оптичес С15м съемом сигнала. Однако при другок конструкции системы регистрации необходимо использовать соответствую1;Б;й имитатор упругой системы. Повь.чиение достсверкости и точности оиределен.ия масштабного коэффициента линейного шена 1 достигается тем, что при измеиен момента силы тяжести с помощью nepei em.ermn прибора по пунктам с известны.а- знг.чениями силы тяжест он лплчисляется из cиcтe JЫ уравненги; наблюдений ипда 1(mg-m.j-F(thue:p.-6(m2-m2j с учетом известного коэффициента квадратичного члена В. В этом случае при том же числе 1 аблюде1;и1 па опорных мог-кет бьггь более точно определено c ;eJчeIп e 1уль пункта, Ч)о такл,-е повышает тс1чпоггь измерений. Однако в случае изменения момент силы тяжести при помощи на слона при бора в гравитационном поле Земли остается проблема юстировки гравиметр на наклоняющем устройстве и это при известном коэффициенте квадратичног члена В все равно приводит к неточн му определению коэффициента лтнейно го члена 1 . Чтобы повысить точност определения масштабного коэффициент 1 в процессе эталонирования наклоно и одновременно практически снять всякие требования к юстировкам гравиметра на наклоняющем устройстве, он вычисляется для каждого маятника в отдельности с учетом известного к эффициента Б из системы уравнений вида km«-DmsinQ + Esin0 -((cos0-f)-6№ (8 где коэффициенты D , Е и , также определяемые в процессе вычислений, учитывают произвольное положение оси вращения маятника как относител но плоскости горизонта, так и относительно плоскости наклона, после чего вычисляется коэффициент :шнейного члена двойной упругой системы из выражения 1 -тгт; (/S 7М k масштабные коэффициенгде и ты линейного члена гравиметра чения коэффициентов Ъ , Е и в системе уравнений (8) имеют следующие значегшя , Er(.4ocos j , (Ю) ( 1 - жесткость нитей подвеса маятника;Ф - начальный угол закручивания нитей; - угол в горизонтальной ш: ос-кости между осями вращения маятника и плоскостью наа:- имут эталонироваклона ; - угол между осью вращения маятника и плоскостью горизон та; yioii ме:кду осью маятника и п.мопчОСГТК) горяпонта. Из (10) видно, что при соответствующей юстировке гравиметра на наклоняюгдем устройстве (f О, Ч 0, Л/2 / выражение (в) вырождается в известную формулу при обработке результатов эталонирования наклоном. Это означает, что известный способ является частным случаем предлагаемого. Достоинство выражения (8 ), предлагаемого для расчета при эталонировании наклоном, состоит в том, что оно позволяет определить масштабный коэффициент линейного члена с достаточной точностью в общем случае установки гравиметра на плите. Это особенно важно, когда гравиметр содержит д)за маятника, оси враще1шя которых никогда не бывают строго параллельными. Таким образом, для определения масштабных коэффициентов морского гравиметра с двойной упругой системой крутильного типа предлагаемым способом выполняется следующая последовательность операций. Предварительно Б гравиметр устанавливают два зеркала с известным углом между ними, имитирующие зеркала упругой системы, выполняют отсчет по гравиметру и вычисляют масштабный коэффициент квадратичного члена градуировочной характеристики. Затем изменяют момент силы тяжести, действующий на маятники упругой системы,путем перемещения прибора по пунктам с различ 1ыми значенияга силы тяжести или путем наклона прибора в гравитационном поле Земли, и выполняют отсчет по гравиметру, причем,если гравиметр имеет два маятника и установлен на наклоняющем устройствеJ то отсчеты выполняют по каждому из маятников в отдельности, после чего из системы уравнений наблюдений вычисляют масштабный коэффициент линейного члена с учетом известного,; масштабного коэффициента 1. квадратичного члена. Применение изобретения дает возможность повысить достоверность и точность определения масштабных коэф фициентов гравиметра как с одним, так и с двумя маятниками, что особенно важно для прибора с двойной упругой системой ввиду бол)ишх систематических погрешностей, 1Г(1)1учаемых при эталонировании старыми способамИц Расширяется допуск на угол между осями вращения днух r-i.iM гпимж диойной упругой системы при ее изготовлении с 20 до 110 угловых мин. Увеличивается время между периодическими проверками масштабного коэффициента квадратичного члена В, так как проверка становится необходимой только после перестройки канала регистрации гравиметра.Упрощается технология эталонирования, так как гравиметр не нуждается практически ни в каких юстировках на устройстве для эталонирования и нет необходимости делать попарные наклоны выше и ниже горизонта. Упрощаются требования к наклоняющему устройству для эталонирования, в частности 109 68 может быть использовано устройство с одной степенью свободы без планшайбы . Кроме того, достоверное и точное определение масштабных коэффициентов в лабораторных условиях позволяет уменьшить число заходов на опорные пункты, которые могут использоваться только для контроля смещения нульпункта. Все это повышает производительность работ и дает возможность получить значительный экономический эффект, в том числе экономию валюты за счет сокращения заходов в иностранные порты.

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАСШТАБНЫХ КОЭФФИВДЕНТОВ МОРСКОГО ГРАВИМЕТРА С ДВОЙНОЙ УПРУГОЙ СИСТЕМОЙ КРУТИЛЬНОГО ТИПА путем снятия отсчетов шкалы гравиметра при изменении момента силы тяжести, действующего на упругую систему, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности и достоверности определения масштабных коэффициентов, в грави-:-г метр устанавливают два зеркала с заданным углом между ними, выполняют отсчет этого угла на шкале гравиметра и по нему вычисляют масштабный коэффициент квадратичного члена, а масштабный коэффициент линейного члена вычисля от по отсчетам гравиметра, полученным при изменении мо-t мента силы тяжести. 2. Способ по п.1, о т л и ч а ю ш, и и с я тем, что изменеЕше момента силы тяжести осуществляют на-; i icnpHOM прибора, а масштабный коэффициент линейного члена для калф,ого из маятников вычисляют из системы уравнений вида RintDmsme-bEsine+g- -(созб |-6п/, где k - масштабный коэффициент линейного члена; i m - отсчет гравиметра по одному маятнику; D, ,§-.- вспомогательные коэффициенСГ ты, зависящие от начального положения гравиметра на наклоняющем устройстве; 0 угол наклона гравиметра; В - масштабный коэффициент квадратичного члена; - ускорение силы тяжести в пункте этало1шрования, а обратную величину масштабного коэффициента линейного члена для двойно упругой системы вычисляют как сумму обратных вепичин аналогичных коэффиг ipieHTOB по каждому из маятшпчов.