Гравиметр Голицина-Романова Советский патент 1992 года по МПК G01V7/02 

3i

И шбритриир отшни.тгя ; (чП-щсти

1 П Т ИМРТр 1ЧГ СК(-.1 П ПрнРорГ ГТр(1РИИЯ ,

а 6(i ifir конкретно к рлгчрпРпткр бор- гпщ.ту. рлпимптроп MopcKoi o прнмене- тти .

Ц(Ч1ью изобретения чпляе тся попьпп нир точности мчмр.ррний гравиметром па подлижиом ОСНОРДНИМ путем ипклю- сопмг стно1 о плиппия на инертную MDCCy ГОрИЗОНТЛЛЬН1.1Х и ПРрТИКЯЛных посмущающих ускорений и гавюни- рм действия гори -юнталгзньгх итму- ЩП101101Х ускорелп н осег.иммртричном .TUVU ccf2 ингртишЧ мтссы.

На фиг.1 итобряжеип конструктип- нл я схема гравиметра, пид сг ерху; на фиг.2 - гранимегр, пид сбоку п

рачррчг.

Конструкция грапим(тра включает раму 1 чунстнительной системы, пыпо меннук п форме параллелепипеда с перхней кпядрптной плоскостт-,ю. Каждая грань, параллелепипеда выполнена п пиде цилиндра и изготовлена ич плаплонного кварда или сплачоп ме- таллоп, испо;п,-яуемых П предиаионном приборостроении. В каждую грань рерхней квадратной Плоскости рамы 1 чувствительной системы Г р.чпиметрп встроен 4 соответственно нити иодпе- са 2, 3, 4 и 5 первого колебательного пв(Ч1а трехзпенного осесиммет- ричного подвеса чувствителыюй сис- TCMfii г равиметра. Нити подвеса 2, 3, А и 5 снабжены соответстветпю осев. №1 шарнирами (гантеляжО 6, 7, 8 и

Грат)иметр включает инертную массу 10 чупсткительной системы, выполненную п пиде полого цигпшдра ия плавленного кварца или приборо- строительнн1х металлических сплавов, к верхнему торцу которого прикреплен трехзвенньгй осе-симметричны1 подвес чувствительной системы, содержащий равне великие рьпаги 11,12, 13 и , соединяю1Щ1е нити подвеса первого колебателbuoi o звена с соответствующими нитями подвеса 15, 6, 17 и 18 второго колебательного :чвена подвеса.

К нитям подвеса 15, 16, 17 и 18 прикреплены равновеликие жесткие связи 19, 20, 21 и 22, устанопленны под одним начальным углом наклона к горизонтальной плоскости и симметри но расиоложенные относительно центр инертной массы.

Н,ч нижних концах наклонных жестких связей 19, 20, 21 и 22 установ

0

}

0

5

5

0

5

0

5

0

лгпы 1-00 гП1 Тственно panHOBcjuiKne нити подвеса 23, 2), 25 и 26 третьего колеГ1лтел1)Ного чвена, прикрепленные попарно симметрично к верхнему торцу 1И. 1И дричРской инрртной массы.

Чувствительная система гравиметра включает жесткую синхронизирующую СВ.ЧЧ1, 27, установленную наклонно мг ЖуЧУ подвеса 2 и 3 Первого колебатепьного звена. При этом один конец жесткой связи 27 расположен пмше, а другой - ниже горизонталь- Hf)ii плоскости, в которой лежат нити подвеса первого колебательного звена. На KOiniax жесткой синхронизирующей связи расположены осевые тор- сиони 28 и 29, связанные с соответ- ствуюпсими рапнопеликими рычагами 30 и 31, которые жестко скреплены с сос тветствуюшими нитями подвеса первого колебательного звена.

В конструкции чунстнительной сис- темн гравиметра предусмотрены противовесы 32, 33, 34 и 35, жестко скреп.1теннь1е с соотпетствуюпщми нитями подвеса первого колебательного звена и установлен1П11е симметрично равновеликим рычаг ам.

