DE1094001B

DE1094001B - Gravimeter

Info

Publication number: DE1094001B
Application number: DEA27856A
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Fritz Haalck
Original assignee: Continental Elektronidustrie AG
Current assignee: Continental Elektronidustrie AG
Priority date: 1957-09-05
Filing date: 1957-09-05
Publication date: 1960-12-01

Description

Gravimeter Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein-astasiertes Gravimeter, hei dem sich Schwereänderungen als Änderungen eines an einem Hebelarm auftretenden, durch die Gravimetermasse erzeugten und durch elastische Kräfte kompensierten Drehmomentes zu erkennen geben und Mittel vorgesehen sind. die die linderung dieses Momentes unterstützen, indem eine mit dem Gravimeter kombinierte Hilfsmasse Schwerpunktsverschiebungen derart erfährt, daß sich das an dem Hebel wirksame Drehmoment vergrößert.Gravimeter The subject of the present invention is a-astased Gravimeter, called changes in gravity as changes in a lever arm occurring, generated by the gravimeter mass and compensated by elastic forces Provide torque to be recognized and means are provided. the alleviation of this Support moments by using an auxiliary mass combined with the gravimeter to shift the center of gravity experiences in such a way that the torque acting on the lever increases.

Gravimeter dieser Ausbildung sind bekannt. So hat man z. 13. als Hilfsmasse auf dem Waagebalken des (.ravimetersystems bewegliche Kugeln oder auch eine J'lüssigkeitslibelle angeordnet, die bei Neigungen des Hebelarms unter dem Einfluß von Schwereänderungen am Gravimetersystem zusätzliche Drehmomente erzeigten, die den Ausschlag des Gravimetersystems in vorteilhafter Weise vergrößerten. Es ist unter anderem I,ekannt, zur Vergrößerung der Neigungen des Gravimetersystems am Waagehalken des Gravimeters ein 1 lorizontalpelldel zu befestigen, wohei sich jedoch ebenso wie bei den oben erläuterten Ausfiihrungsformen - Schwierigkeiten in der Dämpfung des Gesamtsystems ergeben, die nicht zur Gänze behoben worden sind. Gravimeters of this training are known. So one has z. 13. as Auxiliary mass on the balance beam of the (.ravimeter system movable balls or also a liquid vial is arranged which, when the lever arm is inclined, is below the Influence of changes in gravity on the gravimeter system produced additional torques, which increased the deflection of the gravimeter system in an advantageous manner. It is known, among other things, to increase the inclination of the gravimeter system to attach a horizontal pelvis to the horizontal beam of the gravimeter, wherever however, as with the embodiments explained above - difficulties result in the damping of the overall system, which have not been completely eliminated.

Derartige Schwierigkeiten werden gemäß der vorliegenden Erfindung an Gravimetern der oben näher liezeichneten Art dadurch beseitigt, indem am Hebelam des Gravimeters ein vertikal hängender. an sich I,ekannter Pendelkörper angeordnet ist, der an Fäden oder Bändern astatisch aufgehängt ist, so daß sich bei Änderungen der Schwerkraft der Pendelkörperschwerpunkt im Sinne der Unterstützung des wirk-Samen Drehmomentes in Richtung des Hebelarms verlagert. Such difficulties arise in accordance with the present invention on gravimeters of the kind detailed above is eliminated by using the lever am of the gravimeter a vertically hanging one. per se I, e known pendulum body arranged is, which is hung astatic on threads or ribbons, so that changes the gravity of the pendulum body's center of gravity in the sense of supporting the active seed Shifted torque in the direction of the lever arm.

Bei einem nach der Erfindung ausgebildeten Gravimeter bereitet es keinerlei Schwierigkeiten, sowohl das Gravimeter selbst als auch die am Gravimeter augeordnete pendelnde Hilfsmasse ausreichend zu dämpfen, so daß das Schwingungsverhalten des Gesamtsystems zu einem als praktisch verwendungsfähig anzusehenden Gravimeter führt. Nach einem weiteren WIerkmal der Erfindung ist der astatisch aufgehängte Pendelkörper selbst Bestandteil einer Luftdämpfungseinrichtung. In a gravimeter designed according to the invention, it prepares no difficulties, both the gravimeter itself and the one on the gravimeter to dampen the oscillating auxiliary mass sufficiently so that the vibration behavior of the entire system to a gravimeter that can be regarded as practically usable leads. According to a further feature of the invention is the astatic suspension Pendulum body itself part of an air damping device.

