Способ определения ускорения силы тяжести на подвижном основании

Способ определения ускорения силы тяжести на подвижном основании

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(72) Авторы изобретения

В. А. Кузиванов, С. В. Кузиввнов, И. И. На и Ю. Н. Смирнов

Ордена Ленина институт физики Земли им. О. (7l ) Зая витель (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УСКОРЕНИЯ СИЛЫ. ТЯЖЕСТИ

НА ПОДВИЖНОМ ОСНОВАНИИ

Изобретение относится к гравиметрин.

Известен способ измерения ускорения силы тяжести на подвижном основании с использованием горизонтальных сильнодемпфироввнных маятников j 1 1. . При этом показания маятника. непрерывно регистрируются в.процессе измерения. Но твк как амплитуда инерцивльных ускорений в десятки тысяч раз превышает приращения ускорения силы тяжести, то, чтобы исключить их влияние >0 на показание маятника, приходится осреднять 10-15 минутные интервалы записи показаний прибора. Одновременно допускается, что на интервале осреднения значение ускорения силы тяжести не изменяется. Следовательно, применение указанного способа позволяет находить лишь дискретные значения ускорения силы тяжести, которые получаются осреднением измерений .на участках знвчитепь ной протяженности. Такая детальность. является недостаточной для аномальных зон, и также для акваторий с аномальны2 ми зонами, имеющими малую протяженность.Известен способ измерения ускорения силы тяжести грввиметром, установленным нв гиростабилизированной платформе. Способ предусматривает непрерывное удержание маятника гравиметра B нулевом положении путем подачи на него компенсирукхцего момента обратной связи (2) .

Способ позволяет автоматизировать. пропесс измерения, но при этом усложняет конструкцию прибора и ие по:-воляет полностью избавиться от некоторых -. поправок. Кроме того, показания прибора также осредняются на болыпом интерsaae.

Наиболее близким к предлагаемому является способ определения ускорения силы тяжести на подвижном основании 1 включаквпий измерение периода инерциальных ускорений и положение вертикального крутильного маятника и дискретные моменты времени, позволякквее по резульОй&3 4

Йелинейное дифференциальное уравнение (1), содержащее неизвестные функции )((1) 07(t), В Общем Виде не интегрируется. Однако прибор, поведение которого описывается уравнением (1), можно рассматривать как интегрируюшее устройство, дающее на выходе V(t) c учетом воздействия функций Х(+) и, (1) .

В предлагаемом способе регистриру16 ют дискретные значения 9(4) как. показания на,выходе чувствительной систе мы гравиметра. При этом регистрируемая совокупность значений V(4 + ° ), ф+1 где 1 = 0,1,2,........w, включает в се15 бя как предшествуюшие„так и последуюшие, относительно 4 g зн аче ния Ч (Ь ) . С другой стороны, значения произВодных 4 (

Таким образом, если записать урйвне-,ние (1) для момента времени 1, c)(t<)+RA%(t )+n (Y(t )+y )+ cong(t )+

"() (.) чп (}+ < совч()=О„)ф) то по изложенным выше причинам его

3 100 татам измерений вычислять величину ускорения силы тяжести.

Значение ускорения силы тяжести определяют в моменты совпадения показаний двух маятников, имеюших одинаковую статическую и разную динамическую чувствительность Г3 ) .

Недостатками способа являются осреднение результатов измерения на интервале времени порядка 3-5 мин, а на точность измерения оказывают влияние как переходные процессы, так и нелинейные явления.

Известные способы предусматривают применение сильнодемфированных чувствительных систем, приводяших к значительным фазовым и амплитудным искажениям полезного сигнала. Кроме того, )1и в одном из известных способов шаг дискретизации по времени не устанавливается в зависимости от частоты инерциального ускорения.

Е(ель изобретения †увеличен быстро, действия.

Поставленная цель достигается тем, что в способе определения ускорения силы тяжести на подвижном основании, включающем измерение периода инерциальных ускорений и положение вертикального крутильного маятника в дискретные моменты времени, позволяющее по результатам измерений вычислять величину ускорения силы тяжести, интервал между дискретными моментами времени измерения Выбирают в пределах 0,01 =

= 0,1 периода инерциального ускорения.

Сушность способа заключается в следующем.

Для определенности рассмотрим уравнение колебаний маятника чувствительной системы гравиметра, устайовленого на гиростабилизированной платформе, таким образом, что остаточные углы наклона его основания близки к нулю.

9 (t1+ 2 A V (O+ n (Щ)+ ) — со5 Ч(Ц+

Х (Ч . z(t)

+ я ч(ц. со.ч(ц= о () е е где — коэффициент демпфирования, — длина маятника;

° о и Yo — собстеннач частота ипостояннйй угол закручивания нити маятника, . ХЮ ий (Ü)- — горизонтальная и вертикальная проекции инерциально го ускорения;

tn A и 11- -величины заданные; а

У(Ц - — угол отклонения маятника. можно рассматривать как алгебраическое уравнение относительно лишь следуюшего набора неизвестных величин „)((1„,), z(t„)

И Будем теперь считать, что на достаточно малом. интервале времени от 1 -2 д - . до,) +2сИ компоненты инерциаль .ного ускорения Х (4) и Z (4) допускают следуюшую форму записи: хЬ)=х, f„(+) (t)i. К (Ц, 4 О О где )(и 2 — неизвестные но постоянные амплитуды, причем Р1()=cosiut и (ф ) =Я1)1 Ц) ИЛИ Q ($) =F ($) =5131 UJt o

