RU2046380C1 - Гравитационный трехкомпонентный градиентометр - Google Patents
Гравитационный трехкомпонентный градиентометр Download PDFInfo
- Publication number
- RU2046380C1 RU2046380C1 SU5039219A RU2046380C1 RU 2046380 C1 RU2046380 C1 RU 2046380C1 SU 5039219 A SU5039219 A SU 5039219A RU 2046380 C1 RU2046380 C1 RU 2046380C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- accelerometers
- accelerometer
- gradiometer
- sensitive system
- inert
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Использование: в измерительной технике, в частности при измерении вертикального градиента силы тяжести W27 и двух составляющих градиента кривизны уровенной поверхности потенциала силы тяжести. Сущность изобретения: градиентометр снабжен третьим акселерометром в корпусе, вход датчика силы электрической пружины которого соединен с входами дополнительно предусмотренных датчиков силы двух других акселерометров, а входы датчиков силы электрических пружин этих двух акселерометров соединены с входом счетно-решающего устройства. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения вертикального градиента ускорения силы тяжести Wzz и двух составляющих градиента кривизны уровенной поверхности потенциала силы тяжести Wxx, Wyy.
Известен гравитационный трехкомпонентный градиентометр Чена-Пайка, содержащий два акселерометра на разных высотах, оси чувствительности которых расположены на одной оси, направленной под углом к направлению вертикали, поворотное устройство вокруг вертикальной оси на три позиции и регистрирующее устройство. Этот градиентометр принимаем за прототип.
Этот градиентометр может быть использован только в специальных лабораторных условиях, так как содержит два акселерометра, установленные на расстоянии 0,16 м. Для определения компонент градиента ускорения силы тяжести используется разность сигналов двух акселерометров, которая за счет неодинаковости статических характеристик акселерометров содержит и ускорение, и градиент силы тяжести, и отделить ускорение от градиента в условиях эксплуатации гравиметрических приборов не удается.
Для измерения градиента, например, с точностью 1 Э допускается абсолютная погрешность измерения акселерометров, равная 0,16˙10-9 м/с2 1,6˙10-11 g. Разность крутизны статических характеpистик акселерометров (т.е. разность чувствительностей акселерометров) должна также обеспечить абсолютную погрешность в этих же пределах, что не достижимо в настоящее время в условиях эксплуатации гравиметрических измерителей.
В градиентометре Чена-Пайка это достигается установкой узла градиентометра в сосуд Дюара с гелием со специальной подвеской и установкой всего этого агрегата большего веса в подземную лабораторию. Использовать такую установку в условиях эксплуатации невозможно.
Техническим результатом изобретения является измерение градиентов силы тяжести в условиях эксплуатации гравиметрических измерителей.
Для достижения указанного технического результата градиентометр снабжен третьим акселерометром, вход датчика силы электрической пружины которого соединен с входом дополнительно предусмотренных датчиков силы двух других акселерометров, а входы датчиков силы электрических пружин этих двух акселерометров соединены с входом счетно-решающего блока.
В результате в предлагаемом градиентометре получают два сигнала, т.е. две разности, с двух датчиков силы электрических пружин двух акселерометров, зависящих от проекции ускорения силы тяжести g и градиентов на ось чувствительности прибора, и, таким образом, из двух соотношений, связывающих ускорение силы тяжести и градиент, можно найти (отдельно) и градиент, и ускорение силы тяжести, т.е. отделяется градиент ускорения силы тяжести без "баснословных" требований к акселерометрам.
Таким образом, предлагаемый градиентометр в сравнении с прототипом обеспечивает измерение в условиях эксплуатации гравиметрических измерителей.
Не известны технические решения, признаки которых совпадают с отличительными признаками заявляемого технического решения, поэтому оно соответствует критерию "новизна".
Указанные признаки в предложенном градиентометре обеспечивают достижение нового свойства, а именно возможность измерения в условиях эксплуатации гравиметрических измерителей, что позволяет сделать вывод о соответствии заявленного решения критерию "существенные отличия".
На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого гравитационного трехкомпонентного градиентометра.
