SU1125580A1

SU1125580A1 - Gravity meter

Info

Publication number: SU1125580A1
Application number: SU833530676A
Authority: SU
Inventors: Юрий Алексеевич Абрамов; Владимир Васильевич Терешков
Original assignee: Харьковское Высшее Военное Командно-Инженерное Училище Им.Маршала Советского Союза Крылова Н.И.
Priority date: 1983-01-03
Filing date: 1983-01-03
Publication date: 1984-11-23

Abstract

1. ГРАВИМЕТР, содержащий сосуд с цилиндрической герметичной полостью , куда помещено ферромагнитное твердое тело, источник электромагнитного пол и датчик положени , отличающийс тем, что, с . ) целью уменьшени динамической погрешности , он содержит датчик электро (l- aV p.) U-alHt VA А магнитного пол , соединенный с выходным усилителем, привод, кинематически св занный с сосудом, цилиндрическа герметична полость сосуда имеет форму тора и заполнена жидкостью на величину заданного объема, один из торцов сосуда выполнен прозрачным , ферромагнитное тело выполнено в виде цилиндра с продольным отверстием , охватывающим внутреннюю стенку тора, и имеет зеркальные торцы, выход датчика положени соединен чеpe s усилитель с обмоткой источника электромагнитного пол , выполненной в виде солелоида и охватывающей со- суд, при этом плотность жидкости вьше усредненной плотности ферромагнитного твердого тела, а объем жидкости . задан -соотношением С ((-1 2аг макс гмакс1. A GRAVIMETER containing a vessel with a cylindrical sealed cavity where a ferromagnetic solid is placed, an electromagnetic field source and a position sensor, characterized in that, c. ) in order to reduce the dynamic error, it contains an electro sensor (l-aV p.) U-alHt VA A magnetic field connected to an output amplifier, a drive kinematically connected to a vessel, a cylindrical sealed vessel cavity shaped a predetermined volume, one of the ends of the vessel is made transparent, the ferromagnetic body is made in the form of a cylinder with a longitudinal hole covering the inner wall of the torus, and has mirror ends, the output of the position sensor is connected to the amplifier s winding source nick electromagnetic field formed in the form soleloida and female co-court, the density of the fluid density averaged vshe ferromagnetic solid body and the volume of liquid. given by the relation C ((-1 2ag max gmax

Description

где и и Я - соответственно радиусwhere and I - respectively, the radius

и высота цилиндрической герметичной полости сосуда;and the height of the cylindrical sealed cavity of the vessel;

ие соответственно радиус и высота ферромагнитного твердого тела; 8 радиальный за.зор между ферромагнитным твердым телом и полостью сосуда; respectively, the radius and height of the ferromagnetic solid; 8 radial gap between the ferromagnetic solid and the cavity of the vessel;

U углова скорость вращени сосуда;U angular velocity of rotation of the vessel;

коэффициент кинематической в зкости жидкости;kinematic viscosity coefficient of a fluid;

РТ Р соответственно плотность, усредненна по объему ферромагнитного твердого тела, и плотность жидкости;PT P, respectively, the density, averaged over the volume of the ferromagnetic solid, and the density of the liquid;

WW

- максимальное -значение- maximum value

г АлаксMr. Alaks

горизонтального ускорени .horizontal acceleration.

2. Гравиметр по п.1,отличающийс тем, что датчик положени содержит источник когерентного излучени , полупрозрачное зеркало , три зеркала, собиракмцую призму , объектив и фотоприемник, оптически св занные между собой и с зеркальным торцом ферромагнитного тела, при зтом зеркала установлены в вершинах пр моугольника, а фотоприемник установлен напротив ребра собирающей призмы таким образом, что пр мой луч проходит полупрозрачное зеркало, отражаетсй от первого зеркала, второго зеркала и собирающей призмы и через2. A gravimeter according to claim 1, characterized in that the position sensor comprises a coherent radiation source, a translucent mirror, three mirrors, a collecting prism, an objective lens and a photoreceiver, optically interconnected to each other and with the mirror end face of the ferromagnetic body, while this mirror is mounted at the vertices and the photodetector is installed opposite the edge of the collecting prism in such a way that the direct beam passes through the translucent mirror, reflected from the first mirror, second mirror and the collecting prism, and through

55805580

объектив-попадает на вход фотоприемника , а отраженный от полупрозрачного зеркала и зеркального торца ферромагнитного тела луч попадает на вход фотоприемника через объектив, проход через полупрозрачное зеркало и отража сь от третьего зеркала и собирающей приз мы .the lens enters the photoreceiver input, and the beam reflected from the semitransparent mirror and the mirror end of the ferromagnetic body enters the photoreceiver input through the lens, passing through the translucent mirror and reflecting from the third mirror and collecting the prize.

