Горизонтальный крутильный маятник Советский патент 1979 года по МПК G01V7/10 

I

Изобретение относится к точному приборостроению и предназначено для прецизионных измерений, например в гравиметрии, для измерения производных ускорения силы тяжести, при определении значений гравитационной постоянной.

Известно устройство с горизонтальным крутильным маятником, содержащее корпус, чувствительный злемент, выполненный в виде коромысла с грузами, подвешенного На крутильной нити, и системуИндикации, регистрирующую угол поворота чувствительного элемеита 1.

Такое устройство позволяет измерять производные V iV i yjWjt, W.,j- с точностью порядка 1 - 5 зтвеш, что часто бывает недостаточным.

Известно также устройство с горизонтальным крутильным маятником, содержащее корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла с грузами, подвешенного на крутильной нити и помещенного в вакуум, и систему индикации, регистрирующую период крутильных колебаний чувствительного элемента 2.

Эти конструкции широко применяются при проведении прецизионных нзмерений в физике

и геофизике. Чувствительиость таких маятников определяется, в основном, прочностными характеристиками упругой крутильной нити и ее размерами (длиной и диаметром) и не может быть изменена без замены крутильной нити. Возможности увеличения чувствительности также ограничиваются из-за невозможности чрезмерного увеличения длины нити и уменьщения ее диаметра, причем последнее приводит к увеличению дрейфа нуля прибора и увеличению возмсАююсти обрьша при ударах и сотрясениях.

Наиболее близким к предлагаемому является компенсатор силы тяжести, содержаащй корпус, ч)вствительный злемеит, выполненный в виде коромысла с грузами, подвещеиного на крутильной нити, и систему индикации и дополнительно содержащий четыре поперечно расположенных груза, размещенных симметрично относительно коромысла. Эти дополнительные грузы, создавая за счет собственного гравитационного поля добавочную динамическую крутильную жесткость, могут менять, уменьшая или увеличивая, чувствительность крутильной системы, что приводит к расширению измерительных возможностей прибора 3. Недостатком такого компенсатора является сравнительно небольшая эффективность создания дополнительной жесткости из-за чрезвычайно малой величины гравитационных сил, что приводит к увеличению веса и габаритов прибора и искажению гравитационного поля в окрестности коромысла, которое трудно учесть с высокой точностью и которое усиливается с увеличением массы грузов компенсатора. Цель изобретения - увеличение чувствительности и расширение измерительного диапазона прибора без искажения гравитационного поля в окрестности коромысла чувствительного элемента и без значительного увеличения веса и га баритов прибора. Указанная цель достигается тем, что в устройство введены, установленный на корпусе и механически связанный с узлом крепления упругой нити вибродвигатель и стабилизированны по частоте и амплитуде генератор синусоидальных колебаний, подключенный к вибродвигателю. Увеличение (или уменьшение) чувствительности горизонтального маятника достигается за счет создания вибраций точки подвеса упругой крутильной нити в горизонтальной плоскос ти, вызывающих, в свою очередь, маятниковые качания чувствительного элемента. Известно, чт маятниковые качания создают дополнительную динамическую жесткость К , пропорциональну разности квадратов угловых скоростей коромы ла Кд--С:),- Х®2-011 - квадраты скорости маятниковых качаний коромысла относительно взаимно перпендикулярных горизонтальных осей X и Y; - моменты инерции коромысла отно сительно продольной и поперечной осей. Эта искусственно созданная динамическая крутиЛьная жесткость может увеличивать или уменьшать общую крутильную жесткость прибора и, следовательно, изменять чувствительнос крутильного маятника, не меняя толщины кру тильной нити и не внося искажений в гравитационное поле окрестностей коромысла. Расчеты показывают, что вибрирование точки подвеса маятника, имеющего добротность 1000 и период собственных колебаний 10 с, н частоте 5 Гц с амплитудой 0,15-0,18 мк дает увеличение чувствительности в 1,4-3 раза. На чертеже изображен крутильный маятник, бщий вид. Горизонтальньсй крутильн. маятник имеет орпус 1, чувствительный элемент 2, систему репления нити 3 и систему 4. На орпусе 1 вблизи узла крепления нити 3 помеается вибродвйгатель 5, управляемый стабили.ированным по частоте и амплитуде генератором инусоидальных колебаний 6. Горизонтальный крутильньгй маятник рабоает следующим образом. Генератор 6 подает сигнал на вибродвигатель, оторый создает гармонические колебания коруса и всеете с ним узла крепления 3. Под дейтвием этих колебаний создаются гармонические качания коромысла, меняющие крутильную жесткость. Подбирая частот/ и а лгглкгуду вибрации вибродвигателя, можно менять ьгличины динамической и общей крутильной жесткости. Быходной параметр, угол поворота или частота крутильных колебаний замеряется системой индикации, которая фиксирует положение коромысла относительно оси, параллельной той, которой создаются маятниковые качания. Такое выполнение горизонтального крутильного маятника позволит создать прибор с широким измерительным диапазоном и высокой чувствительностью. Формула изобретения Горизонтальный крутильный маятник, содержащий корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде коромысла с грузами, подвешенного на упругой крутильной нити, и систему индикации, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и увеличения чувствительности прибора за счет создания дополнительной динамической жесткости крутильной нити, в него введены установленный на корпусе и механически связанный с узлом крепления упругой нити вибродвигатель и стабилизированный по частоте и амплитуде генератор синусоидальных колебаний, подключенный к вибродвигателю. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Сорокин Л. В. Гравиметрия и гравиметрическая разведка, Гостоптехиздат, 1953, с. 242. 2.Berman D. Gravity Gradiometer Computer Model for simulated Gradient Contour Mapping. RSf vol. 38,10,1967. 3.Сагитов M. y. Постоянная тяготения и масса Земли. Наука, 1969, с. 188 (npoTOTHii).

5 5