Струнный гравиметр
Иллюстрации
Реферат
. ) l
ОП ИСАН И Е ()4l2555
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
Союз Советских
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИЯЕТЕЛЬСТВУ (б1) Зависимое от авт. свидетельства— (22) Заявлено 31.03.72 (21) 1765923/40-23 с присоединением заявки №вЂ” (32) Прпоритет—
Опубликовано 25.01.74. Бюллетень № 3
Дата опубликования описания 26.09.74 (51) М. Кл. G Olp 15/10
Государственный комитет
Совета Министров СССР па делам изобретений и открытий (53) УДК 531.768 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявитель
М. В. Баркан, А. А, Геркус и В. Г. Смирнов (54) СТРУН НЫ Й ГРАВИ МЕТР
Изобретение относится к навигационным устройствам и может найти применение в аппаратуре, измеряющей ускорение силы тяжести на подвижном основании.
Известен струнный акселерометр, представляющий из себя инерционный элемент, растянутый между двумя одинаковыми струнами, каждая из которых своим свободным концом закреплена в корпусе прибора. Струны расположены на одной прямой, являющейся осью чувствительно(го прибора. Для предохранения струн от поперечното прогиба инерционный элемент крепят к мембране, имеющей малую жесткость в направлении оси чувствительности.
Измеряемое ускорение определяется по изменению частот собственных колебаний струн. В приборе предусмотрен специальный возбудитель, поддерживающий колебания строго определенной частоты, и датчики, определяющие изменение частот струн при наличии ускорения.
Известный прибор обладает только одной измерительной осью и не защищен от действия ускорения, перпендикулярных оси чувствительности. Упругость мембраны со временем меняется, что приводит к нестабильности измерений. Кроме того, некомпенсационный метод съема информации сокращает динамический диапазон измерения.
Цель изобретения — компенсация и регистрация горизонтальных ускорений, действующих на прибор, и измерение ускорения силы тяжести.
Это достигается размещением в горизонтальной плоскости вокруг инерционного ферромагнитного элемента четырех электромагнитов двухосного мап(итного подвеса, имеющих в стержнях магнитопроводов цептраль10 ные сквозные отверстия, в каждом из которых расположена одна из четырех струн, на которых растянут ферромапштный элемент.
В вертикальном направлении феррома(гнитный элемент удерживается двумя электромагнитами магнитного подвеса.
На чертеже показан предлагаемый гравиметр.
Гравиметр содержит сферический ферритовый элемент 1, растянутый на четырех взаимно перпендикулярных струнах 2, датчики
8 их поперечных колебаний и трп пары взаимно перпендикулярных электромагнитов подвеса 4, 5, расположенных соответственно по осям Х, Y, Z. Электромагниты горизонтального магнитного подвеса имеют в стержнях магнитопровода центральные сквозные отверстия, в которых проходят струны. Струны имеют ленточный профиль и крепятся к
ЗО корпусу прибора через пьезоэлементы вибра412555
45 торов б, возбуждающих поперечные колебания струн.
Работа устройства заключается в следующем.
Сигналы поперечных колебаний струн 2 снимаются датчиком 8, усиливаются и после удвоения по частоте поступают на пьезоэлемент вибратора б, возбуждая в струнах поперечные колебания. Колебания струны в поперечном направлении с частотой fp вызываются периодически изменяющимися с частотой .2fp продольным натягом. Цепь положительной обратной связи обеспечивает устойчивые поперечные колебания струн на их собственных частотах. .При действии вертикального ускорения происходят одинаковые изменения натяга во всех четырех струнах. Это приводит к равному по величине изменению частоты их собственных колебаний. Обработка полезной информации осуществляется электронной схемой, которая определяет одинаковые по знаку и величине изменения частот всех четырех струн. Эта же информация служит входным сигналом для управления вертикальным магнитным подвесом 4.
В цепи отрицательной обратной связи устройств управления вертикальным магнитным подвесом находятся фильтрующие и корректирующие цепи, пропускающие только сигналы на частотах помех (короткопериодные сигналы), например, частоты вибраций, качек судов и т. п. Вертикальный подвес компенсирует изменение одновременното натяга струн, вызванного только сигналами помех.
Жесткость подвеса для сигналов помех максимальна.
Для полезных длиннопериодных сигналов, которые не проходят через фильтрующие цепи, жесткость вертикального магнитного подвеса йрактически равна нулю.
Во время действия горизонтального ускорения его составляющие по осям Х и У вызы.I вают усиление натяга в одних струнах и ослабление натяга в струнах им противоположных, что вызывает увеличение собственной .! частоты поперечных кблебаний одних струн и соответствующее уменьшение — у других.
Выделяемая раз ностная частота колеба5
10 !
30 ний двух противоположных струн является входным сигналом для управления торизонтальным ма гнитным подвесом 5, оси которого совпадают с этими струнами. Электромагниты создают усйлия, компенсйрующие разности натяга струн по каждой оси и, следовательно, действие горизонтальных ускорений..
Для регистрации горизонталЬных ускорений используется электронная схема, выделяющая сигналы разностной частоты в каждом горизонтальном магнитном подвесе.
По двум сигналам разностной частоты, пропорциональным ортогональнйм составЛяющим горизонтального направления вычисляется амплитуда и направЛение вектора горизонтального ускорения.
Благодаря вводу в трехосные магнитные подвесы и в устройства измерения фильтрующих и корректирующих цепей, компенсирующих влияние вредных сигналов, гравиметр может быть использован для измерения ускорения силы тяжести на подвижном основании, где вредными сигналами могут быть периодические горизонтальные и вертикальные ускорения, вызванные качкой, вибрацией судна и т. п. Предлагаемое устройство позволяет измерять ускорения по трем осям, а также .увеличивает динамический диапазон измерения, благодаря использованию магнитных подвесов.
Предмет изобретения Струнный гравйметр, содержащий ферро магнитный элемент растянутый на четйрех горизонтальных струнах, датчики частоты их поперечных колебаний и два электромагнита вертикального подвеса ферромагйитного элемента, отличающийся тем, что, с целью компенсации влияния горизонтальных составляющих ускорений на показания гравиметра и их регис грации, в .нем в горизонтальной плоскости вокруг ферромагнитного элемента расположены четыре электромагнита двухосного магнитного подвеса, имейщие в стержнях
1 магнитопроводов центральйые сквозные от.верстия, в каждом из которйх расйоложена одна из четырех струн.
412555
Составитель Б. Делекторский
Техред 3. Тараиеико Корректор В. Гутман
Редактор О. Степина
Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»
Заказ 1202/182 Изд. № 388
ЦНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений
Москва, Ж-35, Раушская
Тираж 678 Подписное
Совета Министров СССР и открытий наб., д. 4/5