Устройство для измерения ускорения силы тяжести Советский патент 1984 года по МПК G01V7/02 

Изобретение относится к геофизическому приборостроению и предназначено для измерения ускорения силь тяжести. Известно устройство для измерения ускорения силы тяжести, содержащее вертикальный маятник, механизм его запуска, датчик угловых отклонений и регистратор. Это устройство нашло применение в геофизике и геодезии lj Однако точность регистрации этим прибором ограничивается прежде всего неизохронностью его колебаний. Кроме того, прибор довольно громоздкий. Известно также устройство для абсолютных измерений ускорения силы тяжести, содержащее пробное тело, вакуумную камеру, механизм бросания пробного тела, измеритель параметров перемещения пробного тела в пространстве, регистратор времени. Устройство применяется для прецизионных измерений ускорения силы тяжести, что достигается путем многократных . бросаний пробного тела. Обычно серии измерений составляют не менее 100 бро ков, среди которых отдельные выбросы измерений достигают 3 и более миллигал ...j Однако устройство очень громоздко И может применяться только в хорошо оборудованных лабораторньк помещениях и требует большого во времени объема подготовительных операций по его наладке и настройке. Наиболее близким к предлагаемому является устройство для измерения ускорения силы тяжести, содержащее желобковую поверхность качения и сфе рическую массу з . Недостатком данного устройства является его неудовлетворительная изохронность колебаний. В реальном случае любая сферическая масса является телом конечных размеров (т.е. радиус сферической массы отличен от нуля). И чтобы ее центр тяжести при качении описывал циклоиду, необходимо, чтобы поверхность качения имела в этом случае специальньй профиль, сечение которого не будет циклоидой. Расчеты показывают, что отклонение центра масс от циклоиды примерно на 0,1 микрона приводит к погрешности измерений ускорения силы тяжести уже порядка одного мил,пигала Цель изобретения - повьпиение точности и производительности, уменьшение габаритов. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для измерения ускорения силы тяжести, содержащем желобковую поверхность качения и сферическую массу, профиль желобковой поверхности имеет форму, описываемую параметрическим уравнением Xa qi-sincfVr сое Щг ij o(-co5. 5in , где X ий- текущие координаты профиля желобковой поверхности; О - радиус образующей циклоиду окружности; i - радиус сферической массы Cf - угловой параметр, определяющий текущую точку на циклоиде, кроме того, устройство дополнительно содержит блок совмещения оси симметрии образующей поверхности качения с линией отвеса, включающий в себя вертикальный маятник, масса которого одновременно является экраном, расположенным перпендикулярно оси маятника, причем по центру экрана выполнено отверстие, с одной стороны которого смонтирован рсветитель, а с Другой - координатно-чувствительный фотодатчик, жестко связанные с корпусом прибора, маятник блока совмещения, осветитель, фотодатчик и желобковая поверхность во время измерения имеют общую ось симметрии. . На чертеже представлена схема предлагаемого устройства. Устройство содержит желобковую профильную поверхность 1 качения, сферическую массу 2, центр 3 тяжести Которой при качении описывает циклоидальную кривую.4, датчик 5 перемещения, блок 6 запуска, вертикальныймаятник 7, горизонтально расположенный экран 8 с отверстием 9, осветитель- 10, координатно-чувствительный фотодатчик 11, регистратор 12, ось 13 симметрии. Прш1цип действия предлагаемого устройства заключается в следующем. При перемещении центра 3 тяжести по циклоидальной кривой 4 период колебаний сферической массы 2 относительно положения равновесия, при качении по поверхности 1 качения не зависит от амплитуды этих колебаний, как для всякого циклоидального маятника. Ускор ание силы тяжести опреде31ляется по периоду указанных колебани по известным формулам. Методика работы с предлагаемым устройством заключается в следующем. На пункте наблюдения прибор устанавливается таким образом, чтобы ока зались совмещенными оси симметрии об разующей поверхности качения и