Гравиметр Советский патент 1981 года по МПК G01V7/02 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение при изучении гравитационного поля Земли и поиске месторождений полезных ископаемых методами гравиразведки.

Известен гравиметр, в котором датчиком перемещения является высокодобротный сверхпроводящий СВЧ-резонатор с подвижной торцовой стенкой, свободно подвешенной в поле сверхпроводящего магнитного подвеса. Датчик перемещения расположен в криостате с жидким гелием и является частотнозадающим элементом высокостабильного СВЧ-генератора. При этом значение частоты выходного сигнала генератора является функцией величины гравитационного поля в точке измерения.

Однако описанный гравиметр имеет существенный недостаток - систематический уход частоты генератора, обусловленный изменением уровня жидкого гелия в криостате и соответствующим ему изменением длины коаксиальных линий, которыми датчик-резонатор связан с измерительной цепью.

Кроме того, резонансная частота сверхпроводящих резонаторов весьма чувствительна к влиянию внешних факторов. Так, изменение давления в гелиевой ванне ведет к изменению геометрических размеров

резонатора вследствие упругой деформации его стенок. С другой стороны, флуктуации температуры кипения гелия, обусловленные изменением давления в криостате, ведут к

флуктуациям резонансной частоты резонатора вследствие температурной зависимости коэффициента линейного расширения и мнимой части поверхностного импеданса сверхпроводника.

1 аким образом, уходы резонансной частоты СВЧ-резонатора, обусловленные влиянием перечисленных дестабилизирующих факторов, накладываются на выходной сигнал гравиметра, что приводит к

его чувствительности и стабильности нульпункта.

Целью изобретения является повышение чувствительности и стабильности нуль-пункта гравиметра.

Поставленная цель достигается включением в схему гравиметра опорного высокостабильного СВЧ-генератора, частотнозадающим элементом которого является сверхпроводящий резонатор, расположенный в одном криостате с СВЧ-резонатором, изготовленный из того же сверхпроводника, что и СВЧ-резонатор, и соединенный с внешними цепями идентичными линиями связи, а таклсе смесителя, выделяющего разностную

частоту колебаний опорного и измерительного генераторов.

Схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

В крностате с жидким гелием 1 расположены СВЧ-резонатор 2 и опорный сверхпроводящий резонатор 3, подсоединенные через линии связи 4 соответственно к измерительному генератору 5 и опорному СВЧгенератору 6.

Между генераторами 5 и 6 расположен смеситель 7, входами подключенный к выходам генераторов 5 и 6, а выходом - к частотомеру 8.

Работает устройство следующим образом.

Изменение гравитационного поля приводит к изменению частоты колебаний измерительного генератора 5 в соответствии с величиной перемещения подвижной стенки датчика-резонатора 2, но не оказывает влияния на частоту колебаний опорного генератора 6. При этом разностная частота колебаний генераторов, выделяемая смесителем 7 и измеряемая частотомером 8, является функцией величины гравитационного поля в точке измерения.

С другой стороны, дестабилизирующие факторы - изменение уровня жидкого гелия, давления и температуры в криостате - одинаковым образом воздействуют как на резонансную частоту датчика перемещения 2, так и на частоту опорного сверхпроводящего резонатора 3, вызывая тем самым одинаковый сдвиг частоты выходного сигнала генераторов 5 и 6, в результате чего разностная частота их колебаний остается неизменной.

Таким образом, выходной сигнал гравиметра - разностная частота колебаний

опорного и измерительного генераторов - содерл ит в себе только информацию о величине измеряемого гравитационного поля. Техническая эффективность изобретения

заключается в повышении чувствительности и стабильности нуль-пункта гравиметра вследствие устранения влияния внещних дестабилизирующих факторов на его выходной сигнал, что дает возможность значительпо повысить точность и производительность гравиметрических работ и облегчить обработку полученной геофизической информации.

Формула изобретения

Гравиметр, включающий в себя датчик перемещения, выполненный в виде сверхпроводящего СВЧ-резонатора с подвижной степкой, помещенный в криостат и подключенный к СВЧ-генератору, и частотомер, отличающийся тем, что, с целью повыщення чувствительности и стабильности

нуль-пункта, в схему введен опорный СВЧгенератор, стабилизированный сверхпроводящим резонатором, расположенным в одном криостате с датчиком перемещения, и смеситель, подсоединенный к выходам генераторов и входу частотомера.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Менде Ф. Ф., Бондаренко И. И., Трубицын Л. В. Сверхпроводящие и охлаждаемые резонансные системы. «Наукова думка, Киев, 1976, с. 237-240. 2. То же, с. 239.

3. То же, с. 92-98 (прототип).

. J

2