Гравитационный вариометр Советский патент 1984 года по МПК G01V7/10 

1 Изобретение относится к геофизическому приборостроению и предназначено для высокоточных измерений первой и вторых производных гравитационного потенциала. Известен гравитационный вариометр, содержащий упругую кварцевую систему, состоящую из двух чувствительных элементов, каждый из которых выполнен в виде равноплечего ры чага, подвешенного на вертикальном торсионе, устройство компенсации и поворота чувствительного элемента, выполненное в виде горизонтальных и вертикальных пружин, связанных через микровинт и упругие нити на дополнительной рамке с равноплечим |рычагом, устройство регистрации lj Применение нижних нитей подвеса равноплечего рычага в данном приборе приводит к уменьшению чувствительности вариометра, а наличие упр .гого астазирования - к нелинейности показаний вариометра. Кроме того, прибор позволяет измерять производные только в статическом режиме, чт в ряде случаев является недостаточi ным. Наиболее близким к изобретению я ляется гравитационньй вариометр, со держащий герметизированный корпус, в котором расположен чувствительньй элемент, вьшолненный в виде рычажного коромысла с первьм зеркалом, закрепленного, на подвесе, узел .обратной связи с согласующим устройст вом, первое фотоэлектрическое устройство, состоящее из первого осветителя и первого дифференциального фотоэлемента, связанное с первым зе калом чувствительного элемента и регистратор. 2j. Недостатком известного вариометр является нестабильность пьезоэлементов, приводящих к дрейфу нульпункта прибора. Целью изобретения является расши рение функциональных возможностей вариометра путем одновременной регистрации первой, вторых производных гравитационного потенхщала и изменений накл&на . земной поверхности. . Поставленная цель достигается тем, что в гравитационном вариометре j содержащем герметизированный ко пус, и котором расположен чувствительный элемент, выполненный в виде 22 рычажного коромысла с первым зеркалом, закрепленного на подвесе, узел j обратной связи с согласующим устpoйcтвoмj пзрвое фотоэлектрическое устройство, состоящее из .первого осветителя и первого дифференциального фотоэлемента, связанное с первым зеркалом чувствительного элемента, и регистратор, подвес чувствительного элемента вьшолнен в виде вертикально расположенного стержня с закрепленным-на его верхнем конце шариком из магнитомягкого железа, к нижнему концу зеркала ствительного элемента прикреплен вертикальный экран с отверстием в центре, на одной прямой с .центром экрана с одной его стороны установлен второй осветитель, а .с другой - второй дифференциальный фотоэлемент, через согласующее устройство связанный с регистратором и узлом обрат ной связи, который выполнен в виде .магнитной катушки, в центре которой расположен шарик из магнитомягкого железа, в нижней части чувствительного элемента установлено двухкоординатное фотоэлектрическое устройство, состоящее из горизонтального экрана с отверст ием по центру, с одной стороны которого на вертикальном стержне закреплен третий осветитель,, а с другой - двухкоординатный дифференциальный фотоэлемент, связанный с регистратором. , . .- На чертеже, показан гравитационный вариометр, общий вид. Вариометр включает герметический корпус (не показан), узел обратной связи в виде магнитной катушки 1, чувствительный элемент, выполненньй в виде вертикально расположенного стержня 2, на верхнем конце которого симметрично его оси закреплен шарик 3, изготовленный из магнитомягкого материала, а на нижнем его конце также симметрично оси прикреплено зеркало 4 фотоэлектрического узла регистрации положения чувствительного элемента. На стержне 2 закреплено симметрично относительно его оси коромысло 5 с грузами на его концах. Фотоэлектрический узел регистрации положения чувствительного элемента, кроме зеркала 4, состоит из лаьшы осветителя 6, дифференциальных фотодатчиков 7, регистратора 8, а 3 также жестко скрепленного с зерка лом 4 вертикального экрана 9 с отв.ерстием 10 по центру с одной стороны экрана 9 расположен осветитель 11, а с другой - дифференциальный фотодатчик 12. Кроме того, фотоэлект рический узел включает горизонтальный экран 13 с круглым отверстием 14 который с помощью стоек 15 жестко скреплен с экраном 9. симметрично оси стержня 2. С одной стороны экрана 13 расположен осветитель 16, а с другой - координатно-чувствительный фотодатчик 17. Для обеспече1шя ста:билизации положения чувствительного элемента по вертикали предусмотрен узел обратной связи с согласующим устройством 18, Выходы фотодатчиков 12 и 17, как и выход фотодатчика 7, подключены к регистратору 8. Гравитационный вариометр работает следующим образом. На пункт.