Гравиметр также содержит традиционные элементы и узлы типа глав- чой цилиндрической пружины 36 с термокомпенсатором 37, кронштейном

38и рычагом 39, жестко скрепленньм с нитью подвеса первого колебатель- Hoi o звена . Свободный конец рычага

39скреплен с ниж1П1М витком главной цилиндрической пружины, верхний виток 1соторой связан через термокомпенсатор с кронштейном.

Гравиметр включает также компен- саиионную цилиндрическую пружину АО с рьшагом 41 и ьткрометрическим приводом 42, установленным на корпусе гравиметра (не показан) и связанным с устройством регистрации полезного сигнала.

Инертная масса гравиметра снабжена магнитоэлектрическим или газо- жидкостным пассивным демпфером.

На фиг.1 и 2 показан магнитоэлектрический демпфер инертной массы гравиметра, включаю1пий катушки 43 .и 44, постоянный магнит 45, токо- подводы катушек 46, 47, 48 и 49, выполненные в виде кварцевых пружин с металлизированным токопроводящгм покрытием, и схему управления, совмещенную с усилителем 30, подклитченную чрреч гчжоподнодь к кату. икам домпфррл, р.ччмршеин1.|и на Kojinyco nj лиидри ГРгкой инертной масгы.

Дчтчкк ггеромощений инрртной и с- сы (фиг. 2) может Г)|,1гь (ого типа, например оптронным, пкппчаи- ним держатели 51 и 52, жестко скреилпн- иые с рамой чувствительной CHCTCMF.I, спетоизлучатели 53, Зч и фотоприсм- пики 55,5Ь, размещенные симметрично на указанных держателях, ч гголусфс- рические. зеркала 5/ и 58, жестко скрепленные с цилиндрической инертной Массой.

Гравиметр работает слелум1Ш м обра зо.

В исходном 1гулппом попожснии не- ред началом измерениГт угол {акло1га рапнонеликих рьплгсш 11, 2, 13 и 14 ряясн нулю ( t/ 0), псе кпарцепы нити подпеса 2-5, 15-18, 23-26, не имеют пред1 арТ1тг лыюго угла ч.чкручи пания, жесткая синхронмзирующач связь 27 гк рнендикулярна ким pbHiai TM 30 и 31. В этом положении сигнал рассогласопа}П1я на выходах фотог1рием}шкор 35 и 56 датчика перемещений инертноГ массы ранен нулю, а также равен Р1улю ток п катуга- ках и Л4, установленных п зазоре постоянного магнита 45. Этому поло- Metuira соответствуют состоя1П1я статического равновесия чувствительной системы.

Описанное исходное состояние гравиметра может быть яафиксироЕ ано только на жестком неподвижном основании, 1апример при raicf;peTHbix измерениях на суше или нл дне водоема В этих случаях изменсмтие ускорения силы тяжести выводит систему из исходного нулеяого положения. Допустим, происходит увеличе1гие силы тяжести, тогда ииерт1 ая масса 10 смещается , что вызг пает CMomei-He (фиг. 1,2) качаю дихся лаюшннг.гх жестких связей 19, 20, 21 и 22, прикреи- jTCHHiiix к нитям подвеса 23, 24, 25 и 26, и через нити подяеса 15, 16, 17 и 18 попорот на соответствующий угол if paiiHOBfuiHKHx рьпичгов 11, 12, 13 и 14 на нитях подвесах 2, 3, 4 н 5 в осевых luapiufpax 6, 7, 8 и 9. Поворот 1га угол I/нитей подвеса, в частности 2 и 3, вызывает соотвстст- ну1опз1Й поворот равнопеликих рычагов 30 и 31 и смещение жесткой связи 27, синхронизирующей работу всех элементов т ejn.(oii ciicr. iii (-рлш мг г- ра и предги гфагцаюг .рй их псрсг ис от Е1 цртикали и вокруг нее. При смРП ,О11;1и инорти1|й мяггы 10

