Вертикальный гравитационный градиентометр Советский патент 1980 года по МПК G01V7/14 

1

Изобретение относится к устройствам для измерения гравитационного поля Земли, более конкретно, к устройствам для измерения вертикальной составляющей силы тяжести.

В устройстве 1, к различным концам коромысла подвешены два тела одинаковой массы, но имеющие подвески различной длины. Так как на нижнюю массу действует сила большая, чем на верхнюю, то коромысло весом отклонится от положення равновесия. Величина угла поворота показывает величину вертикального градиента силы тяжести.

Недостатком данных устройств являются высокие требования, нредъявляемые к ностоянству масс и длнны плеча.

Известно устройство, предназначенное для осуществления измерений методом гравиметров, разнесенных по высоте 2.

Измерения могут проводиться либо одним гравиметром на разных высотах, либо двумя гравиметрами, разнесенными по вертикали. Чувствительность в 10Е обеспечивается при измерении ускорения снлы тяжести с точностью в 0,3 мкгал гравиметрами, разнесенными по высоте иа 3 м. При измерении на подвижном основании устройство не обладает достаточной точностью.

Известно устройство, основанное на баллистическом методе 3, содержащее две свободно падающие массы, передатчик и приемник. В указанном устройстве свободно падающие массы выполняются в виде оптических устройств (ретрорефлекторов), дающих отраженный луч, направленный параллельпо и противоположио падающему лучу. Иитерфереицпя отраженных лучей

10 двух ретрорефлекторов воспринимается прпемннком, выходной сигнал которого является мерой изменения расстояния между свободно падающнми массами. Изменения частоты следования импульсов, поступающих с ириемиика, непосредственно связаны с вертикальной составляющей граднента силы тяжести.

Устройство имеет низкую чувствительность, новыщение которой ограиичеио минимальной длииой волиы лазера, так как в процессе свободного падения расстояние между ретрорефлекторами должно измениться на величину, превышающую несколько длии полуволн излучаемого лазером сигнала. К недостаткам известного устройства можно отнести и большие габариты.

Целью 1 зобрете1И1я является иовыщение точности нзмерения вертнкального градн30 ента и умеиьшенпе габаритов установки.

Указанная цель достигается тем, что в известном гравитационном градиентометре, содержащем две свободно падающие массы, иередатчик и приемник, передатчик включает две свободно падающих массы, одна из них выполнена в виде резонатора, включенного между генератором н усилителем, к выходу которого подключена передающая антенна, вторая - в виде призмы, связанной стержнем с торцовой стенкой резонатора, установленной с возможностью свободного падения относительно боковых стеиок.

Изобретение поясняется чертежом, где приведена схема устройства.

Резонатор 1 включен между генератором

2и усилителем 3, к выходу которого подключена передающая антенна 4. Генератор 2, резонатор 1 с торцовой стенкой 5, усилитель 3, передающая антенна 4 образуют передатчик 6. Одна из свободных падающих масс образована генераром 2, резонатором 1, усилителем

3и передающей антенной 4, другая падающая масса 7 - торцовой стенкой 5 резонатора 1, соединительным стержнем 8 и призмой 9.

Приемник 10 состоит из приемной антенны 11, предварительного усилителя 12, выход которого, как и выход опорного генератора 13, подключены ко входу смесителя 14.

Выход смесителя 14, который является и выходом приемника 10 соединен со входом частотомера 15, к другому входу которого подключен блок команд 16, а к выходу аналого-вычислительиое устройство 17. Выход блока команд 16 соединен со входом системы отиуска свободно падающих масс (на чертеже не показана).

Устройство работает следующим образом.

Частота генератора 2, работающего в режиме затягивания, однозначно связана с частотой резонатора 1, возбуждаемого колебаниями типа Ноц. Во время свободного падения расстояние между центрами свободно падающих масс увеличивается пропорционально вертикальной составляющей градиента силы тяжести, что приводит к сдвигу собственной частоты резонатора, а, следовательно, и к сдвигу частоты передатчика 6. Сигнал с передатчика 6 поступает на смеситель 14 нриемника 10 через усилитель 12. В смесителе 14 ироисходит вычитание частот сигналов, поступающих с передатчика и эталонного генератора 13. Сигиал разностной частоты поступает на частотомер 15, который включается в определенные моменты времени импульсами, поступающи.ми с блока команд 16. Аналого-вычислптельное устройство 17 производит сравнение частот передатчика 10 за интервалы времени покой - свободное падение, причем информация выдается непосредственно в этвещах.

Измерения проводятся следующим образом: измеряется частота передатчика 6 при верхнем положении свободно падающих масс, затем блок команд 16 вырабатывает команду к отпуску масс и сброса показаний частотомера 15, через незначительный интервал времени - команду к запуску частотомера 15. Частотомер 15 измеряет усредненное значение частоты за время свободного надения масс. На время подъема частотомер 15 отключается и включается только после того, как свободпо падающие массы займут верхнее положение.

Опорный генератор 13 и смеситель 14 служат для повышения разрешающей способности установки.

Стержень 8 и призма 9 увеличивают расстояние между центрами свободно падающих масс.

Чувствительность устройства может быть

определена по формуле:

df

dW

I - расстояние между центрами тяжегдести масс; df - изменение собственной частоты

резоиатора;

dWzz - изменение вертикальной составляющей градиента силы тяжести; t - время свободного иадения; k - крутизна перестройки колебательного контура.

Если колебательный контур выполнен в виде резонатора, возбужденного на типе колебаний Нци, то

/( - -0,145 А dZ Z.

df

где -: -

величина характеризует изменеdZние резонансной частоты резонатора в зависимости от изменения торцовой стенки резонатора; /о - собственная частота резонатора; L - длина резонатора.

Предложенное устройство обеспечивает более высокую точность по сравнению с известным.

Формула изобретения

Вертикальный гравитационный градиентометр, содержащий две свободно падающие массы, передатчик и приемиик, отличающийся тем, что, с целью повыщеиия точности измерений и уменьщения габаритов устройства, массы включены в передатчик, при этом одна из них выполнена в виде резонатора, включенного между генератором и усилителем, к выходу которого подключена передающая антенна, вторая- в виде нризмы, связанной стержнем с торцовой стенкой резоиатора, установленной с возможностью свободного падения отиосительно боковых стенок.

Источники информации, Принятые во внимание при экснертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 212663, кл. G 01 V 7/08, 1966.

2.Technical pszuk, 1972, v. И № 39, p. 10-13.

3. США № 3688584, кл. 73-382, опублик. 1974 (прототип).