RU192791U1 - Устройство для гравитационных измерений - Google Patents
Устройство для гравитационных измерений Download PDFInfo
- Publication number
- RU192791U1 RU192791U1 RU2019121803U RU2019121803U RU192791U1 RU 192791 U1 RU192791 U1 RU 192791U1 RU 2019121803 U RU2019121803 U RU 2019121803U RU 2019121803 U RU2019121803 U RU 2019121803U RU 192791 U1 RU192791 U1 RU 192791U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- gravitational
- output
- earth
- measuring unit
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/02—Arrangements for measuring frequency, e.g. pulse repetition rate; Arrangements for measuring period of current or voltage
- G01R23/15—Indicating that frequency of pulses is either above or below a predetermined value or within or outside a predetermined range of values, by making use of non-linear or digital elements (indicating that pulse width is above or below a certain limit)
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
- G01V7/00—Measuring gravitational fields or waves; Gravimetric prospecting or detecting
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- Measuring Phase Differences (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области гравиметрии и может быть предназначена для измерения потенциала гравитационного поля Земли, а также разности потенциалов гравитационного поля между разными точками Земли и между значениями потенциала в одной точке, но в разные моменты времени. Технический эффект, заключающийся в упрощении гравитационных измерений за счёт применения радиотехнических методов, достигается за счёт того, что устройство содержит два формирователя сигналов, при этом один из формирователей сигналов выполнен в виде генератора импульсов, а другой, обладающий большей чувствительностью своего выходного сигнала к изменению гравитационного поля Земли, выполнен в виде кварцевого генератора, выход которого связан с соответствующим входом измерительного блока через преобразователь гармонического сигнала в импульсный сигнал, при этом измерительный блок выполнен в виде измерителя временных интервалов. 1ил.
Description
Полезная модель относится к области гравиметрии и может быть использована для измерения потенциала гравитационного поля Земли, а также разности потенциалов гравитационного поля между разными точками Земли и между значениями потенциала в одной точке, но в разные моменты времени.
Известны устройства для гравитационных измерений, решающие задачу регистрации относительных изменений напряженности гравитационного поля по изменению ускорения силы тяжести, так называемые пружинные гравиметры, см., например, гравиметры, представленные в патентах: [1] - RU 2345387 (C1), G01V 7/02, 27.01.2009; [2] - RU 2427008 (С2), G01V 7/00, 20.08.2011. В этих устройствах сила тяжести сравнивается с эталонной силой, в качестве которой выступает сила деформации твердого тела (пружины). В качестве измеряемой величины, характеризующей изменение напряженности гравитационного поля, в этих устройствах может выступать, например, длина растянутой грузом пружины, поскольку относительное изменение гравитации коррелируется с относительным изменением длины растянутой грузом пружины.
Известны также струнные гравиметры, в которых о напряженности гравитационного поля судят по частоте поперечных колебаний струны, один конец которой закреплен, а на другом подвешен груз, см., например, патент [3] - RU 2342683 (С2), G01V 7/02, 27.12.2008.
Известны устройства для гравитационных измерений, в которых в качестве чувствительного элемента используется кварцевая упругая нить, см., например, патенты: [4] - RU 2171481 (C1), G01V 7/02, 27.01.2001; [5] - RU 2619132 (C1), G01V 7/02, 12.05.2017. Кварцевая нить входит в состав упругой системы крутильного типа с горизонтальным маятником. Поскольку характеристики упругости кварцевой нити зависят от напряженности гравитационного поля (силы тяжести), то при изменении силы тяжести угол закручивания кварцевой упругой нити изменяется, изменяя положение горизонтального маятника. Изменение положения маятника индицируется оптическими средствами с использованием в качестве источника излучения, например, лазера, также в состав средств индикации входит система отражателей и фоторегистратор.
Все рассмотренные устройства конструктивно сложны, что ограничивает область их возможного применения и побуждает к разработке новых устройств, основанных на использовании новых, более простых по конструктивной реализации технических решений.
Одним из вариантов технического решения, в котором минимизировано количество механических узлов и элементов, является устройство для гравитационных измерений, представленное в патенте [6] - RU 2136022 (C1), G01V 7/04, G01V 7/02, 27.08.1999, выбранное в качестве прототипа.