Изобретение относитс к геофизике , конкретнее к гравиметрии, и может быть использовано дл определени ускорени силы т жести на подвижном основании при проведении гравиразведочных работ. Известны гравиметры, содержащие сосуд, заполненный жидкостью с зеркальной свободной поверхностью, двигатель , эталонное зеркало с параболической зеркальной поверхностью, установленное над сосудом и обращенное зеркальной поверхностью в его сторону, источник когерентного излучени , полупрозрачное зеркало, установленное под углом 45по отношению к оси симметрии сосуда и эталонного зеркала, отражающа поверхность кото рого направлена в второну эталонного зеркала, а . также регистратор излучени ij . Недостатком таких гравиметров вл етс низка точность измерени в услови х подвижного основани . , . Наиболее близким к изобретению по технической сущности вл етс гравиметр , содержащий сосуд с цилиндричес кой герметичной полостью, 4суда поме- щено ферромагнитное твердое тело, источник эхеектромагнитного пол и датчик положени 2 , Недостатком известного гравиметра вл етс высокое значение динамиSf МThe invention relates to geophysics, more specifically to gravimetry, and can be used to determine the acceleration of gravity on a moving base during gravity survey. Gravimeters are known that contain a vessel filled with a liquid with a mirror free surface, an engine, a reference mirror with a parabolic mirror surface mounted above the vessel and facing the mirror surface in its direction, a source of coherent radiation, a translucent mirror set at an angle of 45 relative to the axis of symmetry of the vessel and the reference mirror, the reflecting surface of which is directed to the vons of the reference mirror, a. also a radiation recorder ij. The disadvantage of such gravimeters is the low measurement accuracy under the conditions of the moving base. , The closest to the invention to the technical nature is a gravimeter containing a vessel with a cylindrical sealed cavity, 4 trial is placed a ferromagnetic solid, source of an echemagnetic field and a position sensor 2. The disadvantage of the known gravimeter is a high dynamic value.

аГр;)AGR;)

U-0()HU-0 () H

S/, РS /, P

5(five(

е)e)

