Устройство для измерения параметров колебаний маятников Советский патент 1982 года по МПК G01V7/12 

(5t) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОЛЕБАНИЙ МАЯТНИКОВ

Изобретение относится к гравиметрии и может быть использовано при маятниковых измерениях ускорения силы тяжести. Известны устройства для фотографической регистрации колебаний маят ников, содержащие осветительное уст ройство, передающую диафрагму, обт.е тив, кварцевые генераторы, синхронный двигатель, обеспечивающие запис колебаний маятников на фотопленКУ 1. Недостаток этих устройств заключается в том, что они не обеспечивают достаточной точности регистрации колебаний маятников, а обработка пленок и фотограмм записи на них отличается большой трудоемкостью. Наиболее близким к предлагаемому является устройство-для измерения параметров колебаний маятников, содержащее осветитель, конденсор, объектив, фотоэлектрическое устройство, передающую диафрагму с тремя щелями, генератор импульсов с много-; разрядным счетчиком импульсов, фopмиV рователь импульсов считывания, соединенный с фотоэлектрическим устройством и посредством вентилей с запоминающим устройством. Для опре.деления периода колебаний маятника используют измеренный промежуток времени между двумя прохождениями через среднюю щель приемной диафрагмы луча света, отраженного от зеркал маятников, для определения же амплитуды измеряют промежуток времени между прохождениями этим лучом расстояния между двумя дополнительными (крайними) щелями. При этом, когда определяют период, специальная шторка закрывает крайние щели, а. когда определяют амплитуду, шторка закрывает среднюю щель. В некоторых случаях разделение щелей осуществляется не при помощи шторок, а при при помощи электронного различителя щелей, что ничего не меняет, так как и в этом случае определение амплитуды ведется независимо от определения периода и по тем же самым щелям |2 1 Однако при возросшей точности измерений недостаточно использовать для определения амплитуды только две щели, поскольку таким образом принципиально определяется только приближенное ее значение. Кроме toro, раздельное определение амплитуды и периода не позволяет контролировать поведение амплитуды в процессе измерений периода, что снижает точность поправки за амплитуду. Кроме того, не обеспечивается возможность фильтрации короткопериодических помех, период которых мень ше полупериода колебаний маятника (вибраций, микросейсм и т.д.), что влечет за собой значительное увеличение продолжительности измерений. Не обеспечивается также оперативный контроль положения средней щели относительно положения равновесия мая ника, что приводит к усложнению аппаратуры в процессе измерений и, в свою очередь, увеличивает продолжительность измерений. Цель изобретения - повышение точ ности измерений и быстродейсгвия. Поставленная цель достигается тем что в устройстве для измерения параметров колебаний маятников, содержащем осветитель, конденсор, объектив фотоэлектрическое устройство, передающую диафрагму с тремя щелями, генератор импульсов с многоразрядным счетчиком импульсов, формирователь импульсов считывания, соединенный с фотоэлектрическим устройством и посредством вентилей с запоминающим устройством, передающая диафрагма, содержит дополнительны е щели, а каждый разряд многоразрядного счетчика импульсов соединен с соответствующим вентилем. Наибольшая точность определения периода достигается при использовани щелей, находящихся в интервале, не превосходящем ± 30 по фазе от положения равновесия маятника, а наибольшая точность определения амплитуды - при использовании щелей, по возможности удаленных от положения равновесия маятника. Совокупное использование всех щелей позволяет сов местно и многократно определять все параметры колебания маятника, т.