Струнный гравиметр Советский патент 1979 года по МПК G01V7/02 

- ..I Изобретение относится к области paвиметрического приборостроения, в честности, к приборам, измеряющим ускорение силы тяжести на подвижном основании, и является усовершенствованием изобретения по авт. св. NO 294118. . Струнный гравиметр по авт. св. № 294118 1 содержит массивное тело подвешенное к корпусу на струне, устройство для поддержаниянезатухающих коп9 банки струны и частотомер с регистрируто щим устройством, причем массивное тело погружено в жидкость с вязкостью не менее 2ООООО ест и упругостью паров не более 10 мм рт. ст. Недостатком известного гравиметра являете я высокий уровень погрешностей, возникающих при воздействиии на гравиметр ускорений низкой частоты (О,ОЗ- 1 Гц). Целью изобретения является повышение точности измерений. Поставленная цепь достигается тем, что на массивном тепе, установлены по:перечные ребра, в пространство между которыми с зазором не менее 0,25 и не более О,35 радиуса массивного тела введен кольцевой выступ, жестко связанный с корпусом. На чертеже изображена схема струнного гравиметра, Гравиме гр содержит корпус 1 и подвешенное к нему ва струне 2 массивное тело 3 цилиндрической формы, снабженное кольцевыми поперечными ребрами 4 и 5 и связанное с корпусом 1 пружинами 6 и 7 малой оСевой жесткости. Струна 2 проходит в зазоре постоянного 8. С корпусом 1 жестко связаны полукотп ца 9 и 10 и с выступами 11 и 12, вхо,дящими в зазбр между ребрами 4 и 5. Корпус 1 заполнен полиметидоктановой жидкостью 13с вязкоегьюне менее 810 сантистокс, Вьшоды от струны присоединены к усилителю (не показан) с положительной обратной Ьвззью. Пространство внутри корпуса вакуумировано с . депью достижения высокой добротности струнного гравиметра. Корпус гравиметра помещен в термостат (не показан), а чувствительная система эпектрически свя зана 6 частотомером. Для измерения ускорения силы тяжести возбуждают незатухающие поперечные колебания струны 2 и измеряют частоту этих колебаний, которая является мерой ускорения силы тяжести. Частота колебаний струны I и ускорение сипы тяжести rf сВ51заны соотношениемf,(i) где ot. - коэффициент, зависящий от кон.структнвных особенностей системы, В процессе гравиметрической сьемки гравиметр установлен на платформе, движущейся в горизонтальной плоскости. Это му движению платформы неизбежно сопутствуют ее колебания в вертикальной плос кости, в результате чего на платформу действуют ускорения а , приближённо опи сываемые законом d « sin St, где с( - амплитуда вертикальных возмущающих ускорений, - круговая частота, t - текущее время. Под действием ускорений а массивное тело гравиметра относительно корпуса будет подвержено действию ускорения г ц)(О1) и частота поперечных колебаний струны .j составит v. где Z« Изменение частоты поперечных колебаний д{ с достаточной точностью опре делится выражением .f -i|-i(f)J (3 так как на основании (1) л 1 л (4) где Л - кажущееся изменение силы тяжести, то (5) Наряду с измеряемыми поперечными коле бани5ав« и струтаы последняя подвержена и VtJ 2-о -гИ 4: |Ерг;)1 ZoV г )4- f ) продольным колебаниям, вызываемым той же периодической силой Мй , где М масса тела, подвешенного на струне. Из анализа продольных колебаний струны ус анавливается 2. ф (ci ). На систему струнного гравиметра, в которой массивное тело погружено в вязкую жидкость, действуют силы, определяемые уравнениемi-2)-i-}i2+K(Ae+z)-MAnat, где Z - скорость перемещения нижнего конца струны, равная скорости переметения массивного тела; h коэффициент, характеризующий зависимость усилия от скорости; К - продольная жесткость струны; ДЕ- упругая деформация струны под действием силы М ; 2 - упругая деформация струны под действием силыМ.2 . Так как при отсутствии возмущающих ускорений М 1-Кйе 0,(j то внутри ограниченной зоны, в которой можно принять rf const Z -2 2+aJZ -a sinftt , h . к . UJ Sl F Kv в результате решения дифференциального уравнения (s) получим уравнение продольных колебаний массивного тела Z 2,(«t-g-J, где ZQ - амплитуда колебаний: fy - за паздывание фазы колебаний. . GjZ(11) Подставляя значения Z из уравнения (9) в уравнение (5)и интегрируя его н-а интервале осреднения Atstj-t ,, внутри которого tf const , получим выражение для погрешности S измерения средней величинй ускорения силы тяжести на этрм интервале за счет вертикальных возмущающих ускорений «t-y)di («t.,-r)-cos(at-) 2 tr гЯ- i Очевидно, что второй член в результате интегрирования .значитэтьно меньше первого. Тригонометрическое выражение в квадратных скобках при первом члене характеризует нёосредненную величину возмущающего ускорения и численно находится в пределах от О до 2 при ве роятном значении равном единице. Учиты вая это и уравнение (ю) получим Иla %(н) гч) i «(V,) о - U 1тг „ I0)4 Первый чпен уравиения (14 характеризует случайную погрешность измере.ния, возникающую под влияниемвертикальных возмущающих ускорений с амплитудой оо , второй - систематическую погрешность (эффект Броуна). Множитель 1/ в первом числе уменьшает погреш ность, что эквивалентно однократному сглаживанию результата измерения, и множитель l/q во втором члене многократно уменьшает величину систематичеч ской погрешности. Эффект уменьшения си ст-ематической погрешности, например, на частоте возмущающих ускорений ,2Тц (наиболее распостраненная частота nprf измерениях на море) снижается до 0,006, Уменьшение эффекта достигнуто благодаря тому, что массивное тело выполнено с по- перечными ребрами, а пространство межд которыми входит кольцевой выступ, свян занный с корпусом. Так как результаты исследований по казали, что снизить эффект Броуна до до тигнутых величин уменьшением радиаяьных или осевых зазоров между массивным те- лом и корпусом до величины меньшей 0,25 радиуса R массивного тепа не удается, в предлагаемой конструкции оэхранены максималыо.1е зазоры ff равные 0,25R, С другой стороныувеличение зазоров вызьтает усиление динамических температурных эффектов за счет увеличения объема жидкости. Эксперименты показывают, что до ,35R эти динамические температурные эффекты находятся в допустимых пределах. Использование изобретения позволит применить струнныйгравиметр для выполнения высокоточной гравиметрической съемки в условиях больших возмущающих, ускорений, свойственных морской сьемке. Это позволит в значительной степени за-. менить дорогостоящую дискретную донную съемку набортной, что и определяет высо- . кую экономическую эффективность использования изобретенияе При этом конструкция гравиметра и технология его изготовления не усложняются. Формула изобретения Струнный гравиметр по авт. св. № 294118, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, на массивном теле установлены поперечные ребра, в пространство между которыми с зазором не менее 0,25 и не более 0,35 радиуса массивного тепа введен кольцевой выступ, -жестко связанный с корпусом. Источник,и информйции, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР , кл. G 01 V 7/О2, 1968.