Гравитационный вариометр Советский патент 1977 года по МПК G01V7/10 

Изобретение относится к области гравиметрического приборостроения и может найти применение в точном приборостроении. Известен гравитационный вариометр для измерения производных силы тяжести, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла, подвешенного на упругой нити, причем ось нити .тщоходит; : через центр масс кс омысла; поворотный азимутальный механизм, фоторегистрирующее устройство flj. Недостатком этого прибора является отсут ствие компенсационного устройства, а также ав томатической системы регистрации резуяь татов измерений. Известен гравитационный: вариометр, содержащий механическое компенсацибшюе устройство, управляемое микрометрическим винтом, связанным с отсчетным узлом и системой рычагов и пружин с чувствительной системой вариометра .2. Недостатком его является необходимост использования двух крутильных нитей (что делает вариометр весьма чувствительным даже к малым наклонам основания), а также точных мехашческих элементов (микрометрического|Л щ1та,механических звещ ев передачи угла поворота на отсчетный узел). Известен также гравитационный/ вариометр, содержащей чувствительную систему, выполняемую в виде рычажных коромысел и подвешенную на упругом подвесе, блок компенсации угла поворота коромысел, управляемый (эп ектронноЙ системой и осуществляющий компенсацию угла поворота приложещем электрического потенциала к I чувствительному элементу З. По своей конструкции это устройство наиболее близко к предложенному. Недостатками вариометра являются применение сложной электронной системы, преобразующей угол поворота чувствительной системы в частоту, I ко шенсация угла поворота посредством приложения серки им(пульсов электрического напряжения к чув ствительному элементу; что сопровождается рассеянием электромагнитной энергии и приводит к индукционному нагреву элементов чувствительной системы. В результате ограничивается точность измерений, уменьшается надежность устройств, увеличиваются их габариты и предъявляются высокие требования к точности изготовления самих чувствительных систем. Недостатком известных вариантов являются высокие требования к нивелированию приборов, так как даже при незначительных наклонах корпуса на показания прибора оказывают влияние вертикальный градиент силы тяжести и смещение центра тяжести чувствительной системы относительно компенсационного устройства. Наличие второй крутильной нити приводит к увеличению нульпункта прибора. Эти факторы не позволяют использовать известные вариометры в ряде исследований (например, при измерениях гравитационной постоянной). Кроме того, известные компенсационные устройства вари ометров практически непригодны для вариометров с одной крутильной нитью, так как при использовании их будет изменяться цена деления прибора при его даже незначитель1ЫХ наклонах, например при периодических наклонах, обусловленных лунно-солнечными вариациями силы тяжести. Цель изобретения - повышение чувствительности вариометра и точности измерений Укзанная цель достигается тем, что в гравитациопный вариометр в блок компенсапи:и введен жестко соединенный с верхним концом упругого подвеса поворотный рычаг с закрепленными на его концах симметрично относительно оси подвеса пьезоэлементами, жэстко связанными с корпусом прибора и под юноченными к выходу усилителя постоянного тока. На чертеже показана схема предложенного гравитационного вариометра. Вариометр содержит маятник 1, упругий лодвес 2, осветитель 3, зеркало 4, оптическую систему 5, дифференциальный фотолрнемник 6, усилитель постоянного тока 7, пьезоэлектрические элементы 8, рычаг 9. В исходном положении (при отсутствии сил притяже1шя) маятник 1 крутильных весов находится в равновесии; при этом фотоэлементы дифференциального фотоприемника 6 освещаются одинаково и электрический сиг нал его, а значит, и усилителя 7 равен нулю Пьезоэлектрические элементы 8, электричес ки связа1шые с выходом усилителя 7, не оказывают воздействия на упругий подвес. При изменении силы притяжения коромыс ло крутильных весов отклоняется от ноложеНИН равновесия, что приводит к появлению на выходе фотоприемннка 6 сигнала рассогласовашш. Усиленный усилителем 7 сигнал подается на пьезоэлектрические элементы 8. Под действием сигнала рассогласования пье2.Авторское свидетельство СССР № 332408, кл. Q 01 V 7/16; 1970.

3.Авторское свидетельство СССР № 315145, кл q 01 V 7/16, 1969 (прототип). зоэлектрические элементы, в зависимости от знака этого сигнала, будут сокращаться или удлиняться. При этом рычаг 9, связанный с пьезоэлектрическими элементами 8 и упругим подвесом 2, будет поворачивать центр крепления подвеса до тех пор, пока сигнал рассогласования не уменьщится до нуля, т.е. пока коромысло не возвратится в исходное положение (фиг. l). Следовательно, в этом случае сила притяжения коромысла будет уравновешена упругой силой подвеса, а электрическое напряжение на пьезоэлектрических элементах явится мерой изменения силы притяжения коромысла. Величина удлинения пьезоэлектрической керамики типа ЦТС-19 составляет (для столбиков) до одного миллиметра на киловольт приложенного напряжения, т.е. устройство позволяет измерять углы отклонения коромысла с точностью до долевой угловой секунды и может обеспечить чувствительность вариометра до единиц вольт на эт вещ. Применение гравитационного вариометра с автокомпенсационным устройством позволит не только автоматизировать процесс стационарных вариометрических наблюдений, но и повысить чувствительность измерений. Формула изобретения Гравитационный вариометр, содержащий чувствительную систему, подвешенную на упругом подвесе и выполненную, например в виде рычажного коромысла, блок компенсации угла поворота коромысла, счетно-решающий блок, регистратор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерений, в блок компенсации введен жестко соединенный с верхним концом упругого подвеса поворотный рычаг с закрепленными на его концах симметрично относительно оси подвеса пьезоэлементами, жестко связанными с корпусом прибора и подключенными к выходу усилителя постоянного тока. - Источники информации, принятые во вниание при экспертизе: li Веселов К. Е., Салитов М. X. равиметрическая разведка. Недра, . ,1968, стр 213.

/////////