Горизонтальный крутильный маятник Советский патент 1980 года по МПК G01V7/02 

(54) ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ КРУТИЛЬНЫЙ ГЛАЯТНИК Изобретение относится к точному приборостроению и предназначено для прецизионных измерений, например в гравиметрии, для измерения вторых производных грайитационного потенциала. Известно устройство с горизонтальным крутильным маятником, чувст витальная система которого выполнена в виде коромысла с грузами, подвешенного на крутильной нити, и помещена в вакуум, а система индикации регистрирует период крутильных колебаний l , Недостатками, этого устройства яв ляются слабая помехозащищенность и затухание собственных крутильных колебаний, ограничивающих точность измерений. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство с горизонтальным крутил ным маятником, содержащее корпус, чувствительный элемент, выполненны в виде коромысла с гpyзa 4И, подвешенного на упругой крутильной нити систему индикации, вибродвигатель, установленный на корпусе, и стабилизированный по амплитуде и частот генератор синусоидальных колебаний Недостатком этого устройства так же является ограниченная из-за слабой помехозащищенности точность измерений . Цель изобретения - повышение точности измерений прибора за счет уменьшения влияния помех на результат измерений. Указанная цель достигается тем, что в устройство вместо вибродвигателя, работающего по гармоническому закону, вводят вибродвигатель, задающий механические колебания в виде импульсов, а управляющее устройство подключено к системе индикации через синхронизатор. Известно, что помимо упругой составляющей К,определяемой упругостью закручиваемой нити, в крутильную жесткость КНР входит динамическая жесткость КНР i создаваемая, например маятниковыми качаниями ai е с учетом к уравнение крутильных колебаний записывают в виде: .г„е вгде; в - угол поворота крутильной си стемы; 3 - момент инерции) Ъ - коэффициент демпфирования КНР + KCJ,- общая крутил. ная жесткость, Kjj -упругая (механическая )составляющая жесткости; F - внешняя сила; Кп,- динамическая жесткость, закон изменения которой задают .искусственно, за счет, например мая никовых качаний крутильной системы, возбуждаемых под действием менякнцих ся по определенному закону инерцион ных ускорений основания (точки креп ления крутильной нити). В этом случае при выполнении соотношения: UJjOU -.N/2, где Шц - частота накачки, с которой меняется KQ , «о - собственная частота крутильной системл,. N - 1,2,3 и т .д, Изменение энергоемкого параметра KQ приводит к параметрическойнакачке энергии в крутильную степень свободы. Обеспечить изменение К с частотой предлагается за счет подач на корпус г/1еханически { воздействий, в спектре которых имеется частота («н . В частности, ввиду малой чувст вительности маятниковых качаний к поступательным ускорениям инфранизкой частоты (vUMo), последние не да ют нужного эффекта и получают tfn за счёт периодического (с частотой Wo воздействия в виде отдельных импуль сов, ограниченных во времени цугов гармонических колебаний и т.д. В зависимости от разности энергии накачки uW и энергии диссипации возможны два режима работы систем Режим параметрического усиления, при котором:,(,„)0 где: m - глубина модуляции, К - коэффициент, определяемый законом изменения во времени ; Q - добротность системы, Vt/o - начальная энергия система В этом случае наблюдается так ма зываемьлй параметрический резонанс, когда происходит усиление амплитуды колебаний от внешнего силового возмущения на частоте, близкой к ( в QBOO Рзз, где; Q, ЭФ 1-(i.mQ/2R) и коэффициент усиления такого параметрического усилителя записывается в виде . с-«9фф/9В Таком режиме работы предлагаемое устройство используется для регистрации внешних переменных силовых воздействий. При уменьшении разности u.X/-rfW / коэффициент усиления возрастает. Режим параметрической генерации, осуществляем)й при . В этом случае амплитуда колебаний нарастает по закону€ Е до тех пор, пока не ограничится в результате действия механизма ограничений колебаний. Этот устойчивый цикл колебаний характеризуется о 1ределенными значениями амплитуды в , фазы и периодов колебаний Т, которые под действием внешних возмущений изменяются, ио для каждого параметра по своему закону. Так, при амплитудном ограничении величина ётационарной фаз «/ зависит от амплитуда накачки, а от расстройки по частоте не зависит, в то время, как амплитуда колебаний зависит от расстройки, но не зависит от амплитуды накачки. Отсюда вытекает возможность разделения действующих на крутильную систему возмущений различной природы и состава, а также возможность проведения измерений в режиме постоянной амплитуды, не вoз щаемой, например составляющей Кл. инерционного (сейсмического) происхождения, и не испытывающей затухания колебаний. Все это способствует повышению точности измерений и улучшению сейсмозащищенности, особенно в режиме одновременного измерения амплитуды, частоты и фазы колебаний. На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство, общий вид. Устройство содержит корпус 1, крутильную нить 2, корог ысло 3 с грузами, систему 4 индикации, управляющее устройство 5, вибродвигатель б и синхронизатор 7. Горизонтальный крутильный маятник работает следующим образом. Управляющее устройство 5 подает сигнал на вибродвигатель 6, который воздействует на корпус 1 механическим образом по определенному закону. Эти механические воздействия вызывают изменение крутильной жесткости. крутильной cHCTeNW с частотой Изменяя величину сигнала на вибродвигатель 6, получают два режима работы устройства. Режим параметрического усиления, когда сигнал с системы 4 индикации подается на синхронизатор 7 для получения оптимального соотношения фаз основного колебания и накачки/ режим параметрической генерации, когда устройство работает как с синхронизатором 7, так и без него. Применение предлагаемого устройства позволяет: увеличить точность проИЗВОДИГ4ЫХ на горизонтальном крутильном маятнике измерений. При измерениях угла поворота возрастает чувствительность к периодическим резонансным воздействиям силового характера, за счет увеличения добротности

®в « nQ (где n 2, 3 и более), и возрастает точность измерений за счет сужения полосы пропускания.

В случае когда измеряются частота фаза и амплитуда крутильных колебаний , осуществление режима параметрической генерации позволяет .вить не требуюсцие подкачки нёпрерыв е измерения и, кроме того, уменьшить погрешности изАЮрений, например частоты из-за неизохронности осциллятора и изменения амплитуды колебаний , уменьшить влияние сейсмических возмущений на результаты измерений путем использования различных зависимостей амплитуды, частоты и фазы устойчивых колебаний от внешних воздействий.

Формула изобретения

Горизоитальный крутильный маятник для прецизионных гравиметрических йзмерений, содержгиоий корпус, чувствительный элемент, выполненный в виде корокысла с грузами, подвешенного на упругой крутильной нити, вибродвигатель, механически связанный с узлом крепления упругой нити, управляющее устройство и систему индикации, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений вибродвигатель в нем выполнен в виде згщатчика импульсного воздействия, а управляющее устройство подключено к системе индикации через синхронизатор.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

1.Веселов К. Е. и Сагитов М. И. Гравиметрическая разведка, изд-во Недра, М, 1968, с. 212-117.

2.Сорокин Л. В. Гравиметрия и гравиметрическая разведка, М., Гостоп0техиздат, 1953, с. 242 (прототип).