Гравиметр Советский патент 1978 года по МПК G01N7/02 

(54) ГРЛВИЛ ЕТР

Изобретение относится к экспериментальной геофизике и может быть исиользовано в гравиметрии для измерения силы тяжести.

В известных динамических способах регистрации g полезный сигнал определяется по изменению частоты колебайий струны, растягиваемой грузиком. При маятниковых измерениях g исиользуют штативы с несколькими маятниками с периодом колебаний Т и ио его изменению AT судят о величиие изменения силы тяжести Ag. В приборе статического типа-бифилярном гравиметре воздействие силы компенсируется постоянной силой упругого подвеса - спиральной , укрепленной одним концом в корпусе, а другим в центре диска. Измерение угла поворота диска дает относительное значение А.

Указанные ириборы не всегда обесиечивают необходимую точность, часто имеется значительный временной дрейф нудьпункта, и недостаточно помехозащищены.

Целью изобретений является повышение точности измерений.

Цель достигается тем, что упругий подвес выполнен из радиальноориентированных пластин, закреп.пенных в дисковых коллекторах, один из которых жестко соединен с корпусом, а другой с грузом.

Иа фиг. схематично изображен крутильный осциллятор, являюидийся основой предлагаемого гравиметра; на фиг. 2 - разрез ио .4-.4 на фиг. 1; на фиг. 3 - крутильный осциллятор с измерительной схемой; на фиг. 4 - вид по стрелке А на фиг. 3; на фиг. 5 - крутильный осциллятор с измерительной схемой и блоками обратной связи.

Основой гравиметра служит крутильный осциллятор (фиг. 1), содержаший массивный груз. :наирпмер, диск / радиуса Го, закрепленный через нижний дисковый коллектор 2 радиуса Г|, тонкие пластины 3 длиной / и верхний дисковый коллектор 4 к неподвижной базе - кориусу. Пластины 3 радиально ориентированы так, что при закреплении их концов в коллекторах 2 } 4 образуют упругий иодвес - барабан с высокой изгибной и незначительной крутильной жесткостью. При передаче импульса враш:ения грузу 1 он повернется на угол ср (на фиг. 2 ф обозначен как угловое относительное смешение торцовых повер.хностей одной пластины 3; 3 - проекция смещенного торца). Одиночное смеш.ение ср возбудит в системе (фиг. 1) собственные крутильные колебания, которые из-за одновременно сопровол{даюшего их подъема груза / будут иметь и маятииковую компоненту. Пренебрегая изгнбной жесткостью пластин 3 при крутильных смещениях дисков 1, 2 и полагая sin ф ф прп ф-X О, получаем уравнение колебаний такого крутильно-маятнпкового осштллятора, которое приводится к уравнению математического маятника. Период колебаннй Т определяется выражением: .|/Y( 4.-.Выражение для Т получено без учета пзгпбной жесткости пластин 3. что допустимо прп значительном моменте инерции груза и тонких пластпнах. Подбор разлкч}1ых материалов для пластин 3, дисковых коллекторов 2 и 4 и груза / (фпг. 1) оиределяет температурную завпспмость точности гравиметра как функппи относительного удлинения пластин 3, то есть А///. При стабилпзааш- температуры t Af//-10 -Ю - для кварцевых пластин имеет Д///-4-И)-, что делает возможным относительные измерения g с точностью AgVg- 4 10 . Тонкие пластинки или ленты снижают напряжения растяженпя от груза, несущественно изменяя нзгпбную жесткость подвеса при его деформации из-за углового поворота, и тем самым повышают стабильность нуль-пункта. Одновременно пластины образуют подвес на много порядков более жесткий относптельно линейных горизонтальных перемещений груза, что устраняет связь между различными степенями свободы и повышает помехозащищенность. Регистрацию колебаний осциллятора (фиг. 1) можно осуществлять пьезоэлементом 5, что позволит пзмерять амплитуду угловых смещений порядка 10 -10 °рсо. Крутильные смещения груза / под действием тепловых или икросейсм ческих возмзщений создают потенциал на пьезокерамике 5, усиливаемый дифференциальным усилителем 6 (фиг. 3). Далее сигнал, определяемый собственной частотой осциллятора, поступает на частотомер-хронометр 7, который определяет период собственных колебаний системы Т и записывает на цифропечатающем устройстве или в блоке памяти ЭВМ 8. Для увеличения aмплиtyды колебаний возможно дополнительное возбуждение электростатическим или индукционным методом от импульсного источника или генератора импульсов 9 (фиг. 4). Введя в измерительную схему блок обратной связи (фиг. 5), можем регулировать амплитуду крутильных колебаний. В этом случае сигнал, определяемый поворотом груза, по каналу W через усилитель 6поступает на блоки 7, 5 приборов регистрацнн, а также на емкостной или индуктивный блок обратной связи //. При относительном измерении g полевым вариантом гравиметра его устанавливают в точке измерения и возбуждают крутильномаятниковые ;олебания, например, по схеме фпг. 3, или приводят его в рабочее состояние - автоколебаний. То есть с генератора импульсов 9 на емкость подается на резонансной частоте цуг импульсов (фиг. 3) или же подключается обратная связь (фиг. 5). Частота собственных колебаний системы будет зарегистрирована как параметр переменного электрического сигнала от периодическп деформируемой через иластину 3 пьезокерамики 5. Снгнал предварительно усиливается в блоке 6, а затем анализируется частотомером 7и окончательно записывается в блоке 8, который может автоматически пересчитать величину периода в значение g. Таким образом, иредложенный гравиметр позволяет проводить измерения, на фоне значительных микросейсмических помех, имеет незначительный дрейф нульпункта, компактен и не требует специальной регистрирующей аппаратуры. Формула изобретения Гравиметр, содержащий укрепленный в корпусе упругий подвес с грузом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, упругий подвес выполнен из радиально ориентированных пластин, закрепленных в дисковых коллекторах, один из которых жестко соединен с корпусом, а другой с грузом.

. г