Устройство-прототип обеспечивает решение гравиметрической задачи, заключающейся в обеспечении возможности измерений потенциалов гравитационного поля, конечной разности потенциалов гравитационного поля между различными точками Земли, а также разности между значениями потенциала гравитационного поля в одной точке, но в разные моменты времени.
Устройство для гравитационных измерений, выбранное в качестве прототипа, содержит первый и второй формирователи сигналов, выходы которых связаны (оптически) с соответствующими входами измерительного блока, выход которого является выходом устройства.
Формирователи сигналов представляют собой формирователи оптического излучения, выполненные, например, на основе гелий-неоновых лазеров. Один из этих формирователей имеет дополнительную поглощающую ячейку. За счет данного конструктивного различия формирователи обладают разной чувствительностью своих выходных сигналов к изменению гравитационного поля Земли, т.е. по-разному реагируют на гравитационный потенциал, в результате чего разность частот генерации формирователей непосредственно зависит от величины потенциала гравитационного поля, что позволяет осуществлять гравитационные измерения.
Гравитационные измерения осуществляются по интерференционной картине, создаваемой сигналами формирователей, поступающих на измерительный блок через систему полупрозрачных зеркал, образующих оптические входы измерительного блока.
В измерительном блоке, используя стандартную методику измерения скорости движения интерференционных полос, определяют разность генерируемых частот и по этой разности судят о величине гравитационного потенциала в точке нахождения устройства. Сравнивая полученную величину со значением гравитационного потенциала, измеренного в другой точке Земли или же в той же самой точке, но в другой момент времени, получают разность потенциалов гравитационного поля.
Недостатком прототипа является его сложность, связанная с необходимостью осуществления интерференционных измерений.
Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является создание устройства для гравитационных измерений, в котором гравитационные измерения осуществляются более простыми, по сравнению с прототипом, радиотехническими методами.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Устройство для гравитационных измерений содержит первый и второй формирователи сигналов, выходы которых связаны с соответствующими входами измерительного блока, выход которого является выходом устройства, причем указанные формирователи сигналов обладают разной чувствительностью своих выходных сигналов к изменению гравитационного поля Земли. В отличие от прототипа, один из формирователей сигналов выполнен в виде генератора импульсов, а другой, обладающий большей чувствительностью своего выходного сигнала к изменению гравитационного поля Земли, выполнен в виде кварцевого генератора, выход которого связан с соответствующим входом измерительного блока через преобразователь гармонического сигнала в импульсный сигнал, при этом измерительный блок выполнен в виде измерителя временных интервалов.
Частота кварцевого генератора зависит от частоты собственных колебаний кварца. Нестабильность частоты генерируемых колебаний зависит от ряда факторов, результатом воздействия которых является возникновение частотных сдвигов.
Изменения сил гравитационного взаимодействия приводят к смещению частоты. Величина этих частотных сдвигов определяется, так называемой, g-чувствительностью и зависит от направления и значения приложенной силы, например, при воздействии ускорения на кварцевый генератор, его частота меняется пропорционально этому ускорению. Указанная g-чувствительность показывает степень подверженности генератора воздействию вибрации, ускорения и определяется как относительное изменение выходной частоты генератора при воздействии ускорения lg (g - ускорение силы тяжести вблизи поверхности Земли, приближенно равное 9,8 м/с2). Как правило, частотные сдвиги в генераторах возникают, в первую очередь из-за физических внутренних деформаций, и могут принимать значения от 10-10 до 10-6 и более на g [7] - Uwe Schweickert, Phasenrauschen, Phasenjitter und G-Sensitivity von Quarzoszillatoren, EEFC 2015 - 
2/3, November 2015, p. 24,43.
Сущность полезной модели и ее осуществимость поясняются структурной схемой устройства для гравитационных измерений.
Устройство для гравитационных измерений в рассматриваемом примере реализации содержит первый и второй формирователи сигналов, где первый формирователь сигналов выполнен в виде генератора 1 импульсов, а второй формирователь сигналов выполнен в виде кварцевого генератора 2.
Выход кварцевого генератора 2 через преобразователь 3 гармонического сигнала в импульсный сигнал соединен с первым входом измерительного блока 4, второй вход которого соединен с выходом генератора 1 импульсов.
Выход измерительного блока 4 образует выход устройства.