Градиентометр содержит три акселерометра, которые состоят из корпусов 1, 2, 3, чувствительных систем в виде масс, например, из постоянных магнитов 4, 5, 6, магнитопроводов 7, 8, 9, полюсных наконечников 10, 11, 12, опор 13, 14, 15, 16, 17, 18, подвешенных в корпусах 1, 2, 3, например, с помощью лент 19, 20; 21, 22; 23, 24 и снабженных электрическими пружинами в виде датчиков 25, 26, 27 перемещений, усилительных блоков 28, 29, 30 и датчиков сил в виде постоянных магнитов 4, 5, 6, магнитопроводов 7, 8, 9, полюсных наконечников 10, 11, 12 и обмоток 31, 32, 33, установленных в каркасах 34, 35, 36, жестко связанных с корпусами 1, 2, 3. Вход датчика силы (обмотка 32) одного акселерометра (который в корпусе 2) соединен с входом дополнительных датчиков сил двух других акселерометров (которые в корпусах 1, 3), т.е. с дополнительными обмотками 37, 38. Входы датчиков силы, т.е. обмотки 31, 33, электрических пружин двух акселерометров (в корпусах 1, 3) соединены с входом регистрирующего устройствам в виде счетно-решающего блока 39. Корпуса 1, 2, 3 акселерометров жестко установлены на основании 40, скрепленном со стойкой 41, жестко связанной с поворотной плитой 42. Поворотная плита с помощью цапфы 43 и втулки 44 установлена на платформе 45, в которой предусмотрены три равнорасположенные по окружности втулки 46 (на чертеже две втулки из трех не показаны). В поворотной плите 42 предусмотрены втулка 47 и фиксатор 48.
Поворотная плита 42 поворотом вокруг вертикальной оси цапфы 43 фиксируется в трех разных угловых положениях фиксатором 48. Корпуса 1, 2, 3 акселерометров могут герметизироваться и могут вакуумироваться.
В рабочем положении градиентометра ось поворота плиты 42 устанавливается в вертикальное положение, а ось чувствительности акселерометров занимает положение под углом θ к направлению вертикали. В градиентометре может быть предусмотрено термостатирование.
В рассматриваемом примере принципиальной схемы градиентометра в качестве масс акселерометров используются постоянные магниты с магнитопроводами и полюсными наконечниками, а можно наоборот магнитопроводы с магнитами и полюсными наконечниками закрепить на корпусах, а в качестве масс подвесить каркасы 34, 35, 36 с обмотками 31, 32, 33, 37, 38. Массы акселерометров могут быть подвешены и как в прототипе, где подвеска состоит из механических пружин.
Для определения Wzz, Wxx, Wyy измерение производится в трех азимутах. Азимут устанавливается начальной выставкой платформы 45 и поворотом плиты 42.
Предлагаемый измеритель работает следующим образом.
Определение измеряемых величин производится алгоритмическим методом в несколько тактов измерения. Первый такт. Ось х направлена на север, ось у на восток, ось z перпендикулярна ху, ось чувствительности акселерометров направлена под углом θк оси z в плоскости меридиана. Полагают, что первые и вторые производные потенциала силы тяжести постоянны в объеме, занимаемом измерителем. В результате имеют m1gl11=Fgc1; (1) m2(gl11-W)=n1Fgc1+Fgc2; (2) m3(gl11+W)= n2Fgc1+Fgc3, (3) где m1, m2, m3 чувствительные массы акселерометров (в корпусах 1, 2, 3),
g= где W потенциал силы тяжести;
l1 направление оси чувствительности акселерометров в первом такте измерения;
Fgc1 сила, прикладываемая к массе акселерометра в корпусе 2 датчиком силы электрической пружины этого акселерометра;
W=
L1 расстояние между центрами чувствительных масс акселерометров в корпусах 2 и 1;
L2 расстояние между центрами чувствительных масс акселерометров в корпусах 2 и 3;
n1 коэффициент пропорциональности (передачи) между силой дополнительного датчика силы (обмотка 37) и силой, развиваемой датчиком силы электрической пружины акселерометра в корпусе 2 (обмотка 32);
n2 коэффициент пропорциональности (передачи) между силой дополнительного датчика силы (обмотка 38) и силой, развиваемой датчиком силы электрической пружины акселерометра в корпусе 2 (обмотка 32);
Fgc2, Fgc3 силы датчиков сил электрических пружин акселерометров в корпусах 1, 3 соответственно.
g= где W потенциал силы тяжести;
l1 направление оси чувствительности акселерометров в первом такте измерения;
Fgc1 сила, прикладываемая к массе акселерометра в корпусе 2 датчиком силы электрической пружины этого акселерометра;
W=
L1 расстояние между центрами чувствительных масс акселерометров в корпусах 2 и 1;
L2 расстояние между центрами чувствительных масс акселерометров в корпусах 2 и 3;
n1 коэффициент пропорциональности (передачи) между силой дополнительного датчика силы (обмотка 37) и силой, развиваемой датчиком силы электрической пружины акселерометра в корпусе 2 (обмотка 32);
n2 коэффициент пропорциональности (передачи) между силой дополнительного датчика силы (обмотка 38) и силой, развиваемой датчиком силы электрической пружины акселерометра в корпусе 2 (обмотка 32);
Fgc2, Fgc3 силы датчиков сил электрических пружин акселерометров в корпусах 1, 3 соответственно.
