Гравиметр для съемки в движении Советский патент 1985 года по МПК G01V7/04 

111

Изобретение относится к электрическим регистрирующим измерительным приборам гравиметрических устройств. Цель изобретения - повышение точности измерений. На чертеже представлена блок-схема устройства.

Гравиметр цпя съемки в .движении содерхшт чувствительную систему 1 с маятником, реверсивный десятичный счетчик 2, буферный регистр 3, генератор 4 опорной частоты,, делитель 5, устройство 6 управления и синхронизации, блок 7 управления двигателем, счетчргк 8 оборотов двигателя 9, цифропечатающуго машину (ЦПМ) 10, два кварцевых генератора 1-1 и 12, дифференциальную фазочуветвительнзпо систему 13, два смесителя 14 и 15, два фильтра 16 и 17, два формирующих усилителя 18 и 19, фазовый детектор 20, блок 21 электростатической тяги 21, причем реверсивный десятичный счетчик 2 соединен с буферным регистром 3 через схемы совпадений 22 с генератором 4 опорной частоты и устройством 6 управления и синхронизации, буферный регистр 3 соединен с ЩМ 10, генератор 4 опорной частоты соединен с делителем 5, а выход его - с устройством 6 управления и синхронизации, которое подключено к буферному регистру Зэ ЦПМ 10 и блоку 7 управления двигателем, двигатель 9 механически соединен со счетчиком 8 оборотов двигателя, а блок 7 управления двигателем подключен к двигателю 9, кварцевьш генератор 11 соединен с дифференциальной фазочувствительной системой 13, а генератор 12 соединен с опорными входами обоих смесителей 14 и 15, сигнальные входы смесителей 14 и 15 подключены к дифференциальной фазочувствительной системе 13, выходы смесителей 14 и 15 соединены с входами фильтров 16 и 17, а вьпгоды фильтров 16 и 17 - с входами формирующих усилителей 18 и 19, выходы которых подключены к фазовому детектору 20, выход фазового детектора 20 соединен через схемы совпадения 22 с реверсивным счетчиком 2 и блоком электростатической тяги 215 а его выходы - с соответствующими неподвижными пластинами чувствительной системы 1,

Гравиметр работает следующим образом.

652

Чувствительная кварцевая система гравиметра имеет металлизированный маятник с двумя пластинами. Неподвижная часть системы имеет четыре металлических пластины, образующие с подвижными пластинами конд.енсаторы электростатического управления. Эти конденсаторы включены в дифференциальнзло контурную фазочувствительную систему 13, которая вместе с генераторами 11 и 12, смесителями 14 и 15, фильтрами 16 и 17, формируюн(ими усилителями 18 и 19 образует фазоразностный нуль-орган. Фазвьм детектор 20, блок 21 управления электростатической тягой и блок 7 управления двигателем образуют вместе с фазоразностным нуль-органом два замкнутых контура следящей системы, поддерживающие маятник чувствительной системы в горизонтальном положении.

Дифференциальная фазочувствительная система 13 содержит два LC-колебательных контура, настроенных в резонанс с частотой генератора 11. В оба контура от этого генератора через элемент связи вводится гармоническая ЭДС. Движение маятника вызвает симметричную относительно частты генератора 11 расстройку контуров и соответствующие фазовые сдвиг сигналов на входах смесителей 14 и 15. Смесители и генератор 12 трансформируют фазовые сдвиги из области высоких частот в область более низких для увеличения временного сдвиг между входными сигналами смесителей и для соответствующего повьшгения угловой чувствительности нуль-органа.

Сигналы с выходов смесителей 14 и 15 через фильтры 16 и 17 поступаю на входы усилителей 18 и 19, формирующих из гармонических сигналов последовательность прямоугольных импульсов с частотой, равной разности частот кварцевых опорных генераторов 11 и 12, и с соответствующим фазовым (временным) сдвигом. Фазовый детектор 20 за счет своей релейной характеристики формирует двоичньш сигнал, соответствующий разности фаз.

