Устройство для определения гравиметрической постоянной Советский патент 1976 года по МПК G01V7/02 

1

Изобретение относится к области морского навигационного приборостроения и может найти применение в аппаратуре, измеряющей ускорение силы тяжести на подвижном основании. Известен струнный гравиметр, представляющий собой массу, подвешенную на тонкой вертикальной струме, верхний конец которой жестко закреплен. Струна висит между двумя полюсами постоянного магнита и вибрирует в поперечном направлении на собственной частоте ст взаимодействия леременного напряжения, подаваемого на концы струны, и магнитного поля постоянного магнита. Частота поперечных колебаний определяется внутренним напряжением струны, а следовательно зависит и от ускорения силы тяжести g.

Струна является составным элементом резонансного контура, и ее колебания поддерживаются через усилитель и обратную связь. Изменение силы тяжести g фиксируется как изменение собственной частоты колебаний струны.

Для предотвращения поворота груза вокруг оси струны груз связан с рамой посредством тонких горизонтальных «итей или плоских горизонтальных пружинок. Для ослабления воздействия знакопеременных возмущающих ускорений полость прибора вокруг груза залита демпфирующей жидкостью.

Такой прибор позволяет измерять действие силы тяжести только в вертикальном направлении. Недостатки этого прибора заключаются в несовершенстве конструкции и отсутствии регистрации горизонтальных ускорений прибора и его наклона.

Для компенсации ускорений, поперечных направлению измерения, предлагаемое устройство для определения гравиметрической постоянной содержит платформу, ось вращения которой совпадает с направлением измерения. На платформе расположены два электромагнита горизонтального магнитного подвеса, имеющие центральные сквозные отверстия в стержне -магнитопроводов, сквозь которые проходят струны, растягивающие ферромагнитную массу. В вертикальном направлении ферромагнитная масса удерживается двумя электромагнитами вертикального магнитного подвеса.

Струны колеблются в поперечном -направлении с частотой, изменяющейся в зависимости от величины ускорений, действующих в направлении оси прибора (направление измерения). Съем информации о величине действующих на -прибор ускорений - частотный.

На чертеже показано предлагаемое устройство, содержащее сферическую ферромагнитную массу 1, растянутую на двух предварительно натянутых струнах 2, датчики 3 их поперечных колебаний, и две пары электромагнитов магнитного подвеса 4 и 5. Электромагниты горизонтального магнитного подвеса имеют центральные сквозные отверстия в стержне магнитопроводов и расположены на платформе 6, .пер пенди1кулярной направлению измерения и вращающейся вокруг этого наnpaBvieHHH.

Струны имеют ленточный профиль, и их крепят к ободу платформы через пьезоэлементы вибраторов 7, возбуждающих поперечные колебания струн.

Принцип действия устройства заключается в следующем.

Сигналы поперечных колебаний струн 2 снимаются датчиком 3, усиливаются и после удвоения по частоте поступают на пьезоэлемеит вибратора 7, возбуждая в струнах лоперечные колебания.

Как известно, колебания струны в лоперечном направлении с частотой /о могут быть вызваны периодически изменяющимся с частотой 2 /о продольным натягом.

Таким образом, замыкается цепь положительной обратной связи, обеспечивающая устойчивые поперечные хелебания струны на ее собственной частоте.

При действии ускорения, совпадающего с направлением измерения, происходят одинаковые изменения натяга обеих струн. При этом их собственные частоты изменяются на равные величины. Съем полезной информации осуществляется электронной схемой, которая определяет одинаковые по знаку и величине излаенения частот обеих струн. Эта же информация служит входным .сигналом для управления вертикальным магнитным подвесом.

В цепи отрицательной обратной связи по управлению магнитным подвесом находятся фильтрующие и корректирующие цепи, пропускающие только сигналы на частотах помех (например, частоты вибраций, качек судов и т. п.). Вертикальный подвес, таким образом, компенсирует изменение одновременного натяга струн, вызванного только сигналами помех, и жесткость подвеса для сигналов помех максимальна.

Для полезных сигналов, которые не проходят через фильтрующие цепи, жесткость вертикального магнитного .подвеса практически равна нулю.

Таким образом, компенсации изменения натяга струн, вызванного действием полезного сигнала, не происходит и натяг может быть измерен по его одновременному изменению в обеих струнах.

При вращении платформы 6 вокруг измеряемого направления (на чертеже вокруг

оси Z) проекция поперечного ускорения на ось, перпендикулярную измеряемо-му направлению (направление струн), изменяется по гармоническому закону с частотой вращения 5 платформы. Поэтому для исключения влияния поперечных (горизонтальных) ускорений изменения полезного сигнала с частотой вращения платформы пропускаются через сглаживающее устройство.

0 Во время действия ускорений, перпендикулярных направлению измерения (на чертеже горизонтальных) натяг одной струны возрастает, другой - уменьшается, что вызывает увеличение со.бственной частоты поперечных

5 колебаний одной струны и соответствующее уменьшение - другой струны. Выделяемая разностная частота служит входным сигналом для управления горизонтальным магнитным подвесом, электромагниты которого создают

0 усилие, компенсирующее разность натяга струн, а следовательно, и действие горизонтального ускорения.

Для регистрации ускорений, перпендикулярных направлению измерения, используется электронная схема, выделяющая сигнал разностной частоты. Амплитуда этого сигнала определяет величину поперечного ускорения, а фазовый сдвиг - направление действия этого ускорения в плоскости платформы.

0 Предлагаемое устройство может найти гораздо более широкое применение, чем обычный гравиметр, так как позволяет производить гравиметрические измерения по любому заданному направлению.

5 Кроме того, данное устройство может быть использовано для измерения травиметрических сил на подвижном основании благодаря вводу в двухосный магнитный подвес фильтрующих и корректирующих цепей, компенсирующих влияние вредных сигналов, например периодических горизонтальных и вертикальных выбросов, (качек судов, вибраций и т. п.

Формула изобретения

Устройство для определения гравиметрической постоянной, содержащее ферромагнитную массу, растянутую на двух струнах, датчики частоты их колебаний и четыре электромагнита двухосного магнитного подвеса, о тличающееся тем, что, с целью компенсации ускорений, поперечных направлению измерения, оно содержит платформу, ось вращения которой совпадает с направлением измерения, а на платформе расположены два электромагнита, имеющие центральные сквозные отверстия в стержне магнитопроводов, сквозь которые проходят струны.