( ibiir-. 1, 2) Г-оотпетс rneicio ггереме- вдаются чакр1:пленн,ге н.з ней полусферические зер -сала 57 и 58 и катунгки 43 и 44 н зазоре постоянного магнита () 45. Это приводит к появлению на вы-, ходах фотоприомггикгчр 55 и 56 соответствующих сигналов рассогласова Ю1Я, поступаюпп х п устройстт о регистрации, и к пояплению в катушках 43 н 5 44 нИведенныч , Навгденш.гй ток с катушки 43 через токогг лводы 46 и 48 цпступаст на вход уси1;ителя 50. С вы- :(Jдa усилителя 50 в протипосЬазе ток поступает через токоподводы 47 и 49 0 на катупгку 44 и создает противодей- Ci pymtnee магнитное HOJTP. Такнм образом реализуется мпгниточлектричес- кое демпфиропаПИР икертис й массм 10. Компенсирующрг воздействие на чув- 5 стритрльную систему, обр,1тио пропор- ционалг ное постунаюкему сиг нллу рас- согласс )ва ния, передается через компенсационное устройство типа кикро- метрич ского привода 42, которое вы- 0 зыпает деформац1но компенсашюнной ци- пиндрической пружины ; О. KoNftienca- щюнная .пружина 40 под)1имает 41, что приводит к повороту нити подвеса 3 и через жесткую гинхронизнрую- g по ю связь 27 с ее рл внопечикими рьгча- гаьо 30 и 31 к одно1гременному повороту г{ити подвеса 2, нитей подвеса 4 и 5, а также рагяюве . пгкмх рычагов 11, 12, 13 и I i, Чг рез жес.ткие качаю- 0 гсиеся связи 19, 20, 21 и 22 инертная масса 10 возвращается р cxoднoe положение, когда угол (f О, что фиксируется отсутствием сиг-мяла рассогласования на выходах фотоприсмников

55 и 56.

Устройство работает следуюгяим образом.

На подвижном Г)фост.1Г1илизирс ванном ocHonamui инертная масел 10, юдве- шенная с помсчга К1 нитей полисе- T.j, 24, 25 и 26 на качак-,дихгя )1ак чш- ньгх жестки х связях 19, П, 21 и 22, также подвешенн1.х на .нмтих IтoдFJeca 15, 16, 17 и 18 соотпетг тн равновеликих рычаг ов П, 12, 13 и .14, закреплепщ. х н.; iiinnx пплпеса 2, 3, 4 и 5, совершает к .1 к лтельные , двнже1П{я вдоль тгертик.- .; ьи.чг оси чувствительности nti;i ci ir 1 iMii ( ускоре

имя силы тяжести и почмущанодйго нер- THK. Uu.Moro ускорения. Движения инертной мягсы уранновеигинаются действием цилиндрической пружины 3 и комприсаи онной цилиндрической пружины 0. Действие пружин передается череэ рычаги 39 и 41 на нити полги- я 2 и 3 и уравновешивается синхронизирующей жесткой связью 27. Д -йствие гориэонтапьных возмущающих ускорений подрижного основания на млссу И), на клчаюшяеся жесткие свя- 1И 19, 20, 21 и 22, на ранновеликие рычаги 11, 12, 13 и 14, на рычаги 39 и А1, на противовесы 32, 33, 34 и 35 гасится самими элементами кон- струкгуш трехзвенмог о осесимметрично го подвеса чувспвительной системы гравиметра.

Р-згсмогрим наиболее невыгодные /спя чувствительной системы варианты яочлг йствия гпризонтлпьного ускорения, например п плоскости фиг.2 в нянрчп.чсяич г.чеяа направо.

