Вариометр Советский патент 1990 года по МПК G01V7/00 G01V7/14 

:АЭ X) 4

Изобретение относится к гравимет - рмм и иожег быть применено для измерения быстрых зариаций вторых производ ньЕй потенциала силы тяжести во времени.

Цель нзобретекия - повышение быст родействия ва:риометра при измерении леременньос по времени гориэоитальных или вертикальных градиентов ускорения силы тяжести.

Блок-схема преш агасмого вариометра показана на чертеже.. . Вариометр содержит источник монохроматического .излучения 1, посредством делительного оптического элемента 2, первой 3-1 и второй 3-2 оптических систем ввода связанный с. интерферометром, измерительные каналы которого выполнены в виде первого 4-1 и второго 4-2 замкнутых сосудов с заключенными в них первым 5-1 и- вторьм 5-2 световодами, погруженными в первый 6-1 и второй 6-2 объемы жид .крсти при этом первый световод 5-1 посредством первого объема жидкости 6-1 связан с первым 7-1 откалибро- ванньм по массе датчиком гравитационного поля, а второй световод 5-2 посредством второго объема жидкости 6-2 связан с вторь м 7-2 откалибро- ванным по массе датчиком гравитадион ного поля, первый 4-1 и второй 4-2 замкнутые сосуды с заключенными в световодами 5-1 и 5-2 и жидкостями 6-1 и 6-2 помещены в первую-8-1 . и вторую 8-2 термостатированные камеры соответственно. Выходы интерферометра через третью 9-1 и четвертую . 9-2 оптические системы ввода излу- -чения связаны с входом фотоэлектронного преобразователя 10, выход которого подключен к первому входу делителя 11.

Вариометр содержит также лазерный дальномер 12, .установленный на термостатированной камере 8-1 н связанный оптически со световозвращателем (уголковым отражателем) 13, устанавливаемом на термостатированной камере 8-2. Информация о расстоянии между датчиками гравитационного поля поступает на второй вход делителя 11, выход которого связан-с входом ;4егистратора 14.

Предложенный вариометр работает следующим образом.

Излучение монохроматического ис- точника 1 делится делительным опти-

0

5

ческим элементом 2 на две равных потока, которые проходят через первый 5-1 и второй 5-2 световоды, поступают через третью 9-1 и четвертую

9-2 оптические системы ввода на вход фотоэлектронного преобразователя 10, а затеи - на первый вход делителя 11, который осуществляет математическую операцию деления разности ускорений силы тяжести в точках расположения гравитационных датчиков 7-1 и 7-2 на расстояние между ними. Фото . электрический преобразователь 10 ре5 Гистрирует разность оптических сигналов, прошедших первый 5-1 и второй 5-2, световоды (по изменению интерференционной картины). Эта разность фаз обусловлена различием в оптических длинах первого 5-1 и второго 5-2 световодов, порождаемом различием в. сжатии первого световода 5-1 под действием гидростатического давления первого объема жидкости 6-1, на которую в свою очередь оказьшает механическое воздействие датчик 7-1, и в сжатии второго световода 5-2 под гидростатическим воздействием второго объема жидкости 6-2, на которую в

д свою очередь оказывает механическое

воздействие датчик 7-2. Делитель 11 осуществляет также операции калибровки поступивших на его входы сигналов. Цель калибровки состоит в том, чтобы выразить измеренный градиент ускорения силы тяжести в этвешах (показания снимают с регистратора 14).

Гравитационный сигнал в первой точке измерения принимается первым датчиком 7-1, затем этот сигнал преобразуется в упругие колебания первого объема жидкости 6-1, которые воздействуют на первый световод 5-1 и приводит к изменению его оптической длины.

Гравитационный сигнал во второй точке измерения принимается вторым . датчиком 7-2, затем этот сигнал преобразуется в упругие колебания второго объема жидкости 6-2, которым

0 воздействуют на второй световод 5-2 и приводят к изменению его оптичес- кой длины.