е наблюдения прибор выставляется по уровням в вертикальное положение, затем, включается элек трическое питание ламп- осветителей 6, 11 и 16, регистратора В и магнитной катушки 1. Б результате взаимодействия шарика 3 с электромагнитJHbiM полем катушки 1 чувствительный элемент зависает в некотором положении. Изменением электрического питания в цепи электромагнитной системы катушки 1 добиваются такого положения чувствительного элемента, при котором фототок фотодатчика 12 равен .нулю. После этого прибор выставляется таким образом, чтобы фотото фотодатчика 17 также был равен нулю Выполнив перечисленные операции, при бор является подготовленным к непрерывной регистрации первой и вторых производных гравитационного потенциала, а.также изменений угла между отвесной линией и земной поверхностью. При изменений ускорения силы тяжести Чувствительный элемент прибора и экран 9 совмещаются относительно осветителя 11 и фотодатчика 12, что приводит к появлению разностного фототока. Подключенное к фотодатчику 02 12 согласующее устройство 18 обеспечивает подачу в магнитную катушку 1 кo ffleнcиpyIoщeгo электрического сигнала, величина которого регистрируется регистратором 8 и одновременно является мерой изменения ускорения силы тяжести. При изменении вторых производных гравитационного потенциала происходит угловое смещение чувствительного элемента. Зеркало 4 чувствительного элемента разворачивается на некоторьй угол, что приводит к перераспределению светового потока на фотодатчике 7 и изменению электрического сигнала в его цепи. Величина изменения сигнала пропорциональна изменеш-1ю поля вторых производных гравитационного потенциала. При наклоне земной поверхности нижний конец чувствительного элемента смещается относительно корпуса прибора, всегда заьшмая положение отвеса. При этом смещается экран 13, происходит перераспределение светового потока и появление в цепи фо- тодатчиков 17 разностного электрического сигнала по двум взаимноперпендитсулярным осям. Таким образом, обеспечивая регистрацию положения чувствительного элемента, предлагаемый прибор позволяет одновременно производить измерение первой и вторых производных гравитационного потенциала, а также наклонов земной поверхности, следовательно, является прибором многоцелевого -назначения, что выгодно отличает его от известных гравитационных вариометров. Эталонирование предлагаемого прибора производится известным способом эталонирования гравитационного вариометра, гравиметра и наклономера. Положительный эффект от использования предлагаемого изобретения обусловлен.одновременным измерением первой и вторьк производных гравитационного потенциала, а также изменений наклона земной поверхности одним датчиком.

ГРАВИТАЦИОННЫЙ ВАРИОМЕТР, содержащий герметизированный корпус, в котором расположен чувствительный элемент, выполненный в виде рычажного коромысла с первым зеркалом, закрепленного на подвесе, узел обратной связи с согласую1цим устройством, первое фотоэлектрическое устройство, состоящее из первого осветителя и первого дифференциального фотоэлемента, связанное с первым зеркалом чувствительного элемента., .и регистратор, отличающи йс я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей вариометра путем одновременной регист первой, вторых производных гравитационного потенциала и изменений наклона земной поверхности, подвес чувствительного элемента выполнен в виде вертикально расположенного стержня «с закрепленным на его верхнем конце шариком из магнито мягкого железа, к нижнему концу зеркала чувствительного элемента прикреплен вертикальный экран с отверстием в центре, на одной прямой с центром экрана с одной его стороны установлен второй осветитель, а с другой - второй дифференциальный фотоэлемент, через согласующее уст(Л ройство связанный с регистратором и узлом обратной связи, который вы с полнен в виде магнитной катушки, в центре которой расположен шарик из магнитомягкого железа, в нижней части чувствительного элемента установлено двухкоординатное фотоэлектри-. ческое устройство, состоящее из горизонтального экрана с отверстием по центру, с одной стороны которого она вертикальном стержне закреплен ю третий осветитель, а с другой - двухкоординатный дифференциальный фотоэлемент, связанный с регистратором.