Воздействие горизонтального ускорения на инертную массу 10 приводит к во:з1гикновенпю пары сил, при- ложснп,гх к нитям подпеса 23 и 24, стремящейся повернуть массу протип члгоно-,1 стрелки. Этому протиподей- ствумт pf-акиия в разнесенных нитях попяг-г,) 25 и 26, 17 и 18 и осевых тар1 ир.чх 7 и 9 (фиг.1) и реакция п осf : . торсионлх 28 и 29 жесткой синхр( 1ичирук 1ией связи 27. Равно- тн-Tinr f и panntip 1о абсолютной величине )мf нты сил, BO3HV(Karoim e под дойстлмем вочмуш-тющего горизонтального ускорения нл расположенные под углом (.f npoTviBOBecM 32 и 33, с одной ст(1рО11ы, рычаги 11 и 12, 39 и 41, качаюгутяеся наклонные жесткие связи 19 и 2t), с другой стороны, взаимно компенсируются.

Соотвртстпрнио, когда горизонта.льное ускорение поздейст- вует на чупстнитольную систему в пер псндякулчриом рассмотренному на- праплении, тшпрпмор от противовеса 34 чс рез КРИТ) млгсы 10 к лротиьо- , весу 33, во ПИИ к а ют (г и в нитях подвеса 25 и 26 плрс сил протиродейст- BywT реакции в поднеса 23 и 24, 15 и 16 и п Гк.чрр широко разнесенных осгпьгс .; риирах 6 И 8.

Таким образом, чупгтрительная система Г рлпиметрл лротиностоит воздействию n4 )Nfyn;.iHi;it iX гори онтальньгх

s

0

5

0

5

0

5

0

5

ускоре1шй с любого направления и, следопагельно, показания гравиметра свободны от искажений, обусловленных совместным действием горизонтальных и вертикальных возмущающих ускорений (эффектом кросс-каплинг) как первого, так и второго типа, и тем самьм обеспечивает существенное повыгаеште точности измерений гравиметром на подвижном основании..

Гравиметр может применяться для измерений на cyme, на дне водоемов в водонепроницаемом контейнере, но его основное назначение - непрерывные измерения на борту корабля с установкой на гиростабилизированном основании.

Формула из о Сретения

Гравиметр, включающий корпус, чув- ствитепьную систему с пружинами нулевой начальной длины, установленными по схеме маятника Голицына с демпфированной и;«ертной массой, снабженной осесимметричньЛч подвесом к раме чувствительной системы, схему управления, датчик перемещений инертной массы, термокомпенсатор и устройство регистрации полезного сигнала, о т- ли чающийся тем, что, с целью Повышения точности измерений путем исключения вяияга1Я на инертную массу горизонтальных и вертикальных возмушет1Й подвижного основания гравиметра за счет гашения действия горизонтальных возмущающих ускорений в осесимметричном подвесе инертной массы, подвес вьтолнен в форме многозвенного колебательного устройства таким образом, что равнов .шикие нити подвеса первого колебательного звена расположены в горизонтальной плоскости попарно параллельно и встроены в раму чувствительной системы, каждая нить подвеса первого колебательного звена снабжена весом и cнг мeтpичны и ему парами рав- HopejnJKHX рычагов, на концах которых расположены равновеликие нити подвеса следующего колебательного звена, к которым прикреплены под одним начальным углом наклона равновеликие и симметрично расположенные относительно центра инертной массы качаю- 1диеся жесткие связи, на нижних концах которых установлены равновеликие нити поднеся nHKecjieny Ufiro бательного эпена, прнкреп.чгч1МЬ10 попарно симметрично инпртно массе, при этом между двумя протипопо.гтж- Hbffw нитями полвеса первот ч тельипго звена устаноплекл жестка синхронизирутошая спязь, KOifnti которой расположены один nt.ime и лру- гой ниже горизонтальной плоскости,

в котороЛ леж.т yi;,,i нити полн1 ел, причем миги ПОДПРГЛ есткс скреплен. г. рлрнол -чиг иг-и р пагям, спяэяргньпчи через торгиоиы с концами жесткой г тихронитирующ й сряэи, продольная ось котпроП в ну- лепом попожении инертной и-тсси перпендикулярна продольньгм осям рлв- нопеликих рьшагоч.