В качестве генератора 1 импульсов может быть применен генератор импульсов, выполненный на основе кольцевого оптоволоконного формирователя импульсов, способ функционирования и пример реализации которого представлен в патенте [8] - RU 2618788 (C1), Н03К 3/42, 11.05.2017 и для которого характерна практическая независимость частоты выходного сигнала от изменения гравитационного поля Земли.
Кварцевый генератор 2 в самом общем виде представляет собой усилитель, охваченный цепью положительной обратной связи, содержащей в качестве частотно-задающего элемента кварцевый резонатор, обладающий большой чувствительностью к изменению гравитационного поля Земли.
Преобразователь 3 гармонического сигнала в импульсный сигнал реализует функцию формирователя видеоимпульсов, частота следования которых совпадает с частотой входного гармонического сигнала. В простейшем случае он может быть выполнен в виде последовательно соединенных усилителя-ограничителя и дифференциатора.
Измерительный блок 4 выполнен в виде измерителя временных интервалов, например, на основе счетчика, осуществляющего подсчет количества опорных импульсов, создаваемых генератором 1 импульсов, приходящихся на один период следования измеряемых импульсов, поступающих с выхода преобразователя 3.
Все блоки заявляемого устройства стационарно размещены на общей платформе, снабженной средствами, обеспечивающими возможность ее пространственной ориентации в определенном положении. Блоки образуют единую конструкцию, функциональные связи блоков осуществлены с помощью электрических жгутов и кабелей, оснащенных соответствующими соединителями.
Передача выходных сигналов потребителю может осуществляться с помощью проводной линии или по каналу беспроводной связи.
На стороне потребителя выходные сигналы устройства поступают на блок индикации, функции которого может выполнять, например, персональная вычислительная машина (на структурной схеме не показана).
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Кварцевый генератор 2 формирует на своем выходе гармонический (синусоидальный) сигнал. Девиация частоты этого сигнала зависит от изменения гравитационного поля Земли в точке, где в момент измерения располагается устройство.
Выходной сигнал кварцевого генератора 2 поступает на вход преобразователя 3 гармонического сигнала в импульсный сигнал, который формирует видеимпульсы, частота следования которых соответствует частоте выходного сигнала кварцевого генератора 1. Эти видеоимпульсы поступают на соответствующий вход измерительного блока 4.
На другой вход измерительного блока 4 поступает последовательность опорных импульсов с выхода генератора 1 импульсов. Частота следования опорных импульсов существенно выше номинальной частоты сигнала, формируемого кварцевым генератором 2, и, следовательно, частоты следования видеоимпульсов, формируемых преобразователем 3. Это позволяет в измерительном блоке 4 определять девиацию частоты кварцевого генератора 2 путем подсчета количества опорных импульсов, приходящихся на один период следования импульсов, поступающих с выхода преобразователя 3.
Сравнивая измеренное значение девиации частоты кварцевого генератора 2 с тарировочной характеристикой зависимости частоты от силы тяжести, можно судить о величине гравитационного потенциала (потенциала гравитационного поля Земли) в точке нахождения устройства, а также, при необходимости, решать задачи по определению разности потенциалов гравитационного поля Земли между разными точками Земли или между значениями потенциала в одной точке, но в разные моменты времени.
При этом, в отличие от прототипа, не требуется применения сложного оборудования для формирования и дешифровки интерференционных картин и поставленные задачи гравитационных измерений решаются достаточно простыми радиотехническими средствами.
Рассмотренное показывает, что заявляемая полезная модель осуществима и обеспечивает достижение технического результата, заключающегося в создании более простого по реализации устройства для гравитационных измерений, в котором, в отличие от прототипа, используются более простые радиотехнические методы измерений.
Источники информации
1. RU 2345387 (C1), G01V 7/02, 27.01.2009.
2. RU 2427008 (С2), G01V 7/00, 20.08.2011.
3. RU 2342683 (С2), G01V 7/02, 27.12.2008.
4. RU 2171481 (C1), G01V 7/02, 27.01.2001.
5. RU 2619132 (C1), G01V 7/02, 12.05.2017.
6. RU 2136022 (C1), G01V 7/04, G01V 7/02, 27.08.1999.
7. Uwe Schweickert, Phasenrauschen, Phasenjitter und G-Sensitivity von Quarzoszillatoren, EEFC 2015 - 2/3, November 2015, p. 24, 43.