а и a and

-W-W

1аГ макс1aG max

гмакс ческой погрешности-измерени , обусловленной малым значением коэффициента демпфировани электромагнитного подвеса твердого тела, а также конеч ным временем измерени ускорени силы т жести. Цель изобретени - уменьшение динамической погрешности. Указанна цель достигаетс тем, что гравиметр, содержащий сосуд с цилиндрической герметичной полостью, куда помещено ферромагнитное твердое тело, источник электромагнитного пол и датчик положени , содержит датчик электромагнитного пол , соединенный с выходным усилителем,,привод , кинематически св занный с сосудом , цилиндрическа герметична полость сосуда имеет форму тора, и заполнена жидкостью на величину заданного объема, один из торцов сосуда выполнен прозрачным, ферромагнитное тело выполнено в виде цидиндра с прюдольным отверстием, охватыванмцим внутреннюю стенку тора, и имеет зеркальные торцы, выход датчика положени соединен через усилитель с обмоткой источника электромагнитного пол , выполненной в виде соленоида и охватываедей сосуд, при этом плотность жидкости выше усредненной плотности ферромагнитного твердого тела , а объем жидкости задан соотношением где R и Н - соответственно радиус и Ьысота цилиндрической герметичной полости сосуда; . а и J - соответственно радиус и высота ферромагнитного твердого тепа; радиальный зазор между ферромагнитным твердым телом и полостью сосуда; углова скорость вращени сосуда; коэффициент кинематической в зкости жидкости; Рт Pk соответственно плотность усредненна по объему ферромагнитного твердого тела, и плотность жидкос ти; W cm am;- максимальное значение го ризонтального ускорени . Кроме того, датчик положени содержит источник когерентного излучени , полупрозрачное зеркало, три зеркала, собиракщуюг призму, объектив и фотоприемник, оптически св .занные между собой и с зеркальным торцом ферромагнитного тела, при это зеркала установлены в вершинах пр моугольника , а фотоприемник установлен напротив ребра собира кщей призмы таким образом, что пр мой луч проходит полупрозрачное зеркало, отража-етс от первого зеркала, второго зер капа и собирающей призмы через объек тив попадает на вход фотоприемника, а отраженный от полупрозрачного зеркала и зеркального торца ферромагнит ного тела луч попадает на вход фото приемника через объектив, проход через полупрозрачное зеркало и отража сь от третьего зеркала и собира щей призмы. На че.ртеже изображена схема гравиметра . Гравиметр содержит сосуд 1с цилиндрической герметичной полостью, заполненной жидкостью 2, установлен- Hijtfi в опорах 3. Сосуд 1 содержит ферромагнитное твердое тело 4, выпол ненное в виде.цилидра с продольным отверстием, торцы ферромагнитного твердого тела 4 выполнены зеркальными . Сосуд 1 соединен- кинематически с приводом 5, сообщакмцим сосуду 1 посто нную скорость вращени в опо1 04 pax 3. Сосуд I имеет прозрачный торец 6. Источник 7 когерентного излучени оптически св зан с полупрозрачным зеркалом 8, зеркалами 9-11, собиракицей призмой 12, объективом 13 и фотоприемником 14. Последний через усилитель 15 соединен с обмоткой источника 16 электромагнитного пол . Датчик 17 электромагнитного пол , например датчик Холла, установлен внутри сосуда I и соединен с выходным усилителем 18. Гравиметр работает следующим образом . Сосуд 1 с жидкостью 2 и ферромагнитным твердым телом 4 приводитс в равномерное движение с угловой скоростью W с помощью привода 5. При заданном объеме жидкости 2 в полости сосуда 1 и определенных параметрах ферромагнитного твердого тела 4 последнее в установившемс режиме вращаетс с угловой скоростью как взвешенное. Объем жидкости V. JJJопредел етс из услови обеспечени минимума площади контакта ферромагнитного твердого тела 4 с жидкостью 2 при сохранении зтого контакта в услови х воздействи вненшего возмущени в радиальной плоскости при наличии максимального горизонтального ускорени W, Т макс РО а - е i(,- i rMOUC а р) u4wVH4 /8 где Гд - радиус свободной поверхности жидкости 2; а - радиус ферромагнитного твер- . дого тела 4; I - смещение ферромагнитного твердого тела под действием радиальной возмущающей силы, которое равно (3); о - радиальный зазор между ферромагнитным твердым телом 4 и полостью сосуда 1; - коэффициент кинематической в зкости жидкости 2; соответственно плотность. усредненна по объему ферромагнитного твердого тела 4, и плотность жидкости 2. Объем жидкости V равен v.,. i4r-rUH-e)+fflR -o)e; где R и Н - соответственно радиус и высота полости сосуда I; Z - высота ферромагнитного тела 4. Учитьюа (2) и (3) получают выражение (I) Наличие силы т жести вызывает сме щение ферромагнитного твердого тела вдоль оси вращени сосуда , которое определ етс следукицим образом. Оптический луч от источника 7 когерент ного И9лучей;1 постуйает на полуарозра .чиое зеркало 8, которое делит оптический луч на два. Один из лучей после отражени от зеркал 0 и И и одной иэ граней собирающей призмы 2 поступает через объектив 13 на фотоприе1«1ик 14. Второй луч после полупрозрачного зеркала 8 проходит прозрачиый торец 6, отраж аетс от зеркального торца ферромагнитного твердого тела 4, снова проходит через npo3pa4Bt«ti торец 6 сосуда I, а затем вновь полупрозрачное зеркало 8 и пос ле отражени от зеркала 9 и второй грани собираипей призмы 12 через объектив 13 попадает на фотоприемник i 4 . Наличие разности хода оптических лучей приводит к по влению интерференционной картины. Выходной сигнал фотоприемника 14 несет информацию о смещении ферромагнитного твердого тела 4, который после усилени подаетс на обмотку источника электромагнитного пол 16, котора при протекании через нее тока создает электромагнитную силу, преп тствующую дальнейшему перемещению ферромагнитного твердого тела 4, т.е. осуществл етс компенсаци силы т жести электромагнитной силой. Датчик 17 электромагнитного пол Совместно с выходным усилителем 18 вл етс выходным каналом сигнала, гравиметра. Выполнение обоих торцов ферромаг-. нитного твердого тела 4 эеркальнь1ми необходимо дл устранени неопределенности при его взвешизании в жидкости и последующего определени его положени вдоль оси вращени сосуда 5. Продольное отверстие в ферромагнитном твердом теле 4 необходимо дл выравнивани давлени в газовых полост х возле его торцов, Изобретение позвол ет уменьшить динамическую погрешность гравиметра по крайней мере в 2,5 раза, благодар использованию гидродинаьшческого подвеса ферромагнитного твердого тела, позвол ющему при равиьк посто нных времени увеличить коэффициент демпфировани динамической системы гравиметра.This is due to the small value of the damping coefficient of the electromagnetic suspension of a solid, as well as the finite measurement time for the acceleration of gravity. The purpose of the invention