Из выражений (1), (2), (3) получают
Fgc2 A11gl1-A12W;
Fgc3 A21gl11+A22W, где A11 m2 n1m1;
A21 m3 n2m1;
A12 m2L1;
A22 m3L2.
Fgc2 A11gl1-A12W;
Fgc3 A21gl11+A22W, где A11 m2 n1m1;
A21 m3 n2m1;
A12 m2L1;
A22 m3L2.
Получают два соотношения, связывающие проекции ускорения силы тяжести и проекцию градиента силы тяжести на направление l1, откуда в счетно-решающем блоке и выделяют W, т. е. в отличие от прототипа определяют W от gl11, и не требуется ужесточать требования к конструктивным элементам прибора для устранения влияния gl11 (что требуется в прототипе).
Выполняя операции, аналогичные первому такту, во втором и третьем тактах, поворачивая систему в азимуты α= 120о и α=240о, находят W и W, где W и W градиенты ускорения силы тяжести на направление l2 и l3 при втором и третьем тактах измерения.
Далее геометрически находят Wzz=(W+W+W)cosθ Wxx= [W-(W+W) sin30o]sinθ
Wyy=(W-W)cos30osinθ
θ=arccos 1/
Вычисление производится в счетно-решающем блоке.
Wyy=(W-W)cos30osinθ
θ=arccos 1/
Вычисление производится в счетно-решающем блоке.
Поскольку в предлагаемой схеме градиентометра происходит разделение сигналов ускорения и градиентов силы тяжести, то не требуется уменьшения влияния силы тяжести на выходной сигнал до величин, соответствующих допустимым абсолютным погрешностям измерения градиента, и в результате конструктивные требования к предлагаемому прибору аналогичны требованиям к гравиметрическим приборам, применяемых в эксплуатации.
Таким образом, в сравнении с прототипом, которые может измерять компоненты градиента только в специальных лабораторных условиях, предлагаемый градиентометр может проводить измерения в условиях эксплуатации существующих гравиметрических измерителей.
Предлагаемый градиентометр может работать на подвижном основании при соответствующем согласовании его динамических характеристик и параметров движения.
Claims (1)
- ГРАВИТАЦИОННЫЙ ТРЕХКОМПОНЕНТНЫЙ ГРАДИЕНТОМЕТР, содержащий регистрирующее устройство и два акселерометра, заключенные в корпус, при этом каждый акселерометр включает чувствительную систему с упруго закрепленной инертной массой, а оси чувствительности акселерометров направлены вдоль одной оси и образуют угол с направлением вертикали, причем корпус установлен с возможностью поворота относительно вертикали, отличающийся тем, что градиентометр дополнительно содержит третий акселерометр, при этом каждый акселерометр размещен в отдельном корпусе, каждый из которых жестко закреплен на основании с возможностью перемещения по направлению осей чувствительности акселерометров, инертная масса чувствительной системы каждого акселерометра выполнена в виде постоянного магнита, магнитопровода и полюсного наконечника, при этом инертные массы чувствительной системы каждого акселерометра снабжены датчиком перемещения, усилителем и датчиком силы, а также инертные массы чувствительной системы первого и третьего акселерометров снабжены дополнительными датчиками силы, при этом датчик силы инертной массы второго акселерометра соединен с дополнительными датчиками силы инертных масс первого и третьего акселерометров, датчики силы которых соединены с входом регистрирующего устройства, выполненного в виде счетно-решающего блока.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5039219 RU2046380C1 (ru) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Гравитационный трехкомпонентный градиентометр |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5039219 RU2046380C1 (ru) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Гравитационный трехкомпонентный градиентометр |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2046380C1 true RU2046380C1 (ru) | 1995-10-20 |
Family
ID=21602739
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5039219 RU2046380C1 (ru) | 1992-04-22 | 1992-04-22 | Гравитационный трехкомпонентный градиентометр |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2046380C1 (ru) |
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19983216C2 (de) * | 1998-05-12 | 2003-07-17 | Lockheed Martin Corp Manassas | System und Verfahren zum Optimieren von Schwerkraft-Neigungsmesser Messungen |
US7559149B2 (en) | 2006-11-22 | 2009-07-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7562460B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7562461B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7571547B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-08-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7581327B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-01 | Technological Recources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7584544B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-08 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
US7596876B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-10-06 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7624635B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-01 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7627954B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-08 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7637153B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-29 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7714584B2 (en) | 2006-11-20 | 2010-05-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7784343B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-08-31 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7823449B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-11-02 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
