СТРУННЫЙ ГРАВИМЕТР Советский патент 1974 года по МПК G01P15/10 

1

Изобретение относится к навигационным устройствам и может найти применение в аппаратуре, измеряющей ускорение силы тяжести па подвижном основании.

Известен струнный акселерометр, представляющий из себя инерционный элемент, растянутый между двумя одинаковыми струнами, каждая из которых своим свободным концом закреплена в корпусе прибора. Струны расположены па одной прямой, являющейся осью чувствительного прибора. Для предохранепия струп от поперечпого прогиба инерционный элемент крепят к мембране, имеющей малую жесткость в направлении оси чувствительности.

Измеряемое ускорение определяется по изменению частот собственных колебаний струн. В приборе предусмотрен специальный возбудитель, поддерживающий колебания строго определенной частоты, и датчики, определяющие изменение частот струн при наличии ускорения.

Известный прибор обладает только одной измерительной осью и не защищен от действия ускорения, перпендикулярных оси чувствительности. Упругость мембраны со временем меняется, что приводит к нестабильности измерений. Кроме того, некомпепсационный метод съема информации сокращает динамический диапазон измерения.

Цель изобретения - компенсация и регистрация горизонтальных ускорений, действующих на прибор, и измерение ускорения силы тяжести.

Это достигается размещением в горизонтальной плоскости вокруг инерционного ферромагнитного элемента четырех электромагнитов двухосного магнитного подвеса, имеющих в стержнях магпитопроводов центральные сквозные отверстия, в каждом из которых расположена одна из четырех струн, на которых растянут ферромагнитный элемент. В вертикальном направлении ферромагнитный элемент удерживается двумя электромагнитами магнитного подвеса.

На чертеже показан предлагаемый гравиметр.

Гравиметр содержит сферический ферритовый элемент 1, растянутый па четырех взаимно перпендикулярных струнах 2, датчики 3 их поперечных колебаний и три нары взаимно перпендикулярных электромагнитов подвеса 4, 5, расположенных соответственно

по осям X, У, Z. Электромагниты горизонтального магнитного подвеса имеют в стержпях магнитопровода центральные сквозные отверстия, в которых проходят струны. Струны имеют ленточный профиль и крепятся к

корпусу прибора через пьезоэлементы вибраторов 6, возбуждающих nonejpe Hfcie колебания струн.

Работа устройства закошючается в следующем.

Сигналы поперечных колебаний струн 2 снимаются датчиком 3, усиливаются и после удвоения по частоте поступают на пьезоэлемент вибратора 6, возбуждая в струнах поперечные колебания. Колебания струны в поперечном направлении с частотой /о вызываются периодически изменяющимися с частотой ,2/0 1Продольным натягом. Цепь положительной обратной связи обеспечивает устойчивые поперечные колебания струн на их собственных частотах.

При действии вертикального ускорения происходят одинаковые изменения натяга во всех четырех струнах. Это приводит к равному по величине изменению частоты их собственных колебаний. Обработка полезной информации осуществляется электронной схемой, которая определяет одинаковые по знаку и величине изменения частот всех четырех струн. Эта же информация служит входным сигналом для управления вертикальным магнитным подвесом 4.

В цепи отрицательной обратной связи устройств управления вертикальным ма)гнитным подвесом находятся фильтрующие и корректирующие цепи, пропускающие только сигналы на частотах помех (короткопериодные сигналы), например, частоты вибраций, качек судов и т. п. Вертикальный подвес компенсирует изменение одновременного натяга струн, вьтзванного только сигналами помех. Жесткость подвела для с;игЦал6в помех максимальна.

Для полезных . длиннопериоднь1х сигналов, которые не . прохбдят через фильтрующие цепи, жёсткост ь BeiJ HKajibHOro магнйтного подвеса практически равна нулю.

Во время д еиствия горизонтального ускорения его, coctавляк)щие rip осям X и 7 вызы1зают усиление натяга в одних струнах и ос лабление натяга в струнах им йротйвбположiibix, что вь1зь вает увеличение собственной частоть поперечнь1х к:рлебаний одних струн и сбответствук щее уменьшение - у других.

Выделяемая рйзн6стн;ая частота колебаний дйух прртИйопОлбжных струн является входнйм сигналом для управления горизонтальным ма1гнитным подвесом 5, оси которого совпадают с этими струнами. Электромагниты создают усилия, компенсйру-ющйе разности натяга струн по каждой оси и, следовательно, действие горизонтальных ускорений..

Для регистрации горизонтальных ускореНИИ используется электронная схема, выделяющая сигналы разностной частоты в каждом .горизонтальном магнитном подвесе.

По двум сигнал ам разнЬстной частоты, пропорциональным ортогональнйм составЛЯ1ЮЦ1ИМ горизонтального направления вычисляется амплитуда и направление вектора горизонтального ускорения.

Благодаря вводу в трехосные магнитные подвесы и в устройства измерения фильтруЮ.ЩИХ и корректирующих цепей, компенсирующих влияние вредных сигналов, (гравиметр может быть использован для измерения ускорения силы тяжести на подвижной основании, где вредными сигналами могут быть периодические горизонтальные и вертикальные ускорения, вызванные качкой, вибрацией судна и т. п. Предлагаемое устройство позволяет измерять ускорения по трем осям, а также -увеличи ает динамический диапазон измерения, благодаря использованию магнитных подвесов.

Предмет изобретения

Струнный гравиметр, содержащий ферроЛ1агнйтНь1й элёйёйт растянутый на четь1рех гориз6нтальнь1х ст рунах, дйчйки aiCTOTbi их поперечных колеёаний ij два зЛёктр6магнйта вертикального подвеса )6магнйтй6го элемента, отличающийся тем, что, с целью компенсац йи влияния г6риз6н альных составля;ю1цйх ускорёнйй на прказанйя Гравиметра и их регйс грации, в нём в горйзойтальной плоскости BOKpyir ферромйгнитного элемента расположены четыре электр6ма;гнита Двухосного

магнйтнс1го подвеса, в стержнях

.магНйтРпроводов и;ентральнь1е сквозные отвёрстйя, в каждом из кото1эйх расположёна

одна из четырех струн.