In den Figuren ist als Ausfübrungsbeispiel ein der Erfindung entsprechendes Gravimetersystem schematisch dargestellt, wobei von Mitteln zur astatischen Aufhängung einer Masse Gebrauch gemacht wird, die von älteren Seismometersystemen her an sich bekannt sind und die geeignet sind. die eingangs erwähnten bekannten Schwierigkeiten restlos zu beseitigen, wobei nicht einmal über die üblichen beim Gravimeterhau notwendigen Vorkehrungen zur Bewahrung der Reproduzierliarkeit des Gravimeterskalenwertes hinaus- gangen werden muß, um die einwandfreie Funktion des Systems zu garantieren. An exemplary embodiment corresponding to the invention is shown in the figures Gravimeter system shown schematically, with means for astatic suspension a mass is made use of, that of older seismometer systems per se are known and which are suitable. the known difficulties mentioned at the beginning to be completely eliminated, although not even beyond the usual gravimeter hacks necessary Take precautions to maintain the reproducibility of the gravimeter scale value. went must be in order to guarantee the perfect functioning of the system.

In der Fig. 1 ist eines der üblichen Gravimeter mit einer horizontal gelegenen Torsionsfederanordnung dargestellt. Die an den Stützen 1 und 2 innerhalb eines Gravimetergehäuses (nicht dargestellt) befestigten Torsionsfedern 3 und 4 halten der Gravimetermasse 5 über den Hebelarm 6, der über 7 mit den Federn 3 und 4 in Verbindung steht, das Gleichgewicht. Das Teil 7 trägt einen Spiegel 8, über den ein durch eine nicht dargestellte Lichtquelle erzeugter, über den Reflektor 9 eingelenkter Lichtzeiger 10 geführt ist. Der Zeiger 10 wird nach Reflexion an 8 an einen ortsfesten Spiegel 11 erneut reflektiert und über 8 zurück in das Okular 12 einer Beobachtungseinrichtung eingelenkt. In Fig. 1 is one of the usual gravimeters with a horizontal located torsion spring assembly shown. The ones on supports 1 and 2 within torsion springs 3 and 4 attached to a gravimeter housing (not shown) hold the gravimeter mass 5 over the lever arm 6, the over 7 with the springs 3 and 4 is related to the balance. The part 7 carries a mirror 8 over the one generated by a light source, not shown, via the reflector 9 deflected light pointer 10 is guided. The pointer 10 is on after reflection 8 reflected again on a stationary mirror 11 and via 8 back into the eyepiece 12 turned into an observation device.

Seine jeweilige Stellung kann dort an einer Skala 13 beoliachtet werden. Die gesamte schematisch angedeutete Anordnung ist nach der Art bekannter Autokollimationseinrichtungen ausgebildet und gestattet es, Schwereänderungen, die sich als Änderungen des am Hebel 6 wirksamen Drehmomentes zu erkennen geben, messend zu verfolgen. Wie üblich ist das Gravimeter so ausgebildet, daß die Durchführung der Schweremessung nach einer Nullmethode möglich wird. Hierzu dient die in der Figur angedeutete, an der Gravimetermasse 5 befestigte weiche Feder 14, die es zuläßt, das durch die Schwereänderung über die Masse 5 zusätzlich erzeugte Drehmoment durch Betätigung der Meßspindel 15 meßbar zu kompensieren.Its respective position can be observed there on a scale 13. The entire schematically indicated arrangement is in the manner of known autocollimation devices trained and allows changes in severity, which can be seen as changes in the Indicate lever 6 effective torque, measure it. As usual the gravimeter is designed so that the gravity measurement can be carried out according to a null method becomes possible. For this purpose is indicated in the figure, on the Gravimeter mass 5 attached soft spring 14, which allows the change in gravity Torque additionally generated via the mass 5 by actuating the measuring spindle 15 measurable to compensate.

