Гравиметр Советский патент 1984 года по МПК G01V7/00 

где и и Я - соответственно радиус

и высота цилиндрической герметичной полости сосуда;

ие соответственно радиус и высота ферромагнитного твердого тела; 8 радиальный за.зор между ферромагнитным твердым телом и полостью сосуда;

U угловая скорость вращения сосуда;

коэффициент кинематической вязкости жидкости;

РТ Р соответственно плотность, усредненная по объему ферромагнитного твердого тела, и плотность жидкости;

W

- максимальное -значение

г Алакс

горизонтального ускорения.

2. Гравиметр по п.1,отличающийся тем, что датчик положения содержит источник когерентного излучения, полупрозрачное зеркало, три зеркала, собиракмцую призму, объектив и фотоприемник, оптически связанные между собой и с зеркальным торцом ферромагнитного тела, при зтом зеркала установлены в вершинах прямоугольника, а фотоприемник установлен напротив ребра собирающей призмы таким образом, что прямой луч проходит полупрозрачное зеркало, отражаетсй от первого зеркала, второго зеркала и собирающей призмы и через

5580

объектив-попадает на вход фотоприемника, а отраженный от полупрозрачного зеркала и зеркального торца ферромагнитного тела луч попадает на вход фотоприемника через объектив, проходя через полупрозрачное зеркало и отражаясь от третьего зеркала и собирающей приз мы.

1. ГРАВИМЕТР, содержащий сосуд с цилиндрической герметичной полостью, куда помещено ферромагнитное твердое тело, источник электромагнитного поля и датчик положения, отличающийся тем, что, с . ) целью уменьшения динамической погрешности, он содержит датчик электро(l- aV p.) U-alHt VA А магнитного поля, соединенный с выходным усилителем, привод, кинематически связанный с сосудом, цилиндрическая герметичная полость сосуда имеет форму тора и заполнена жидкостью на величину заданного объема, один из торцов сосуда выполнен прозрачным, ферромагнитное тело выполнено в виде цилиндра с продольным отверстием, охватывающим внутреннюю стенку тора, и имеет зеркальные торцы, выход датчика положения соединен чеpe s усилитель с обмоткой источника электромагнитного поля, выполненной в виде солелоида и охватывающей со- суд, при этом плотность жидкости вьше усредненной плотности ферромагнитного твердого тела, а объем жидкости . задан -соотношением С ((-1 2аг макс гмакс

Изобретение относится к геофизике, конкретнее к гравиметрии, и может быть использовано для определения ускорения силы тяжести на подвижном основании при проведении гравиразведочных работ. Известны гравиметры, содержащие сосуд, заполненный жидкостью с зеркальной свободной поверхностью, двигатель , эталонное зеркало с параболической зеркальной поверхностью, установленное над сосудом и обращенное зеркальной поверхностью в его сторону, источник когерентного излучения, полупрозрачное зеркало, установленное под углом 45по отношению к оси симметрии сосуда и эталонного зеркала, отражающая поверхность кото рого направлена в второну эталонного зеркала, а . также регистратор излучения ij . Недостатком таких гравиметров является низкая точность измерения в условиях подвижного основания. , . Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гравиметр, содержащий сосуд с цилиндричес кой герметичной полостью, 4суда поме- щено ферромагнитное твердое тело, источник эхеектромагнитного поля и датчик положения 2 , Недостатком известного гравиметра является высокое значение динамиSf М

аГр;)

U-0()H

S/, Р

5(

е)

