ГРАВИМЕТР Советский патент 1974 года по МПК G01V7/14 

1

Известны устройства для определения ускорения силы тяжести методом свободного падения тел, содержащие монохроматический источник света, вакуумиро.ваниую камеру, падающее зеркало, измерительный интерферометр, ката иульту или удерживающее устройство, датчик высокостабильиых им:пульсов времени, блок автоматики, счетчики интерференционных импульсов и нопиусный генератор.

Недостатком из-вестных устройств является значительный объем вакуумированной камеры, необходимый из-за большой протяженности пути свободного падения тела. Значительная -кинетическая энергия падающего тела в случае большого пути падения вызывает сильную вибрацию установки, что ухудшает точность измерений. Кроме того, электронные схемы в известных устройствах, работающих по способу симметричного падения тела, позволяют измерять длину пути с точностью до дробной доли интерференционной полосы лишь в верхней части траектории, когда скорость двил :ения тела уменьшается, а точность интерференционной картины ухудшается. . С. целью -повышения точности измерений в измерительном интерферометре дополнительно установлен умножитель оптической разности хода в виде неподвижного двухгранного отражателя, ребро которого смещено в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси симметрии подвижного отражателя. Для измерения длины участков пути, пролетаемых надающим телом, с точностью

до дробных долей интерференционной полосы нониусиый генератор .подключен на .вход соответствующих трехсчетчико.в. При этом шины запуска двух из этих счетчиков и шина остановки третьего .подключены к выходу формирователя импульсов пути, а шины остановки первых двух счетчиков дробной доли полосы и шина запуска третьего подключены к выходу датчика временных интервалов. Вход блока формирования импульсов сброса яодключей к .выходу формирователя импульсов пути, а выход этого блока подан на входы первых двух счетчиков дробной доли интерференционной полосы. На чертеже приведена схема гравиметра.

Устройство содержит: вакуумированную камеру 1, подъемаик 2, двухлучевой интерферометр с делительным зеркалом 3, поворотное зеркало 4, падающее тело (например, триэдр) 5, двухгранный отражатель 6, поворотное

зеркало 7, о.птические окна 8 и 9, монохроматический источник света 10, фотоумножитель 11, удерживающий электромагнит 12, электромагнит (Подъемника 13, вакуумный блок 14, датчик временных интервалов 15, блок

форм.ирования импульсов пути 16, счетчики

3

йнтерференционных импульсов пути 17 и 18, блок формирования нм-пульсов троса 19, нониусный генератор 20, счетчики дробной доли интерференционной полосы 21-29, блок автоматики 30 и блок полного сброса 31.

Устройство работает следующим образом.

С помощью блока 14 в камере 1 создается высокий вакуум, Блок авто атики 30 включает .электромагниты 12, 13, и . падающий триэдр 5 с помощью подъемника 2 поднимается в верхнюю часть камеры 1. После этого .выключается электромагнит 13, подъемник 2 опускается, а триэдр 5 удерживается электромагнитом 12 в верхней части камеры 1. Луч света от источника 10 через окно 9 направляется на .зеркало 3 и разделяется на два луча: опорный, который, отразившись от зеркала 4, возвращается к светоделителю 3, и измерительный, который напрашляется на триэдр 5, отражается от его граней на двухгранный отражатель 6, затем снова попадает на триэдр 5, на зеркало 7, ог которого отражается и тем же .путем возвращается к светоделителю 3, где смешивается с 01пор.ным лучом. В результате возни1кает интерференционная картина, регистрируемая фотоумножителем 11. В заданный момент блок автоматики 30 выключает электромагнит 12 и триэдр 5 начинает двигаться под действием силы тяжести. Возникает движущаяся интерференционная картина, которая возбуждает переменный ток на выходе фотоумножителя 11, электрические сигналы с которого поступают на вход формирователя 16, где формируются импульсы пути. Эти импульсы поступают на входы счетчиков 17 и 18. Запуск счетчика 17 произ1водится первым временным импульсом с блока времени 15, который также выдает второй импульс по окончании первого интервала .времени. Второй импульс останавливает счетчик 17 и запускает счетчик 18, который останавливается третьим временным импульсом с |блока 15 в конце второго временного интервала.

Счет .дробной доли полосы в момент подачи первого временного импульса выполняется быстродействующими счетчиками 21, 22, 23. Колебания генератора 20 поступают на счетные входы счетчиков 21-23, для управления которыми шины запуска счетчиков 21, 22 и.шина остановки счетчика 23 подключены к первому выходу блока 15, на который подается первый временной импульс. Счетчики 21, 22 запускаются поочередно при поступлении импульсов пути с блока 16. При подаче первого временного импульса счетчики 21, 22 останавливаются, а счетчик 23 начинает счет импульсов, идущих с нониусного генератора, и останавливается первым же импульсом пути с блока 16. Для поочередного сброса показаний шины сброса счетчиков 21, 22 подключены к триггерному блоку формирования импульсов сброса 19, который, в свой очередь, подключен к выходу блока 16. Блок 19 с некоторой задержкой поочередно посылает

4импульсы сброса то на счетчЖЙ, тоffa счетчик 22., . ,

Счет дробных долей полосы в моменты подачи второго и третьего временных импульсов ничем не отличается от описанного процесса для первого временного импудьса-, з-а тем исключением, что- блоки приостанавливают свой счет после подачи содашт ственно второго и третьегс - времевнНХ импульсов.

Для этого они подключены ко второму и третьему вь1хрдам блока 15, в котЬром во второй и в трётИй моменты времени возникают одиночные временные импульсы. После пбдгчй третьего врШ ШиГЬгЬ имтульса падающее тело останайлймет ся, показания всех счётчиков снимаются и запоминаются, и блок автоматики 30 выключает блок полного сброса 31, соединенный с блоками 17, 18, 23, 26, 29.

Величина ускорения силы тяжести вычисляется по формуле:

Ьг-Ог

bi

аз

п,-п, +

2М2

Й3- 3«2-f 2 l+ l/

где А, - длина волны источника света;

t - .измерительный интервал времени; Л - коэффициент умножения оптического умножителя разности хода; rii, П2 - показания счетчиков «нтерферанщиоиных .полос;

Оь «2, Оз - показания счетчиков 21, 24, 27 или

22, 25, 28. b, bz, Ьз-показания счетчиков 23, 26, 29.

Предмет изобретения

Гравиметр, содержащий монохроматический источник излучения, вакуумираванную камеру, измерительный интерферометр, подвижный отражатель, формирователь импульсов пути,

датчик временных интервалов, счетчики интерференцио.нных импульсов пути, нониусный генератор счетчика дробной доли интерференционной полосы с шинами запуска и остановки, блок формирования импульсов сброса,

отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в измерительном интерферометре дополнительно установлен умножитель оптической разности хода в виде неподвижного двугранного отражателя,

ребро которого смещено в горизонтальной плоскости относительно вертикальной оси симметрии подвижного отражателя, нониусяый генератор подключён ко входу счетч.нков дробной доли полосы, щииы запуска двух из

которых и шина остановки третьего подключены к выходу формирователя импульсов пути, а шины остановки первых двух счетчиков дробной доли полосы и шина запуска третьего подключены к выходу датчика временных интервалов, (пр.и этом вход блока формирования Импулвсов сброса подключен к выходу формирователя иМ(Пульсов пути, а выход этого блока подключен ко входам перых двух счетчиков дробной доли интерференционеой полосы.