е. значения периода, амплитуды, фазы и несимметрии, и с помощью ЭВМ осуществлять фильтрацию короткопериодических и длиннопериодических помей или вычислять параметры последних. Точность может быть дополнительно увеличена при увеличении числа щелей на передающей диафрагме. На чертеже показана схема устройства. Устройство содержит источник 1 света, конденсор 2, передающую диафрагму 3, поворотную призму 4, объектив 5 оптическую систему 6 маятникового прибора, приемную диафрагму 7, фотоэлектрическое устройство 8, высокостабильный генератор 9 импульсов, N-разрядный счетчик 10 импульсов, вентили 11, запоминающее устройство 12, формирователь 13 импульсов. Луч света, пройдя оптическую систему 6 маятникового прибора, пересекает щели на приемной диафрагме 7 и вызывает на фотокатоде фотоэлектрического устройства 8 появление импульсов фототока относительно низкой частоты, например порядка килогерца. Промежутки времени между эпими импульсами заполняются высокой частотой (например, 100 мегагерц) используемой для измерения указанных промежутков. Результаты измерений фиксируются запоминающим устройством 12, например, на магнитной ленте и вводятся в ЭВМ, выдающую информацию об искомых параметрах и значении силы тяжести, предварительно ею же отфильтрованном от помех. Для указанной цели импульсы с выхода высокостабильного высокочастотного генератора 9. поступают на N-разрядный счетчик 10. Каждый разряд счетчика через вентили t1 соединен с запоминающим устройством 12. Управление вентилями осуществляется.импульсами считывания, появляющимися на выходе формирователя 13 при поступлении на его вход импульсов с катода фотоэлектрического устройства 8. При каждом полном единичном колебании маятни| а на фотокатоде фотоэлектрического прибора 8 последовательно возникают 2т(т-число щелей) импульсов, на которых в формирователе 13 формируются импульсы считывания, открывающие на короткий промежуток времени вентили 11. При этом содержимое всех разрядов передается 5 в соответствующие ячейки запоминающего устройства 12. Так как счетчик 10 непрерывно считает импульсы с выхода генератора 9 период следования которых известен то взяв разность между двумя отсчетами, .записанными в запоминающем устройстве 12, можно получить интервалы времени между моментами прохождения лу чом света соответствующих щелей диафрагмы и, задав соответствующую пр грамму для ЭВМ, получить значения периодов амплитуд, фаз и несимметри для единичных колебаний. Окончатель ное значение полного периода единич ного колебания маятника получают как среднее весовое из значений, полученных по отдельным щелям в соответствии с выбранным алгоритмом фильтрации. Аналогично может быть получено значение амплитуды для каждого колебания маятника. В обоих случаях можно считать амплитуду пос тоянной в пределах одного полного колебания. При желании можно учесть и ее затухание. Коэффициент затухания может быть получен весьма точ но из сравнения амплитуд, относящих ся к различным колебаниям в данной серии наблюдений. Точно также могут бь1ть вычислены параметры возмущающих ускорений. Из серии наблюдений охватывающих колебаний мож но отфильтровывать или вычислять параметры возмущающих ускорений, пе риоды которых больше периода колебаний маятника. Данное устройство для измерения параметров колебаний маятника позволит определить как несимметрию боковых щелей относительно средней, так и меру несовпадения щелей с проекцией положения равновесия маятника на плоскость диафрагмы. Одновременно появляется возможность контролировать устойчивость прибора во время измерений, можно отделять собственно поправку за амплитуду 56 от влияния конечной величины радиуса кривизны лезвия ножа маятника, . В целом устройство, наряду с повышением точности, обеспечивает возможность существенного сокращения продолжительности измерений, применения маятников для определения гравиметрических пунктов низших классов вплоть до рядовых пунктов и, в то же время, использования их для измерений высшей точности, например для исследования приливных и неприливны $, измерений силы тяжести. Внедрение изобретения существенно облегчит выбор помещений для пунктов, снизив требования к уровню вибраций и других помех. Формула изобретения Устройство для измерения параметров колебаний маятников, содержащее осветитель, конденсатор, объектив, фотоэлектрическое устройство, передающую диафрагму с тремя щелями, генер(атор импульсов с многоразрядным счетчиком импульсов, формирователь импульсов считывания, соединенный с фотоэлектрическим устройством и посредством вентилей с запоминающим устройством, -о тли чаю щ .е е с я тем, что, с целью повышения точности и быстродействия передающая диафрагма содержит дополнительные щели, а каждый разряд многоразрядного счетчика импульсов соединен с соответствующим вентилем. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № . кл.З 01 V 7Л2, 1965. 2.Труды;центрального научноисследовательского института геодезии, аэросъемки и картографии. Вып. 159, М,, Недра, 196. с. 61-77 {прототип).

Q