измеритель вертикального градиента силы тяжести
Классы МПК: | G01V7/14 путем измерения времени свободного падения |
Автор(ы): | Субботин В.М., Николаев С.Г., Субботин В.В. |
Патентообладатель(и): | Пермский политехнический институт |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-08-26 публикация патента:
27.04.1996 |
Использование: измерительная техника, в частности для измерения вертикального градиента ускорения силы тяжести. Сущность изобретения: устройство содержит два груза, каждый из которых размещен в отдельном корпусе и снабжен двумя датчиками сил, усилителем и датчиком перемещения. Дополнительно измеритель вертикального градиента содержит контактное устройство, включающее три контактные группы по два контактных переключателя, с двумя контактами в каждом переключателе. 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
ИЗМЕРИТЕЛЬ ВЕРТИКАЛЬНОГО ГРАДИЕНТА СИЛЫ ТЯЖЕСТИ, содержащий чувствительную систему, включающую две пружины и расположенные на разных высотах два груза, и регистрирующую систему, отличающийся тем, что каждый груз расположен в отдельном корпусе и снабжен первым и вторым датчиками сил, усилителем и датчиком перемещений, а измеритель вертикального градиента силы тяжести дополнительно содержит контактное устройство, включающее три контактные группы по два контактных переключателя с двумя контактами в каждом переключателе, контактные переключатели в контактной группе соединены между собой с образованием общей точки и имеют свободными первый контакт, являющийся нормально замкнутым с общей точкой, и второй контакт, являющийся нормально разомкнутым с общей точкой, при этом общая точка первой контактной группы соединена с датчиком перемещения первого груза, первый контакт первой контактной группы соединен с вторым контактом третьей контактной группы и через соответствующий усилитель с первым датчиком силы первого груза, второй контакт первой контактной группы соединен с первым контактом третьей контактной группы и входом усилителя второго груза, выход которого соединен с входом регистрирующего устройства и с общей точкой второй контактной группы, первый контакт которой соединен с первым датчиком силы второго груза, а второй с вторым датчиком силы первого груза, а общая точка третьей контактной группы соединена с датчиком перемещения второго груза.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения вертикального градиента ускорения силы тяжести WZZ. Известен вертикальный гравитационный градиентометр [1] содержащий вакуумированный корпус с размещенными в нем массами, усилитель, регистратор и подставку. Недостатком этого градиентометра является то, что его чувствительность к измеряемому градиенту практически равна нулю, так как их перемещение практически будет происходить по одному и тому же закону. Наиболее близким к изобретению является вертикальный градиентометр [2] содержащий чувствительную систему из коромысла, двух грузов, расположенных на разных высотах, и измерительного устройства. Однако этому градиентометру присущи значительные методические погрешности от ускорения силы тяжести g, так как разделить влияние на выходной сигнал вертикального градиента WZZ и g в этой схеме невозможно и компенсации влияния g на выходной сигнал градиентометра осуществляется за счет "жестких" допусков на конструктивные параметры измерителя и весьма точной его настройкой (юстировкой). Например, для измерения WZZ с точностью до 1 Э требуется![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059014/916.gif)
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059272/2059272t.gif)
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059014/916.gif)
F11 m1go; (1)
F21 m2(go + WZZH) n1F11, (2) где F11 сила датчика силы основной электрической пружины первого груза;
m1 масса первого груза;
gо ускорение силы тяжести в центре масс первого груза;
F21 сила датчика силы дополнительной электрической пружины второго груза;
m2 масса второго груза;
WZZ вертикальный градиент;
Н расстояние между центрами масс первого и второго груза;
n1 коэффициент пропорциональности между силой датчика силы основной электрической пружины первого груза и силой дополнительного датчика силы второго груза;
n1F11 сила дополнительного датчика силы второго груза. Из (1) и (2) получим
F21 m2(go + WZZH) n1m1go. (3)
Значение силы F21 (по току, протекающему в обмотке 16) поступает в запоминающее устройство счетно-решающего блока 25. Второй такт. Контакты 17, 18, 19 разомкнуты, контакты 20, 21, 22 замкнуты. Работают основная электрическая пружина второго груза, дополнительный датчик силы и дополнительная электрическая пружина первого груза. Имеем
F22 m2(go + WZZH); (4)
F12 m1go n2F22, (5) где F22 сила датчика силы основной электрической пружины второго груза;
F12 сила дополнительной электрической пружины первого груза;
n2 коэффициент пропорциональности между силой датчика силы основной электрической пружины второго груза и силой дополнительного датчика силы первого груза;
n2F22 сила дополнительного датчика силы первого груза. Из (4) и (5) получим
F12 (m1 n2m2)go n2m2WZZH. (6)
Значение силы F12 (по току, протекающему в обмотке 15) поступает в запоминающее устройство счетно-решающего блока 25. Приведем (3) и (6) к виду:
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059272/2059272-2t.gif)
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059272/2059272-3t.gif)
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059272/2059272-4t.gif)
A12 m2H; (9)
A21 m1 n2m2; (10)
A22 n2m2H. (11) Если (случайно, но мало вероятно)
A11 0; (12)
A21 0; (13)
A11 A21 0, (14) то Wzz=
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059272/2059272-5t.gif)
Wzz=
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059272/2059272-6t.gif)
Если (12), (13) и (14) не выполняется (реальный случай), то WZZвычисляется счетно-решающим блоком по (7). При этом видим, что в отличие от прототипа WZZ и go разделяются, поэтому выполнение условия, как в прототипе, A11go << AnWZZ не требуется, A11go и A12WZZ могут иметь один и тот же порядок, откуда нетрудно усмотреть, что требования к допустимой относительной погрешности конструктивных параметров измерителя будет иметь порядок требуемой относительной погрешности измерения WZZ. Например, при
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059027/951.gif)
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059272/2059272-7t.gif)
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059272/2059272-8t.gif)
![измеритель вертикального градиента силы тяжести, патент № 2059272](/images/patents/413/2059272/2059272-9t.gif)
Класс G01V7/14 путем измерения времени свободного падения