Устройство для измерения ускорения свободного падения

Устройство для измерения ускорения свободного падения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОЛ ИСАИИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А67ОРСКОМУ СВКДИЯЛЬСТВУ

Союз Советсиик

Социалистичесних

Республик (11) 468156 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (5Ц М. Кл. (,91р15/08 (22) Заявлено12.10.72 (21) 1837 542/18-10 с присоединением заявки М—

g 3) ПриоритетОпублиновано25.04.75 Бюллетень № 15

Дата опубликования описания

Гасударственный комитет

Совете Министров СССР аа делам изобретений и открытий (53) УДК 531.7 81 (088.8) Э . . j

1 (72) Авторы Г. П, Арнаутов, Л. Д. Гик, E. Н. Калиш, В, П. Коронкевич, изобретения И. С. Малышев, Ю. Е. Нестерихин, Ю. Ф. Стусь и Г, Г. Тарасов (71) Заявитель Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения АН СССР (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО

ПАДЕНИЯ

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено при точных измерениях ускорения силы тяжести, например в метрологии.

Известные устройства для измерения ускорения свободного падения, содержашие оптический отражатель, интерферометр, генератор эталонного времени, счетчик интер валов пути и времени и цифровую вычислительную машину (11BM), обладают недоста- IO точно высокой точностью, так как в них не учитывается сопротивление воздуха свободному падению.

Предлагаемое устройство снабжено дос полнительными параллельными счетчиками 15 интервалов пути и времени и программным устройством ввода, включенным между счетчиками интервалов и перфоратором ПВМ.

Указанные отличия увеличивают точность измерения ускорения, так как позволяют 20 учесть сопротивление воздуха.

На чертеже представлена схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит: вакуумную трубу 1, .свободно падающий отражатель (тетраэд2 ральную призму) 2 с зеркальным покрытием на передней грани; лазер 3; систему полупрозрачных зеркал 4; блок 5 формирова ния электрических импульсов пути; генератор 6 эталонной частоты; блок 7 формирования электрических импульсов времени; блок 8 счета интервалов пути и времени; релейное программное времязадаюшее устройство 9 ЦВМ; перфоратор 10, источник

11 света; зеркальное покрытие" 12 на передней грани отражателя 2; полупрозрачное зеркало 13; маску 14 в виде диска с изменяющейся по радиусу оптической плотностью; фокусируюший объектив 15; фотопрткемник 16; аналого-цифровой преобразс ватель 17; сейсмограф 18; аналого-цифровой преобразователь (AUI I) 19, Устройство работает следуюшим образом.

С помошью подъемного и удерживаюшецо устройств (на чертеже не показаны) отражатель поднимается и удерживается в верхнем конце трубы 1, По сигналу блока управления (на чертеже не показан) отражатель

2 отпускается и начинается его свободное падение, Сколлимированный луч лазера 3 делится зеркалом 4 на опорный и измери-; тельный, который после отражения призмой, 2 интерферирует с опорным на лучеделительной поверхности второго зеркала 4, Другой измерительный луч от источника 1Х света йоворачивается полупрозрачным зер- калом 13 на зеркальное покрытие 12 и после отражения от зеркала 12 проходит через маску 14 и фокусируется линзой 15 на фотоприемник 16. Сигнал интерферомет ра преобразуется блоком 5 в электрические импульсы, которые считаются блоком 8 за временные интервалы, i сформированные в блоке 7 из сигнала генератора 6. После ! окончания счета очередного интервала пути счетный блок вырабатывает импульс запуска считывания кодов со счетных декад, который совместно с релейным программным времязадающим устройством 9 запускает перфорацию ленты перфоратором 10 и последовательное считывание кодов с декад счетчика.

Второй измерительный луч, отраженный от зеркала 12, попадает на маску 14, про- пускание которого обратно пропорционально расстоянию от центра. Qo отпускания отра- I жателя отраженный зеркалом 12 луч про- 3) ходит через центр маски 14, и сигнал на фотоприемнике максимален. Если во время t падения отражатель 2 вращается относительно горизонтальной оси, то отраженный от зеркала 12 луч смещается от центра 35 маски 14 и его яркость на фотоприемнике

16 изменяется пропорционально углу поворота.

Изменение тока фотоприемника 16. за

:заданное время преобразуется аналогоцифровым преобразователем 17 в цифровую форму и регистрируется на перфоленте перфоратором 10. Изменение выходного сиг нала сейсмографа 18 эа задаваемые промежутки времени выраженное с помощью

AIIIl 19 в цифровой форме, также регистрируется на перфоленте и выражается в

ЭЦВМ в единицах длины. После улавливания отражатели 2 в нижней части трубы 1 5О цикл измерений повторяется, Ускорение силы тяжести вычисляется на ЭЦВМ следующим образом. ,. 55

Сначала решается система уравнений

J связывающих пройденный путь Q1. за время

Tj с ускорением силы тяжести 9 с

О учетом влияния силы сопротивления остаточного воэдула: e y у. + Д, О „(,! У 1p(ya, 9Tд. RSÓ1é )T (4 1,2,3,4) (1)

Здесь Vp - начальная скорость в момент начала счета интервалов пути и времени; ф и P - коэффициенты силы трения при первой и второй степени скорости.

Неизвестных в записанной системе уравнений.четыре (Vp) Чp }

l 1 через значения V0 и $p, определяемые из укороченной системы (1) допустимо для уточнения !3р, так как ввиду малости силы сопротивления величины двух слагаемых малы и при их определении требуется точность вычисления меньшая, чем для остальных двух слагаемых.

Таким образом, алгоритм вычисления силы тяжести можно расписать следующим образом. Сначала производится измерение четырех интервалов пути 3, пройденных падающим отражателем эа время Т(° Отрезки пути g< находятся как сумма результата счета числа интерференционных полос Я

L и показания сейсмографа 45 ц йД (.

2 (2) (Я - длина лазерного излучения).

Затем из укороченной системы уравнеI ний (1) определяются значения Ч и п Найденные значения Ч и е . подй 40 ставляются в два последних слагаемых системы уравнений (1), и данная система уравнений решается для определения величиgÎ

468156

6.5 при вычислении ускорения силы тяжести не

Окончательное значение ускорения силы абходимо решать систему. четырех алгебраиается после aaeceaai поправ, ческих уравнений с двумя дополнительными, 1полученными из первых двух при пренебреробе жного скорения л а. ф. ы()

2 . J (31 б,женин влиянием силы сопротивления.

4 0 )

Предмет изобрете ния оптическим центром и центром масс отража-. теля, определяемое экспериментально; устройство для измерения ускорения т — угловая скорость врашения отр - . 10 свободного падения, содержашее оптический ка™, которая находится в пропессе изме р а ль, ннтерферометр, генератор эгарения угла поворота тц за зад ре лонного времени, счетчик интерваююв пути

1 т и (4) и времени и лифрсвую вычислительную мафи шину, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с

При проведении измерений в трубе имев 15 целью увеличения точности измерения, оно

41 шей остаточноедавлениене более 2 10 тор, снабжено дополнительными параллельными

S необходимо учнтыватьквадратичныйчлецза- счетчиками интервалов пути и времени и висимости силы сопротивления отскорос ри, Для программным устройством ввода, включен- . этого счетный блокдолжен содержать четыре ным между счетчиками интервалов и перI канала счета интервалов пути и времени а .Ю форатором вычислительной машины,