Die Längenänderung der Feder 14 kann wie üblich an einer beleuchteten Glasskala 15' abgelesen werden.The change in length of the spring 14 can be illuminated as usual on a Glass scale 15 'can be read.

Die bei Änderung der Gravitationskräfte eintretenden äquivalenten relativen Gewichtsveränderungen der Gravimetermasse 5 sind nun bekanntlich außerordentlich klein, so daß sich diese auch als außerordentlich geringe Veränderungen des Drehmomentes am Hebelarm 6 zu erkennen geben. Zur Vergrößerung dieses Drehmomentes dient der dem Erfindungsvorschlag entsprechende Pendelkörper 20, der an Fäden oder Bändern befestigt in vertikaler Richtung am Hebel 6 astatisch aufgehängt ist. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Pendelkörper 20 innerhalb der eigentlichen Gravimetermasse 5 angeordnet und die Aufhängung so getroffen, daß bei geringen Neigungen des Pendelkörpers 20 sein Schwerpunkt in Richtung des Hebelarms 6 so wandert, daß das resultierende Drehmoment am Hebel 6 in der Meßrichtung vergrößert wird. Die Größe dieser Schwerpunktsverschiebung hängt von der Dimensionierung der Aufhängemittel, d. h. also von dem Abstand ihrer oberen Aufhängepunkte, vom Abstand ihrer unteren Aufhängepunkte und vom Abstand des Schwerpunktes des Pendelkörpers von der Verbindungslinie der oberen Aufhängepunkte bzw. von dem Verhältnis der genannten Größen untereinander ab. Der Pendelkörper selbst erfährt bei Verlagerungen seiner Aufhängepunkte gleichzeitige Verdrehungen um einen Drehpunkt, der mit den Verschiebungen der Aufhängepunkte wandert. The equivalents that occur when the gravitational forces change relative changes in weight of the gravimeter mass 5 are now known to be extraordinary small, so that this turns out to be an extremely small change in the torque on the lever arm 6 to recognize. To enlarge this torque serves the inventive proposal corresponding pendulum body 20, which is on threads or Straps attached in the vertical direction on the lever 6 is suspended astatically. in the present embodiment, the pendulum body 20 is within the actual Gravimeter mass 5 arranged and made the suspension so that at low inclinations of the pendulum body 20 moves its center of gravity in the direction of the lever arm 6 so that the resulting torque on the lever 6 is increased in the measuring direction. the The size of this shift in the center of gravity depends on the dimensioning of the suspension means, d. H. that is, the distance between their upper suspension points and the distance between their lower ones Suspension points and the distance of the center of gravity of the pendulum body from the connecting line the upper suspension points or the ratio of the sizes mentioned to one another away. The pendulum body itself experiences simultaneous displacement of its suspension points Twists around a pivot point that moves with the displacements of the suspension points.