а и

-W

1аГ макс

гмакс ческой погрешности-измерения, обусловленной малым значением коэффициента демпфирования электромагнитного подвеса твердого тела, а также конеч ным временем измерения ускорения силы тяжести. Цель изобретения - уменьшение динамической погрешности. Указанная цель достигается тем, что гравиметр, содержащий сосуд с цилиндрической герметичной полостью, куда помещено ферромагнитное твердое тело, источник электромагнитного поля и датчик положения, содержит датчик электромагнитного поля, соединенный с выходным усилителем,,привод, кинематически связанный с сосудом, цилиндрическая герметичная полость сосуда имеет форму тора, и заполнена жидкостью на величину заданного объема, один из торцов сосуда выполнен прозрачным, ферромагнитное тело выполнено в виде цидиндра с прюдольным отверстием, охватыванмцим внутреннюю стенку тора, и имеет зеркальные торцы, выход датчика положения соединен через усилитель с обмоткой источника электромагнитного поля, выполненной в виде соленоида и охватываедей сосуд, при этом плотность жидкости выше усредненной плотности ферромагнитного твердого тела, а объем жидкости задан соотношениемгде R и Н - соответственно радиус и Ьысота цилиндрической герметичной полости сосуда; . а и J - соответственно радиус и высота ферромагнитного твердого тепа; радиальный зазор между ферромагнитным твердым телом и полостью сосуда;угловая скорость вращения сосуда; коэффициент кинематической вязкости жидкости; Рт Pk соответственно плотность усредненная по объему ферромагнитного твердого тела, и плотность жидкос ти; W cm am;- максимальное значение го ризонтального ускорения. Кроме того, датчик положения содержит источник когерентного излучения, полупрозрачное зеркало, три зеркала, собиракщуюг призму, объектив и фотоприемник, оптически свя.занные между собой и с зеркальным торцом ферромагнитного тела, при это зеркала установлены в вершинах прямоугольника, а фотоприемник установлен напротив ребра собира кщей призмы таким образом, что прямой луч проходит полупрозрачное зеркало, отража-ется от первого зеркала, второго зер капа и собирающей призмы через объек тив попадает на вход фотоприемника, а отраженный от полупрозрачного зеркала и зеркального торца ферромагнит ного тела луч попадает на вход фото приемника через объектив, проходя через полупрозрачное зеркало и отражаясь от третьего зеркала и собира щей призмы. На че.ртеже изображена схема гравиметра. Гравиметр содержит сосуд 1с цилиндрической герметичной полостью, заполненной жидкостью 2, установлен- Hijtfi в опорах 3. Сосуд 1 содержит ферромагнитное твердое тело 4, выпол ненное в виде.цилидра с продольным отверстием, торцы ферромагнитного твердого тела 4 выполнены зеркальными. Сосуд 1 соединен- кинематически с приводом 5, сообщакмцим сосуду 1 постоянную скорость вращения в опо104 pax 3. Сосуд I имеет прозрачный торец 6. Источник 7 когерентного излучения оптически связан с полупрозрачным зеркалом 8, зеркалами 9-11, собиракицей призмой 12, объективом 13 и фотоприемником 14. Последний через усилитель 15 соединен с обмоткой источника 16 электромагнитного поля. Датчик 17 электромагнитного поля, например датчик Холла, установлен внутри сосуда I и соединен с выходным усилителем 18. Гравиметр работает следующим образом. Сосуд 1 с жидкостью 2 и ферромагнитным твердым телом 4 приводится в равномерное движение с угловой скоростью W с помощью привода 5. При заданном объеме жидкости 2 в полости сосуда 1 и определенных параметрах ферромагнитного твердого тела 4 последнее в установившемся режиме вращается с угловой скоростью как взвешенное. Объем жидкости V. JJJопределяется из условия обеспечения минимума площади контакта ферромагнитного твердого тела 4 с жидкостью 2 при сохранении зтого контакта в условиях воздействия вненшего возмущения в радиальной плоскости при наличии максимального горизонтального ускорения W, Т макс РО а - е i(,- i rMOUC а р) u4wVH4 /8 где Гд - радиус свободной поверхности жидкости 2; а - радиус ферромагнитного твер- . дого тела 4; I - смещение ферромагнитного твердого тела под действием радиальной возмущающей силы, которое равно (3); о - радиальный зазор между ферромагнитным твердым телом 4 и полостью сосуда 1; - коэффициент кинематической вязкости жидкости 2; соответственно плотность. усредненная по объему ферромагнитного твердого тела 4, и плотность жидкости 2. Объем жидкости V равен v.,. i4r-rUH-e)+fflR -o)e; где R и Н - соответственно радиус и высота полости сосуда I; Z - высота ферромагнитного тела 4. Учитьюая (2) и (3) получают выражение (I) Наличие силы тяжести вызывает сме щение ферромагнитного твердого тела вдоль оси вращения сосуда , которое определяется следукицим образом. Оптический луч от источника 7 когерент ного И9лучей;1я постуйает на полуарозра.чиое зеркало 8, которое делит оптический луч на два. Один из лучей после отражения от зеркал 0 и И и одной иэ граней собирающей призмы 2 поступает через объектив 13 на фотоприе1«1ик 14. Второй луч после полупрозрачного зеркала 8 проходит прозрачиый торец 6, отраж ается от зеркального торца ферромагнитного твердого тела 4, снова проходит через npo3pa4Bt«ti торец 6 сосуда I, а затем вновь полупрозрачное зеркало 8 и пос ле отражения от зеркала 9 и второй грани собираипей призмы 12 через объектив 13 попадает на фотоприемник i 4 . Наличие разности хода оптических лучей приводит к появлению интерференционной картины. Выходной сигнал фотоприемника 14 несет информацию о смещении ферромагнитного твердого тела 4, который после усиления подается на обмотку источника электромагнитного поля 16, которая при протекании через нее тока создает электромагнитную силу, препятствующую дальнейшему перемещению ферромагнитного твердого тела 4, т.е. осуществляется компенсация силы тяжести электромагнитной силой. Датчик 17 электромагнитного поля Совместно с выходным усилителем 18 является выходным каналом сигнала, гравиметра. Выполнение обоих торцов ферромаг-. нитного твердого тела 4 эеркальнь1ми необходимо для устранения неопределенности при его взвешизании в жидкости и последующего определения его положения вдоль оси вращения сосуда 5. Продольное отверстие в ферромагнитном твердом теле 4 необходимо для выравнивания давления в газовых полостях возле его торцов, Изобретение позволяет уменьшить динамическую погрешность гравиметра по крайней мере в 2,5 раза, благодаря использованию гидродинаьшческого подвеса ферромагнитного твердого тела, позволяющему при равиьк постоянных времени увеличить коэффициент демпфирования динамической системы гравиметра.

--5