вертикального маятника. Контроль их сов мещения достигается при помощи регистратора 12 и двухкоординатного фотоприемника, который настроен таким образом, что при совмещении указанных осей разностный ток этого фотоприемника равен нулю. После этого включается датчик 5 перемещения. Затем при помощи блока 6 запуска сфери ческая масса 2 вьшодится из положения равновесия таким образом, чтобы она совершила по желобковой профилированной поверхности 1 качения несколько колебаний, соответствующих элементам циклоиды (по циклоидальной кривой 4). Моменты прохождения центра 3 тяжести сферической массы 2 через ось 13 симметрии фиксируются датчиком 5 перемещения и передаются в регистратор -12. В этом регистраторе происходит обработка полученной информации по известным формулам и вьщается среднее значение ускорения силы тяжести для данного пункта наблюдения. Предлагаемое устройство должно быть эталонировано на пункте с известным значением ускорения силы тяжести для определения коэффициента трения качения сферической массы 2 по поверхности 1 качения, а также температурных и барических коэффициентов. Известно, что циклоидальный маятник является изохронным, т.е. период его колебаний не зависит от величины амплитуды. Поэтому использование цик лоидального маятника для измерения ускорения силы тяжести освобождает от необходимости регистрировать амплитуду колебаний и вводить поправку за амплитуду, что неизбежно в практи 5 ке использования неизохронных маятников . При оценке точности обработки желобковой поверхности, профиль которрй задается параметрическим уравнением, существенно то, что период колебаний циклоидального маятника совпадает с периодом колебаний такого кругового маятника, у которого приведенная длина 4а. Это означает, что при одинаковых требованиях к точности измерений погрешность обработки Д (t: желобковой поверхности не должна превьппать величину А . Так 4 как в практике использования обычных круговых маятников для обеспечения измерений с точностью, например, в 1 миллигал Д не должно превосходить 1 микрона, то погрешность Д а при обработке желобковой поверхности не. должна превосходить 0,25 микрона. Очевидно, что при повышении точности измерений пропорционально возрастают требования к точности обработки же- лобковой поверхности. При выборе материала для изготовления желобко- вой поверхности его прочность должна быть такова, чтобы прогиб при качении массы по желобу не превосходил требуемую величину погрешности обработки самого материала. Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечивается изохрон ность колебаний сферической массы относительно положения равновесия вне зависимости от величины амплитуды колебаний, причем нить подвеса отсутствует. Таюй-i образом, измерения становятся свободными от введения поправок за амплитуду колебаний и за влияние нити подвеса, что и обеспечивает повышенную точность измерений . Предлагаемое устройство может быть использовано при гравиметрических измерениях в организациях, занимающихся поиском и разведкой полезных ископаемых.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНА УСКОРЕНИЯ СИПЫ ТЯЖЕСТИ, содержащее желобковую поверхность качения и сферическую массу, отличающеес я тем, что, с целью повышения точности и производительности, уменьшения габаритов, профиль желобковой поверхности имеет форму, описываемую параметрическим уравнением ;Х--о(ср-51пчЬг С06 Cf|2, (l-co9tp) (fl2 , где V , Ч текущие координаты профиля желобковой поверхности; 01 - радиус образующей циклоиду окружности; ( - радиус сферической массы, ( - угловой параметр, определяющий текущую точку на циклоиде, кроме того, устройство дополнительно содержит блок совмещения оси симметрии образующей поверхности качения ,с линией отвеса, включающий в себя вертикальный маятник, масса которого (Л одновременно является экраном, расположенным лерпендикулярно оси маятника, причем по центру экрана отверстие, с одной стороны которого смонтирован осветитель, а с другой - коордш атно-чувствительный фотодатчик, жестко связанные с корпусом прибора, маятник блока совмещения, осветитель, фотодатчик и желобковая поверхность во время измерения имеют общую ось симметрии.