In der Fig. 2 ist die Gravimetermasse 5 der Fig. 1 der Verdeutlichung wegen noch einmal im Schnitt dargestellt. Die eigentliche Gravimetermasse 5 besteht aus einem zylindrisch geformten Körper, der mit seiner zentralen Bohrung 21 auf dem Hebel 6 aufgesteckt und an diesem mittels Schraubverbindungen 21' verschraubt ist. An 5 ist vermittels der Schrauben 22 eine Blattfeder 23 befestigt, die ein starres Bauteil 24 trägt, an dem die Fäden bzw. die Bänder, die den Pendelkörper 20 astatisch tragen, befestigt sind. Der Pendelkörper 20 ist seinerseits zylindrisch geformt (vgl. auch die Fig. 3, in der dieser Körper gesondert dargestellt ist) und weist eine Bohrung 25 auf, die weit ist im Vergleich zu 22'. Der Pendelkörper 20 kann also sowohl in seiner Längsrichtung als auch quer dazu in vertikaler Richtung frei schwingen. Er ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel an vier Fäden 27, 27', 28 und 28' an 24 aufgehängt, so daß sich diese Fäden paarweise nach Art eines übergeschlagenen Gelenkvierecks kreuzen. Die Art der Aufhängung verhindert gleichzeitig Bewegungen des Pendelkörpers quer zur Ebene seiner Aufhängemittel. In der Fig. 1 sind nur zwei dieser Fäden sichtbar, während in der Fig. 2, die einen zentralen Schnitt der Gravimetermasse wiedergibt, diese Fäden nicht sichtbar sind. Es sind selbstverständlich zur Aufhängung des Pendelkörpers nicht notwendig, vier Fäden oder Bänder vorzusehen, vielmehr genügen im Prinzip deren zwei. Jedoch sind zur Erreichung einer hinreichenden Stabilität des Pendelkörpers 20 gegenüber Kippungen mindestens drei geeignet angeordnete Fäden zweckmäßig. Der Pendelkörper ist im Ausführungsbeispiel mit einer Einrichtung zur Luftdämpfung seiner Bewegungen versehen. The gravimeter mass 5 of FIG. 1 is shown in FIG. 2 for clarification purposes because of again shown in section. The actual gravimeter mass 5 consists from a cylindrically shaped body, which with its central bore 21 on placed on the lever 6 and screwed to it by means of screw connections 21 ' is. At 5 a leaf spring 23 is attached by means of the screws 22, which a rigid component 24 carries, on which the threads or the bands that the pendulum body 20 astatic wear, are attached. The pendulum body 20 is in turn cylindrical shaped (see. Also Fig. 3, in which this body is shown separately) and has a bore 25 which is wide compared to 22 '. The pendulum body 20 can therefore both in its longitudinal direction and transversely to it in the vertical direction swing freely. In the present exemplary embodiment, it is attached to four threads 27, 27 ', 28 and 28 'hung at 24, so that these threads are folded over in pairs Cross the four-bar linkage. The type of suspension prevents movement at the same time of the pendulum body transversely to the plane of its suspension means. In Fig. 1 there are only two of these threads visible, while in FIG. 2, which shows a central section of the gravimeter mass reproduces, these threads are not visible. It goes without saying that they are for hanging of the pendulum body is not necessary to provide four threads or ribbons, but are sufficient basically two of them. However, in order to achieve sufficient stability of the pendulum body 20 against tilting at least three suitably arranged threads expedient. The pendulum body is in the embodiment with a device for Air dampening of his movements.

Hierzu ist der Körper 20 (vgl. auch Fig. 3) an seinen beiden Enden mit kolbenartigen Erweiterungen 29 und 30 versehen, die in entsprechend zylindrischen Bohrungen 31 und 32 der Gravimetermasse 5 mit einem entsprechenden Längs- und Querspiel hineinpassen und eine hinreichende Dämpfung gewährleisten.For this purpose, the body 20 (cf. also FIG. 3) is at its two ends provided with piston-like extensions 29 and 30, which are in corresponding cylindrical Bores 31 and 32 of the gravimeter mass 5 with a corresponding longitudinal and transverse play fit in and ensure adequate damping.

Die Bohrung 31 befindet sich an dem Teil 5' der Gravimetermasse, das über eine Schraubverbindung 33, 33' und 33" an 5 befestigt ist. Der Träger 24, der also die oberen Befestigungspunkte der Fäden 27, 27', 28, 28' aufnimmt, ist durch die Schraube 34, die gegen 5' drückt, gegenüber der eigentlichen Gravimetermasse 5 und 5' auf Grund der Blattfeder neigbar und ermöglicht so die Justierung des Pendelkörpers 2a.The bore 31 is located on the part 5 'of the gravimeter mass, the is attached to 5 via a screw connection 33, 33 'and 33 ". The carrier 24, the so the upper attachment points of the threads 27, 27 ', 28, 28' receives is through the screw 34, which presses against 5 ', opposite the actual gravimeter mass 5 and 5 'can be tilted due to the leaf spring and thus enables the pendulum body to be adjusted 2a.