. В случае пространственного -одно-родного гравитационного поля .разность

5- фаз оптических сигналов н;а выходе первого 5-1 и второго 5-2 световодов равна нулю, поскольку разность их оптических длин равна нулю.

S

5

В -пространственно неоднородном гравитационном поле оптические длины световодов 5-1 и 5-2 уже не равиы друг другу, что приводит к изменению интерференционной картины. По иэме- нению разности фаз оптических сигналов на выходе первого и второго световодов 5-t и 5-2 судят о величине разности ускорений силы тяжести в двух точках иэчерения Искомый гра- диент ускорения силы тяжести в заданном направлении находят как резуль- тат деления лолученной разности ускорений силы тяжести ug в двух точках на расстояние Л8 между этими точками, . измеренное дальномером. Эту oner рацию осуществляет делитель 11.

Для измерения горизонтальных гра- диентоп ускоре ния силы тяжести Wj., или необходимо расположить оба Датчика гравитационных полей (вместе с соответствующими элементами устройства) в двух точках на одной заданной горизонтальной прямой х или у и измерить с необходимой точностью расстояние бх или лу между этими точками. Соответствующие градиенты находятся как частное от деления bg на л X или ьу.

Для измерения в-ертикального градиента ускорения силы тяжести (W) оба датчика гравитационных полей (вместе с соответствующими элементами устройства) располагают на заданном расстояник друг от друга вдоль одной вертикальной линии z. Величину градиента находят как частное от деления &g на Лг, где Л2 - расстояние между датшсками, измеренное дальномером. Операции нахождения градиентов , и W осуществляются делителем 11 и регистратором 14,

Формула изoбJf e тения

Вариометр, содержащий два датчика гравитационного поля, разнесенных ча заданное расстояние, чувствительный элемент, устройство для измерени

0

5

0

5

0

5

0

5

расстояния между пробными массами, регистратор градиента ускорения силы тяжести, о т л и ч а ю щ .и и с я тем, что, с целью повышения быстро- действия, он содержит источник монохроматического излучения, делительный, оптический элемент, первую, вторую, третью и четвертую оптические системы ввода,, первую и вторук термоста- тированные камеры, -причем первый и второй датчики гравитационного поля выполнены в виде откалнброванных по массе тел, а система регистрации вы- полнеиа по схеме интерферометра, включающего первый и второй световоды, помещенные в первый и второй замкнутые сосуды, заполненные заданным первым и вторым объемами жидкости, при этом первый датчик гравита- поля Гидравлически связан с первым световодом посредством первого объема жидкости и вместе с первым световодом помещен в первукх термостатированную камеру, а второй датчик гравитационного Поля гидравлически связан со -вторьтм световодом посредством второго объема жидкости и вместе с вторым световодом помещен во вторую термостатированную камеру, при этом выход источника монохроматического излучения через оптический делительный элемент, первьй оптичес- ий элемент ввода, первьй световод I и третий оптический элемент ввода - связан с первьм- входом фотоэлектронного преобразователя н через оптический делительный элемент, второй оптический -элемент ввода, второй световод и четвертый оптический элемент ввода связан с вторым входом фотоэлектрон ного преобразователя, выход которого Свя зан с первым входом делителя, выход делителя связан с входом регистратора, а устройство для измерения расстояния выполнено в -виде лазерного дальномера, оптически связанного со световозвращателем, причем выход лазерного дальномера связан с вторьм входом делителя.

Изобретение относится к гравиметрии и может быть применено для регистрации и измерения быстрых вариаций Градиента ускорения силы тяжести в заданном направлении исследуемой области пространства. Цель изобретения - повышение быстродействия вариометра. Вариометр содержит источник монохроматического излучения, делительный оптический элемент, оптические системы ввода, связанные с волоконно-оптическим интерферометром, датчики гравитационного поля, связанные посредством жидкостей с интерферометром, фотозлектронный преобразог ватель, делитель и регистратор. Новым является использование волоконно- оптического интерферометра в качестве чувствительного элемента, связанного посредством соответствующих объемов жидкости с датчиками гравитационного поля. 1 ил.(Л с