is to reduce the dynamic error. This goal is achieved by the fact that a gravimeter containing a vessel with a cylindrical sealed cavity, where a ferromagnetic solid is placed, a source of an electromagnetic field and a position sensor, contains an electromagnetic field sensor connected to an output amplifier, a drive kinematically connected to the vessel, a cylindrical sealed cavity the vessel is in the shape of a torus, and is filled with a liquid to the size of a given volume, one of the ends of the vessel is made transparent, the ferromagnetic body is made in the form of a cindrum with a pryudolum This device covers the inner wall of the torus and has mirror ends, the output of the position sensor is connected through an amplifier to the winding of a source of an electromagnetic field, made in the form of a solenoid and a vessel, the density of the liquid is higher than the average density of the ferromagnetic solid, and the volume of the liquid is given by: R and H, respectively, the radius and height of the cylindrical sealed cavity of the vessel; . a and J, respectively, the radius and height of the ferromagnetic solid tep; radial clearance between the ferromagnetic solid and the cavity of the vessel; angular velocity of rotation of the vessel; kinematic viscosity coefficient of a fluid; Pt Pk, respectively, the density averaged over the volume of the ferromagnetic solid, and the density of the liquid; W cm am; - the maximum value of the horizontal acceleration. In addition, the position sensor contains a source of coherent radiation, a translucent mirror, three mirrors, a collecting prism, a lens and a photodetector optically coupled to each other and with the mirror end of the ferromagnetic body, with these mirrors mounted at the vertices of the rectangle, and the photodetector is installed opposite the edge collecting prisms in such a way that the straight beam passes a semitransparent mirror, is reflected from the first mirror, the second mirror and the collecting prism through the lens enters the input of the photodetector, and the reflected The translucent mirror and the mirror end of the ferromagnetic body penetrate into the photo input of the receiver through the lens, the passage through the translucent mirror and reflected from the third mirror and the collecting prism. On gravity is a gravimeter diagram. The gravimeter contains a vessel 1c of a cylindrical sealed cavity filled with liquid 2, Hijtfi is installed in supports 3. Vessel 1 contains a ferromagnetic solid body 4, made in the form of a cylinder with a longitudinal hole, and the ends of the ferromagnetic solid body 4 are mirrored. The vessel 1 is connected kinematically with the drive 5, together with the vessel 1 a constant rotational speed in Opo1 04 pax 3. The vessel I has a transparent end 6. The source 7 of coherent radiation is optically coupled with a translucent mirror 8, mirrors 9-11, a prism 12, the lens 13 and the photodetector 14. The latter through the amplifier 15 is connected to the winding of the source 16 of the electromagnetic field. The sensor 17 of the electromagnetic field, such as a Hall sensor, is installed inside the vessel I and connected to the output amplifier 18. The gravimeter operates as follows. The vessel 1 with the liquid 2 and the ferromagnetic solid 4 is brought into uniform motion with an angular velocity W by means of an actuator 5. For a given volume of liquid 2 in the cavity of the vessel 1 and certain parameters of the ferromagnetic solid 4, the latter in a steady state rotates with angular velocity as a weighted one. The volume of the fluid V. JJJ is determined from the condition of ensuring the minimum contact area of the ferromagnetic solid 4 with the liquid 2 while maintaining this contact under the influence of an external disturbance in the radial plane in the presence of maximum horizontal acceleration W, T max PO a - e i (, - i rMOUC a p) u4wVH4 / 8 where Gd is the radius of the free surface of liquid 2; and - the radius of the ferromagnetic solid. dog body 4; I is the displacement of a ferromagnetic solid under the action of a radial perturbing force, which is (3); o is the radial gap between the ferromagnetic solid body 4 and the cavity of the vessel 1; - kinematic viscosity coefficient of fluid 2; accordingly, the density. averaged over the volume of the ferromagnetic solid 4, and the density of the liquid 2. The volume of the liquid V is equal to v.,. i4r-rUH-e) + fflR -o) e; where R and H are respectively the radius and height of the cavity of the vessel I; Z is the height of the ferromagnetic body 4. Teaching (2) and (3) obtain the expression (I) The presence of gravity causes a displacement of the ferromagnetic solid along the axis of rotation of the vessel, which is determined in this way. The optical beam from the source of 7 coherent E-rays; 1 posits a semi-mirror mirror 8, which divides the optical beam into two. One of the beams after reflection from mirrors 0 and I and one of the faces of the collecting prism 2 passes through the lens 13 to photo photo 1 "1 14. The second beam after the translucent mirror 8 passes the transparent end 6, is reflected from the mirror end of the ferromagnetic solid body 4, passes again through npo3pa4Bt t ti, the end 6 of the vessel I, and then again the translucent mirror 8 and after reflection from the mirror 9 and the second face, collects the prism 12 through the lens 13 and enters the photodetector i 4. The presence of a difference in the course of optical rays leads to the appearance of an interference pattern. The output signal of the photodetector 14 carries information about the displacement of the ferromagnetic solid 4, which, after amplification, is fed to the winding of the source of the electromagnetic field 16, which, when current flows through it, creates an electromagnetic force that prevents further movement of the ferromagnetic solid 4, i.e. compensation of gravity is carried out by electromagnetic force. Electromagnetic field sensor 17 In conjunction with output amplifier 18, is the output channel of a gravimeter signal. Perform both ends ferromag-. 4 solid liquid is necessary to eliminate uncertainty when weighing it in a liquid and then determine its position along the axis of rotation of the vessel 5. A longitudinal hole in the ferromagnetic solid 4 is necessary to equalize the pressure in the gas cavities near its ends. The invention reduces the dynamic error gravimeter at least 2.5 times, due to the use of hydrodynamic suspension of a ferromagnetic solid, which allows increasing it gravimeter dynamic damping coefficient of the system.