Итобрртеиие птноситгя к морским набортным грявимгтрАм. Полью H3o6pf T 3HM я япляйтся ПОПЫ11М1ИР точности и:1мгрении грапиг стрсч ня гюд- вижном осиояллии путей ncrni PicHun совместного плипния на инг ртную маг- су чупстпитрлЫ ой гистемм г-притон- тальннх и прртикал -ньгх потг(у1цающих ускорении и С1днояр( м1. много ГсИнонип дсйстпия горигчонтлл .иг.о: иоямущающих ускорештй п осеснммотрич1гом подвесе инертной массы. Гравиметр гклкгчает корпус, чунстпнтельную систему с iipywrnHaffn нулевой начллр.ноп длины, пылолн нной по сх - ме маптникл Голи- пнна с инертной массоя, сл-чбже О1ой ог симметрилш м подлогом к чуп- стпителг.иой сис.тсмм и маглитоэлектри- чоеки: дсмл(1рром, спятаниь м со схемой упраплслия, усилит-слем и датчи- кo перемещений инертней , главную и1тлилдрическум зтружину с те1)моко - прнсатором, компе) 10шИ1 Дрическу|о пр жипу с икpoмeтpи- ЧЕСким приводом и устройстпо ре,гистрации полезного сигнала. Дня достижения постаплелной пели л гра осегимметричпый полнее илертло ) мпсс1-1 липолнен л форме тррхтиенлот о ь (1лг0ател .логч :i nt Fi.i таким обраяом, что чеТ1,|ре раллонс- 1гиких штчи под леса перлого колеРа- тольлог о :1лелл раглолижгль; п гори- )онтал 1П()й ллоскоети лпцтрл парал- JTenfiHci и лстроепь л шмлшлричегкие грани леркней клалратлсл г плоскости рпг Ь лулгтлителгаюй ги( емы. Каждая подлета ;:eppofo i;oji( Плт ел iinoro зигла гнаб-келл проти ;о р;:ом п сим- метричль.ии ему парами paiMinncjfMKnx р,1чаго;, ла колпа : рагло- лоуелм ралнолеликие нити лолл- i-a лтпрого ко.леОате. ьлог о , к ко- TopiTf прикреплены ппл одним лалал)- ным углом наклГ На раннонечикие и симгштрично расп(1Пожгч1Н)Л щ-ноги- телг.но центра инерт.ччи магсы калаю- псиеся жесткие свл-зи, ла глгжлих кол- дах которых устаноплены раиппнели- кие 1Л1ТИ полпеса rpeif.ei о кячеПл- то-гплюго зпена, прикрепacHiii.ie попарно симметрично к лерхлему горцу ци- ;л1лд11лческой илертно1( масгм. Ири птом между ДЛУМЯ ПрОТИ ЛОЛ-iriil КИМГ Л НИТЯГ-Л подлеса перпого колеб.ггч-чыичч- ялена установлена жест1чая сяччь, которой pacпoл(5жeFл. один гл.( л д;)уго1 ниже горизонтальной л ип-к ;с ти , п которой лежат укатанныр ) ;nii norineca, причем эти нити лоднеса жестко скреп- шекы с раллопе чикими р; MI/MMMH , гня- .занньг ги ocenhie : ог гнопн с концами жесткой сплти, rif .,.;, i я ось которой л 1гуле11(м л i tсн.ш ммерт- ной массы nepneH, iHf:s |при 11;1одоль- осям равногзеликиу pi: M iM.2 ил. с « сл о о СГ5 vj

cpi/. f

Л

OJJ

jr