С ормулированные условия при соответствующем выборе dÈ означают, что на достаточно малом интервале времени порядка 4Р(предполагается постоянство

Я! амплитуды и частоты инерциального ускорения. .Дополняя уравнение (2) эквивалентными ему уравнениями на моменты времени

1,) +д"1 и 4g+2d"ф,a также используя соотношения (3), можно получить систему линейно независимых уравнений, которая

- дает. возможность исключить неизвестQF 4

g=f(9(т .),<рт,оо) = (к) 35 где функции 6 и 6» — комбинации значений частотно-фазовых характеристик 40 инерциального ускорения и показаний маятника, снимаемых относительно момента времени Ф и дискретно отстоящих

I % от него других моментов времени С ЩФ(;))

Юля частного случая, когда „() == = (<)=Sioux<, функция (;, jF (1„) „ и (. g) нмеют вид: 5 ;-,00Ì ные величины 90 и 2 . С другой сторо- ны, эта система уравнений позволяет выразить искомое значение q как функцию лишь совокупности регистрируемых значений Р(4 ),((ф ®4}1% ),+ 2+ ) 5 и мгновенной"частоты ty инерциального ускорения, соответствующей интервалу времени Е(-2д Ф, .(,+2(И и измеряемой, например с использованием акселерометров.

Более ".того, система уравнений позволяет,.также найти взаимосвязь между

Ы и М(1„),Ч(11 И);Ч(„ЫУ1), о дает возможность определять мгновенную" частоту независимо от акселеро- 35 метрических измерений. Таким образом, суть изложенного способа определения ускорения силы тяжести HB подвижном

ocHoBsHHH состоит в использовании. "мгновенной" частоты инерциального ускоре= 20 ния, которая определяется либо посредством независимого инструментального измерения, либо с применением изложенного здесь метода. Аналогичным образом, решая систему уравнений типа (2) 25 для случая, когда Х(1)и (Ф.) по (3) включают не только частотные, но и фазовые характеристики инерциальногоускорения, можно получить выражения для ускорения силы тяжести, полностью 50 учитывающее частотно-фазовые характе. ристики инерциального ускорения.

Окончательное соотношение для определения с можно записать в виде:

83 6

Q+(t ) = si n w (t„+ d и) а (п ш (ок- с а)» х(йзV(t„-dt)-йе <й(й„+ай))тй1птпй ка1иш(+еай)(й (а +зй)-tgV(t ))+

i sinuut„sin(t„- то} оа(й (й )-gЧ (а„-аай)), причем

F(tl — — и (4(М+2И(й1+и (й(Ч+Ч )»:

На чертеже показана блок-схема устройства для реализации способа.

Устройство состоит из гравиметра 1, акселерометра 2, анализатора 3, датчика 4 угловых отклонений маятника, формирователя 5, вычислителя 6, регистратора 7.

Реализация способа осуществляется следующим образом .

Акселерометр 2 измеряет период Т инерциальных ускорений, затем анализатор 3 устанавливает оптимальный режим измерения положения маятника гравиметра 1, определяемый условием 0,01 4d Ф.

4 0,1 Т. С датчика 4 данные о положении маятника передаются в формирователь 5, где составляются суммы и разно-. сти величин ty+(), -сГ 1 и т.д. В вычисли- теле 6 по полученным данным определяется значение с .

Использование предлагаемого способа позволит определять усредненные значения ускорения силы тяжести на интервале времени, равном 3-5 периодам инерциального ускорения. Основная частота инерциалькых ускорений на морерйб с в океане около 10 с. Слеповательно, каждое усредненное значение будет определяться в среднем через 20-50 с. В прототипе на эту операцию требуется 35 мин. т. е. процесс измерения ускорится в 5-10 раз. Это приводит не только к увеличению детальности и производительности работ, но и к уменьшению амплитудно-фазовых искажений полезного сигнала. гФормула изобретения I(i (t<) t„) s с п(й +ее)%пи (и -d t)n(t )x к(P(t dt s tfY(й -dtii+slnlUt * Способ определения испарения силы тяжести на подвижном основании, вклюxSinu>(t +йй)р.ft -Уй1ГЬ(Щ I-йт(Ж+д())т чаиипий измерение периода инерпиапа ных ускорений и положение вертикально+sinu>t sinu(t -dt)n(tx+<"t)" го крттнльного маятника и дискретные

x(tg 9(t -тйй)-йс Ч(й )) моменты времени, позволяющее по ре к

1 зультатам измерений вычислять величи1060ййй

7 ну ускорения силы тяжести, о т л ич а ю ш и и с я тем, что, с целью увеличения быстродействия, интервал между дискретными моментами времени измерения: выбирают в пределах 0,010,1 периода инерциального ускорения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Веселов К. Е, Сагитов М. У.

Гравиметрическая разведка. М.,"Недра,,1968., с. 255-286.

2. Авторское свидетельство СССР N 167044, кл. 4 01 V 7/02, 1965.

3. Авторское свидетельство СССР

% 219808, кл. 4 01 V 7/02, 1968 (прототип) .

Составитель Ю. Евдокимов

Редактор О. Сопко Техред М;Коштура Ко ректор А. Дзятко

Заказ 1381/50 Тираж 708 П одписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретенив и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4