Neben einer Justierung der oberen Aufhängepunkte des Pendelkörpers 20, von denen in der Fig. 1 die Aufhängepunkte 28" und 27" sichtbar sind, ist es zweckmäßig, auch Mittel vorzusehen, die die willkürliche justiermäßige Verlagerung des Pendel schwerpunktes gestatten. Hierzu dient das in vertikaler Richtung senkrecht auf dem Pendelkörper 20 stehende, auf der Gewindestange 40 verschiebbare Laufgewicht 41 und das senkrecht dazu vorzugsweise in Richtung des Hebels 6 verschiebbare Laufgewicht 42 (vgl. Fig. l), das auf der Stange 43 verschoben werden kann.In addition to an adjustment of the upper suspension points of the pendulum body 20, of which in FIG. 1 the Suspension points 28 "and 27" are visible, it is expedient to also provide means that the arbitrary adjustment-like displacement the center of gravity of the pendulum. This is done vertically in the vertical direction running weight, which stands on the pendulum body 20 and is displaceable on the threaded rod 40 41 and the barrel weight, which can be displaced perpendicular thereto, preferably in the direction of the lever 6 42 (see FIG. 1), which can be moved on the rod 43.

Es ist einzusehen, daß die erläuterte Anordnung nicht die einzig mögliche ist; vielmehr sind im Rahmen der Erfindung zahlreiche Abänderungen durchführbar. It will be appreciated that the arrangement illustrated is not the only one is possible; rather, numerous modifications can be made within the scope of the invention.

So kann z. B., wie in der Fig. 4 angedeutet, die gesamte Gravimetermasse dem Pendel 20 zugeschlagen werden. Es bezeichnet in der Fig. 4 schematisch 50 einen Teil des Hebelarms 6; 51, 51' und 52' hezeichnen die Fäden, die an 50 befestigt sind und in Analogie zum Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 3 nunmehr die gesamte Gravimetermasse 53 astatisch tragen. Zum Unterschied der Aufhängung des Pendel körpers 20 laufen hier die Aufhängefäden am Pendelkörper zu einem Punkt zusammen. Auch bei dieser Anordnung ist eine verwindungsfreie Aufhängung des Pendelkörpers 53 garantiert. Selbstverständlich sind auch hier wieder Mittel zur Justierung des Schwerpunktes von 53 und zur Dämpfung der Bewegungen der Gravimetermasse vorzusehen.So z. B., as indicated in Fig. 4, the entire gravimeter mass the pendulum 20 are slammed. It designates 50 schematically in FIG. 4 Part of the lever arm 6; 51, 51 'and 52' denote the threads attached to 50 are and in analogy to the embodiment of FIGS. 1 to 3 now the entire Carry the gravimeter mass 53 astatically. In contrast to the suspension of the pendulum body The suspension threads on the pendulum body converge to a point here. Also at this arrangement guarantees a torsion-free suspension of the pendulum body 53. Of course, there are also means for adjusting the center of gravity here of 53 and to dampen the movements of the gravimeter mass.

Es ist darüber hinaus weiterhin möglich, über den Pendelkörper 20 bzw. 53 einen Lichtzeiger zu fiihren, um die hei Schwereänderungen über die Schwerpunktsverschiebung des Pendelkörpers hinaus auftretenden Verdrehungen dieses Körpers zur Ermittlung der Gewichtsveränderungen der Gravimetermasse auszunutzen. Auch sind in bekannter Weise heispielsweise magnetische Einrichtungen zur Dämpfung der Pendelbewegungen anwendbar. In jedem Fall hleiben die Vorteile der astatischen Vertikalpendelaufhangung erhalten. Der Skalenwert der Instrumente bleibt jenseits jeder schädlichen Reibung reproduzierbar. Temperaturänderungen nehmen bei einer symmetrischen Ausbildung des Pendelkörpers und entsprechender Wahl seiner Aufhängemittel keinen Einfluß auf die Messung, und es ist nicht einmal erforderlich, daß der Hebelarm 6 beispielsweise etwa wie im Fall der Verwendung eines Horizontalpendels stets exakt horizontal vor der Messung ausgerichtet sein muß. Fernerhin läßt sich dem astatisch aufgehängten Vertikalpendel bei entsprechender Bemessung seiner Aufhängemittel und durch geeignete Wahl seiner Schwerpunktslage jeder gewünschte Grad von Stabilität erteilen. Furthermore, it is still possible to use the pendulum body 20 or 53 to guide a light pointer to show the hot changes in gravity via the shift in the center of gravity of the pendulum body also occurring rotations of this body to determine the weight changes of the gravimeter mass. Also are well known in Way, for example, magnetic devices to dampen the pendulum movements applicable. In any case, the advantages of the astatic vertical pendulum suspension remain obtain. The scale value of the instruments remains beyond any harmful friction reproducible. Temperature changes take place with a symmetrical design of the Pendulum body and the appropriate choice of its suspension means have no effect on the Measurement, and it is not even necessary that the lever arm 6, for example as in the case of using a horizontal pendulum, it is always exactly horizontal must be aligned with the measurement. Furthermore, the astatic can be hung Vertical pendulum with appropriate dimensioning of its suspension means and suitable Choice of its center of gravity will grant any desired degree of stability.