--5--five

Claims

1. GRAVIMETER, containing a vessel with a cylindrical sealed cavity, where a ferromagnetic solid is placed, an electromagnetic field source and a position sensor, characterized in that, p. ) in order to reduce the dynamic error, it contains an electro-

• 8[ Ρτ \. η aH P>) -----—---- w. " ^5t , 1449 ¹ ' ^GMAKS 2α- „..., ϊ” ’^ gmax ΐ 4449 ω + _δ 4 δ *

where R and H are respectively the radius and height of the cylindrical sealed cavity of the vessel;

a and ί are the radius and height of the ferromagnetic solid, respectively;

O is the radial clearance between the ferromagnetic solid and the cavity of the vessel;

U is the angular velocity of rotation of the vessel;

4 - coefficient of kinematic viscosity of the liquid; a magnetic field connected to the output amplifier, a drive kinematically connected to the vessel, the cylindrical sealed cavity of the vessel has a torus shape and is filled with liquid by the amount of a given volume, one of the ends of the vessel is made transparent, the ferromagnetic body is made in the form of a cylinder with a longitudinal hole spanning the inner wall torus, and has a mirror end, the output of the position sensor is connected through an amplifier to the winding of the electromagnetic field source, made in the form of a solenoid and covering the vessel, while liquid tnost above averaged density of the ferromagnetic solid body and the volume of liquid. given by the ratio g max, respectively, is the density averaged over the volume of the ferromagnetic solid and the density of the liquid;

- the maximum value of horizontal acceleration.

2. The gravimeter according to claim 1, characterized in that the position sensor comprises a coherent radiation source, a translucent mirror, three mirrors, a collecting prism, a lens and a photodetector. optically coupled to each other and to the mirror end of the ferromagnetic body, the mirrors are mounted at the vertices of the rectangle, and the photodetector is mounted opposite the edge of the collecting prism so that the direct beam passes through a translucent mirror, reflecting from the first mirror, second mirror and collecting prism and through the lens, it enters the input of the photodetector, and the beam reflected from the translucent mirror and the mirror end of the ferromagnetic body enters the photodetector input through the lens, passing through the translucent mirror lo and reflected from the third mirror and the collecting we prize.