US7849739B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-12-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
CN107907915A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-13 | 华中科技大学 | 一种三分量重力仪探头及井中重力仪*** |
RU2724461C1 (ru) * | 2019-12-24 | 2020-06-23 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Градиентометр |
RU2724588C1 (ru) * | 2019-12-24 | 2020-06-25 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Гравитационный градиентометр |
-
1992
- 1992-04-22 RU SU5039219 patent/RU2046380C1/ru active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Chan H.A. and Paik H.J. Surepconducting. gravity gradiometer Phisical Review D, 1987, v.35, N 12. * |
Авторское свидетельство СССР N 238805, кл. G 01V 7/08, 1961. * |
Cited By (28)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE19983216C2 (de) * | 1998-05-12 | 2003-07-17 | Lockheed Martin Corp Manassas | System und Verfahren zum Optimieren von Schwerkraft-Neigungsmesser Messungen |
US7784343B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-08-31 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US8074515B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-12-13 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7980130B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-07-19 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7975544B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-07-12 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7942054B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-05-17 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7938003B2 (en) | 2005-10-06 | 2011-05-10 | Technological Resources Pty. Limited | Gravity gradiometer |
US7823448B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-11-02 | Technological Resources Pty. Ltd. | Actuatory and gravity gradiometer |
US7788974B2 (en) | 2005-10-06 | 2010-09-07 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7596876B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-10-06 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7581327B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-01 | Technological Recources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7714584B2 (en) | 2006-11-20 | 2010-05-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US8033170B2 (en) | 2006-11-20 | 2011-10-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7562461B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7814790B2 (en) | 2006-11-20 | 2010-10-19 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7584544B2 (en) | 2006-11-20 | 2009-09-08 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
US7559149B2 (en) | 2006-11-22 | 2009-07-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7823449B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-11-02 | Technological Resources Pty, Ltd. | Gravity gradiometer |
US7849739B2 (en) | 2006-11-23 | 2010-12-14 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7637153B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-29 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7571547B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-08-11 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7624635B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-01 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7562460B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-07-21 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
US7627954B2 (en) | 2006-11-23 | 2009-12-08 | Technological Resources Pty. Ltd. | Gravity gradiometer |
CN107907915A (zh) * | 2017-12-08 | 2018-04-13 | 华中科技大学 | 一种三分量重力仪探头及井中重力仪*** |
CN107907915B (zh) * | 2017-12-08 | 2024-03-19 | 华中科技大学 | 一种三分量重力仪探头及井中重力仪*** |
RU2724461C1 (ru) * | 2019-12-24 | 2020-06-23 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Градиентометр |
RU2724588C1 (ru) * | 2019-12-24 | 2020-06-25 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Гравитационный градиентометр |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2046380C1 (ru) | Гравитационный трехкомпонентный градиентометр | |
US2695165A (en) | Electromagnetic accelerometer | |
Moody et al. | Gauss’s law test of gravity at short range | |
US3899834A (en) | Electronic compass system | |
US3926054A (en) | Gravity gradiometer | |
US4587741A (en) | Ball inclinometer | |
CN109779614B (zh) | 一种三轴光纤陀螺测斜仪 | |
US4043204A (en) | Magnetic fluid bearing accelerometer | |
US8079258B1 (en) | Gyroscope and pendulous gyroscopic accelerometer with adjustable scale factor, and gravity gradiometer using such | |
CA2006145C (en) | Gravity gradiometer | |
CN107390155A (zh) | 一种磁传感器校准装置和方法 | |
Metzger | Recent gravity gradiometer developments | |
CN105716626B (zh) | 一种悬浮类陀螺仪的定子旋转调制误差补偿方法 | |
US3769840A (en) | Method and apparatus for gravity gradiometry | |
CN112230295B (zh) | 基于Sagnac效应角加速度计的重力梯度探测方法 | |
RU2033632C1 (ru) | Гравитационный трехкомпонентный градиентометр | |
US2949780A (en) | Integrating accelerometer | |
US3320817A (en) | Electrostatically suspended gyroscope signal pickoff | |
RU2111454C1 (ru) | Инклинометр | |
EP0118359B1 (en) | Electrostatic accelerometer | |
US3355953A (en) | Non-constrained pendulous gyroscope for inertial control systems | |
US3114264A (en) | Gravity sensing instrument | |
US2995038A (en) | Precision torque-balance accelerometer | |
RU2142643C1 (ru) | Широкодиапазонный стенд для контроля измерителей угловых скоростей | |
CN217504811U (zh) | 一种航空三分量磁-姿非对准磁测装置 |