Способ определения абсолютного значения ускорения силы тяжести Советский патент 1978 года по МПК G01V7/14 

1

Изобретение относится к способам определения абсолютного значения ускорения силы тяжести методом свободного падения

Известны способы определения абсолютного значения ускорения силы тяжести как, например, с помощью поворотных маятников или методом сйсйоцного падения с большой высоты l . Но вс они не получили применения з производственной практике, а применялись лишь их авторами в экспериментальных работах, так как требовали аля своего осуществления либо длительного времени (до нескольких месяцев), либо обслуживались громоздким совершенно нетранспортабельным оборудованием.

В настоящее время известен способ определения абсолютного значения ускорения силы тяжести методом свободного падения 2 , по которому в качестве свободно падающего тела используется уголковый отражатель света, подбрасываемый в вакуумной камере. Оптический делитель направляет монохроматический свет как на падающий отражатель, так и на два неподвижных зеркала, расстояние между которыми является эталоном длины. По интерференции двух лучей - отраженного от свободного падающего отражателя и отраженного от двух неподвижных зеркал - определяют время, за которое падающее тело проходит путь, равный эталону алины. В качестве регистратора используется электронное устройство, соединенное с интерферометром Майкельсона.

Известный способ, несмотря на очегсь вьюокую точность, обладает существенным

недостатком; оборудование, необходимое для его осуществления, является уникальнык-), оно весьма сложно, громоздко и, следовательно, не может быть использовано при оперативной работе в полевых условиях, а используется лишь в специально оборудованной лаборатории.

Цельгс изобретения является упрощение процесса измерений абсолютного значения ускорения силы тяжести. Поставленная цель достигаспся тем, что возбуждают в резонаторе стоячую электромагнитную волну, принимая за равные отрезки пути длины полуволн, а промежутки времени определяют в моменты изменения напряженности электромагнитного поля резонатора. Известно, что при возбуждении объемного резонатора от внешнего генератора, в резонаторе образуется стоячая электромагнитная волна, длина которой зависит от частоты внешнего генератора и типа резонатора. Стабильность длины стоячей электромагнитной волны определяется Ьтабильностью частоты внешнего генератора. Напряженность (амплитуда) стоячей волны будет различна в различных поперечных сечениях объемного резонатора но постоянна в каждом из этих сечений. Замер напряженности поля в любой точке резонатора может бьть проведен с необходимой точностью при помощи стандартной аппаратуры. Внесение диэле трического или магнитного предмета в поле резонатора приводит к изменению собственной частоты объемного резонато ра (что равносильно изменению геометрических размеров резонатора). Таким образом, при внесении возмущающего те ла в пучность стоячей волны происходит максимальная расстройка резонатора, чт в свою очередь, ведет к изменению напряженности (амплитуды) стоячей волны в точке измерения при неизмененной частоте возбуждения объемного резонат ра. При нахождении возмущающего предмета в узле стоячей волны изменение (шпряженности (амплитуды) в точке измерения не происходит. О состоянии сто ячей электромагнитной волны внутри объемного резонатора судят по величин напряженности (амплитуды) в точке уст новки детектора. Если взять свободно п дающее тело, которое будет перемешать ся внутри резонатора, то оно будет пос довательно пересекать пучность и узлы стоячей электромагнитной волны и тем самым вовцействовать на состояние стоячей волны по всей длине резонатор а следовательно, и на величину напряже ности (амплитуды) в точке установки д тектора. Таким образом, величина напряженности (амплитуды) на входе детектора будет зависеть от того, в како точке пространства в каждый данный м мент времени находится свободно ппппющее тело. FlpH отсутствии перемещения свободно падающего тела напряженность (амплитуда) поля резонатора в точке измерения будет постоянной величиной. В атом , когда в объемном резонаторе число полуволн стоячей электромагнитной волны значительно больше единицы, то на входе детектора при перемещении свободно падающего тела внутри резонатора вдоль стоячей электромагнитной волны происходит многократное изменение напряжоЕшости (амплитуды) от минимального до максимального значения. Для определения абсолютного значения ускорения силы тяжести тела при его свободном падении достаточно иметь отметки о прохождении телом трех полуволн электромагнитной волны. Увеличение числа полуволн более трех ведет к увеличению числа отсчетов и, следовательно, к повышению точности определения абсолютного значения ускорения силы тяжести при обработке результатов. Предлагаемый способ определения абсолютного значения ускорения силы тяжести поясняется чертежом. Стоячая электромагнитная волна возбуждается в объемном резонаторе 1 при помощи высокостабильного СВЧ генератора 2. При движении в объемном резонаторе свободно падающего тела 3 состояние электромагнитного поля внутри объемного резонатора будет меняться, а именно: напряженность (амплитуда) стоячей волны будет существенно изменяться на входе детектора 4 при прохождении падающего тела через пучность стоячей волны и оставаться неизменной при прохождении через узел. Развернув во времени изменение напряженности (амплитуды) стоячей электромагнитной волны в точке подклк чения детектора, когда свободно падающее тело перемешается внутри резонатора, с помощью стандартной аппаратуры 5 и кварцевого эталона времени б, определяют моменты прохождения свободно падающим телом пучностей и узлов стоячей волны, т.е. определяют время, за которое свободно падающее тело проходит отрезки пути, равные полуволнам стоячей электро(агнитной волны, принятые за эталон длины. При этом запись результатов может представлена в форме, удобной для оперативной обработки. 6 Принципиально, цля реализпини преалпгпомо1-п способа, можно использовать частоты рааиодиппяэона. Наиболее оптимальными с Конструктивной точки арония диапазонами частот, примоннмьми для позбуждеиия СТОЧРЙ полны Р резонаторе, являются сантимет1л пый и пониметровый диапазоны волн. Волнь миллиметрового диапазона соизмеримы с геометрическими размерами сгабоцно падаюшего тела, из-за чего усложняется Koi структипное выполнение уст ойство. При менение более длинньос волг, рппиодиапазона приводит к значительному и неопра данному увеличению веса и гпбпритов устройств. По пpeдлaгaeмo y способу можно определять абсолютное :чнпчение силы тяжести в полевых условиях с точностью порядка 0,1 мгал при лснользовании несложного стандартно -:; оборуаования. Процесс подготовки аппаратуры к работе и процесс наблюдений резко упрощаются, а обработка результатов становится простой и оперативной. При использовании более сложного и точного стандартного оборудования прим нение предлагаемого способа позволит 2(. значительно повьсить точность определения абсолютного значения ускорения силы тяжести по сравнению с полевьлчш условиями. Формула изобретения Способ определения абсолютного значения ускорения силы тяжести путем измерения промежутков времени, за которое тело, свободно падающее в поле тяготения, проходит равные промежутки пути, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса измерений, возбуждают в резонаторе стоячую электромагнитную волну, принимая за равные отрезки пути длины полуволн, а промежутки времени определяют в момент изменения напряженности электромагнитного поля резонатора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе; 1. Михайлов А. А. Курс гравиметрии и теории фигуры земли.Редбюро ГУГК М., 1939. 2.A.Sc|i1 uma ,Bue.eetih Qeodesioue № 1001° duin,197i. Ports.

7

/

StiJfod