Zudem ist man in der Lage, eben durch die Wahl dieser Mittel, die Empfindlichkeit des gesamten Gravimeters so auszubilden, daß relativ großen Schwerpunktsverschiebungen des Pendelkörpers in vertikaler Richtung - etwa durch Verschieben des Gewichtes 41 und 40 - noch relativ geringe Veränderungen des Drehmomentes am Hebelarm 6 entsprechen, d. h. also der Astasierungsgrad des gesamten Systems läßt sich relativ leicht beherrschen.In addition, by choosing these means, one is able to do the To train the sensitivity of the entire gravimeter so that relatively large shifts in the center of gravity of the pendulum body in the vertical direction - for example by moving the weight 41 and 40 - still correspond to relatively small changes in the torque on the lever arm 6, d. H. thus the degree of astasis of the entire system can be controlled relatively easily.

Claims

PATENT CLAIM: 1. Astatic gravimeter, in which gravity changes as changes of one occurring on a lever arm, generated by the gravimeter mass and to identify the torque compensated by elastic forces and means are provided that support the change of this moment by adding one with the Gravimeter combined Auxiliary mass center of gravity shifts like this learns that the torque acting on the lever increases, marked by a known pendulum body (20) hanging vertically on the lever arm, which is suspended on threads or ribbons (27, 28), so that changes the gravity of the pendulum body's center of gravity in the sense of supporting the effective Shifted torque in the direction of the lever arm (6).

2. Astasierter Gravimeter according to claim 1 with a horizontally located Torsion spring arrangement, which is attached to the gravimeter mass on a lever Keeps balance, characterized in that the vertically hanging pendulum body (20), in a manner known per se, oriented towards one another in the manner of a four-bar linkage Threads or ribbons (27, 28) is suspended.

3. Astased gravimeter according to claim 2, characterized in that that the pendulum body (20) on at least two intersecting threads or bands (27, 28) is suspended.

4. Astased gravimeter according to claim 2 or 3, characterized in that that the pendulum body (20) is assigned to the effective gravimeter mass.

5. Astasosed gravimeter according to one of claims 1 to 4, characterized by means (41, 42) for arbitrarily shifting the center of gravity of the pendulum body.

6. Astasierter gravimeter according to claim 5, wherein the pendulum body is suspended from two pairs of crossing threads or ribbons, characterized in that that the center of gravity of the pendulum body both in the vertical direction as well to is perpendicular, preferably displaceable in the direction of the lever arm.

7. Astased gravimeter according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the pendulum body with means (29) for damping its movement is provided.

8. Astased gravimeter according to claim 7, characterized in that that the pendulum body (20) itself is designed so that it is part of a Forms device for air damping.

9. Astased gravimeter according to one or more of the claims 1 to 8, characterized in that the astatically suspended pendulum body (20) is the gravimeter mass.

10. Astasosed gravimeter according to one of claims 1 to 9, characterized characterized in that the pendulum body (20) is symmetrical with respect to its suspension Having mass distribution.

11. Astasosed gravimeter according to one of claims 1 to 10, characterized characterized in that the threads or bands (27, 27 ', 28, 28') made of materials of the same type thermal behavior exist.

12. Astased gravimeter according to one or more of the claims 1 to 11, characterized by a light pointer guided over the pendulum body (10) to prove the changes in severity.

13. Astasierter gravimeter according to one of claims 1 to 12, at the preferably the actual gravimeter mass is an astatically suspended auxiliary mass is assigned, characterized in that the upper suspension points of the astatic suspended vertical pendulum are adjustable with respect to the horizontal plane.