Блок 21 электростатической тяги из сигналов фазового детектора вырабатывает потенциалы, подаваемые на неподвихсные пластины и воздействующие на маятник так, чтобы он воз вращался в исходное горизонтальное положение. Фазовый детектор управляет также режимом работы реверсивного счетчика 2, на входы которого через управляющую схему совпадений 22 поступают импульсы опорного генератора. Число, записанное в реверсивном счетчике, за определенный отрезок времени отображает изменения силы тя жести, компенсируемые устройством электростатической тяги. При больших вариациях силы тяжести блок управления двигателем 7 авто матически включает двигатель 9, кото рьш, воздействуя через механическую передачу, микровинт и пружину на маятник, возвращает его в положение, близкое к горизонтальному. В области малых угловых отклонений маятника от горизонта двигатель автоматически от ключается для устранения вредных механических воздействий на систему. П окончании цикла накопления-число из реверсивного счетчика 2 по команде устройства управления и,синхронизаци 6 переписывается в буферный регистр и далее в ЦПМ 10, Показания счетчика оборотов двигателя также записываются в ЦПМ 10. Генера,тор опорной часто ты 4 имеет кварцевую стабилизацию и формирует счетные импульсы для ре версивного счетчика 3 и делителя 5, который задает сетку синхронизирующи сигналов для устройства управления и синхронизации. Генераторы 11 и 12 также имеют кварцевую стабилизацию частоты. Разность их частот д выбра на порядка нескольких кГц для получе ния наибольшей угловой чувствительности нуль-органа в пределах области захватывания. Временной сдвиг f входного сигнала фазового детектора за счет поворо 654 та маятникя чувствитолыюй системы гравиметра на yio.n ct приблизительно равен .лг где 1 - длина рычага от оси вращения до центра подвижной пластины; CQ - емкость между подвижной и неподвижной пластинаш ; С| полная емкость контура фазочувствительной цепи; d(j - расстояние между подвижной и неподвижной п.иастинами в исходном положении маятника; uf разность частот опорных генераторов 11 и 12; Q - эквивалентная добротность контура фазочувствительной системы. Угловую чувствительность нуль-орdoгана К можно оценить по приближенному выражению ICoQ Для макета гравиметра был разработан и испытан уль-орган при следующих данных: пФ, ,7 мм, uf 10 Гц, мм , . При этом угловая чувствительность нуль-органа оказывается равной примерно 2,8-10 угл.с/с. Б качестве временного различителя фазового детектора в макета использовался серийный D-триггер (серия 155), имеющий порог различения по времени не хуже 20 НС. В указанном случае значе 1ия различных угловых перемещений мялтника имеют порядок 0,5 угл.с. Результаты эксперимента совпали с расчетными данными.

ГРАВИМЕТР ДЛЯ СЪЕМКИ В ДВИЖЕНИИ, содержащий упругую чувствительную систему с маятником, реверсивный десятичный счетчик, буферный регистр, генератор опорной частоты, счетчик, блок управления двигателем, схемы совпадений, устройство управления и синхронизации, счетчик обо- ротов двигателя, двигатель, цифропечатающую машину, причем десятичный реверсивный счетчик соединен с буферным регистром, генератором опорной частоты и устройством управления и синхронизации, буферный регистр соединен с цифропечатающей машиной, генератЬр опорной частоты соединен со счетчиком, а его выход с устройством управления и синхронизации, которое подключено к буферному регистру, цифропечатающей машине и блоку управления двигателем, двигатель механически соединен со счетчиком оборотов двигателя и блок управления двигателем подключен к двигателю, отличающийся тем, что, с целью повьш1ения точности измерений, в него введены два кварцевых генератора, дифференциальная избирательная схе- ма, в плечи которой включены конденсаторы, образованные подвижной пластиной, укрепленной на маятнике чувствительной системы, и соответствукнцими неподвижными пластинами, два смесителя, два полосовых фильтра, два формирукидих усилителя, фазовый детектор, блок электростатической (Л тяги, причем один кварцевый генератор соединен с дифференциальной избирательной системой, а второй - с опорными входами обоих смесителей, сигнальные входы смесителей подключены к дифференциальной избирательной системе, выходы смесителей соединеоо ISD ны с входами фильтров, а выходы фильтров - с входами формирующих усилите4 лей, выходы которых подключены к фа05 зовому детектору, выход фазового деСП тектора соединен через схемы совпадений с реверсивным счетчиком и блоком электростатической тяги, выходы которого соединены с соответствующими неподвижными пластинами чувствительной системы.