8. RU 2618788 (C1), H03K 3/42, 11.05.2017.
Claims (1)
- Устройство для гравитационных измерений, содержащее первый и второй формирователи сигналов, выходы которых связаны с соответствующими входами измерительного блока, выход которого является выходом устройства, причем указанные формирователи сигналов обладают разной чувствительностью своих выходных сигналов к изменению гравитационного поля Земли, отличающееся тем, что один из формирователей сигналов выполнен в виде генератора импульсов, а другой, обладающий большей чувствительностью своего выходного сигнала к изменению гравитационного поля Земли, выполнен в виде кварцевого генератора, выход которого связан с соответствующим входом измерительного блока через преобразователь гармонического сигнала в импульсный сигнал, при этом измерительный блок выполнен в виде измерителя временных интервалов.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019121803U RU192791U1 (ru) | 2019-07-09 | 2019-07-09 | Устройство для гравитационных измерений |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019121803U RU192791U1 (ru) | 2019-07-09 | 2019-07-09 | Устройство для гравитационных измерений |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU192791U1 true RU192791U1 (ru) | 2019-10-01 |
Family
ID=68162539
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019121803U RU192791U1 (ru) | 2019-07-09 | 2019-07-09 | Устройство для гравитационных измерений |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU192791U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2749844C1 (ru) * | 2020-10-16 | 2021-06-17 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Оптический гравиметр |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1141366A1 (ru) * | 1982-05-18 | 1985-02-23 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Геофизики Уральского Научного Центра Ан Ссср | Гравиметр |
| SU1182465A1 (ru) * | 1984-04-13 | 1985-09-30 | Научно-Производственное Объединение По Рудной Геофизике | Гравиметр дл съемки в движении |
| RU2136022C1 (ru) * | 1998-02-24 | 1999-08-27 | Научный центр гравитационно-волновых исследований "Дулкын" АН Республики Татарстан | Лазерный детектор гравитационно-индуцированного сдвига частоты генерации |
| RU2345387C1 (ru) * | 2007-05-25 | 2009-01-27 | Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН | Гравиметр |
| US20120174668A1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-12 | Anadish Kumar Pal | Gravity modulator and gravity-modulation reception |
-
2019
- 2019-07-09 RU RU2019121803U patent/RU192791U1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1141366A1 (ru) * | 1982-05-18 | 1985-02-23 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Геофизики Уральского Научного Центра Ан Ссср | Гравиметр |
| SU1182465A1 (ru) * | 1984-04-13 | 1985-09-30 | Научно-Производственное Объединение По Рудной Геофизике | Гравиметр дл съемки в движении |
| RU2136022C1 (ru) * | 1998-02-24 | 1999-08-27 | Научный центр гравитационно-волновых исследований "Дулкын" АН Республики Татарстан | Лазерный детектор гравитационно-индуцированного сдвига частоты генерации |
| RU2345387C1 (ru) * | 2007-05-25 | 2009-01-27 | Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН | Гравиметр |
| US20120174668A1 (en) * | 2011-01-11 | 2012-07-12 | Anadish Kumar Pal | Gravity modulator and gravity-modulation reception |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2749844C1 (ru) * | 2020-10-16 | 2021-06-17 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Физико-Технических И Радиотехнических Измерений" (Фгуп "Вниифтри") | Оптический гравиметр |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4158962A (en) | Cable tension measuring apparatus | |
| CN103868530B (zh) | 一种闭环光纤陀螺角加速度跟踪性能的测试方法 | |
| RU192791U1 (ru) | Устройство для гравитационных измерений | |
| CN104713575A (zh) | 一种闭环光纤陀螺频率特性的测试方法 | |
| Qiu et al. | A miniaturized low-frequency FBG accelerometer based on symmetrical cantilever beam | |
| JPS63168536A (ja) | 振動式密度計に於ける振動周期検出方法 | |
| CN103712634B (zh) | 光纤陀螺振动-磁场交叉耦合度的测量方法 | |
| CN114184192B (zh) | 一种惯性测量装置角速度测量通道传递函数的获取方法 | |
| EP4127733B1 (en) | Vibration remote sensor based on speckles tracking, which uses an optical-inertial accelerometer, and method for correcting the vibrational noise of such a sensor | |
| Lipatnikov et al. | Fiber-Оptic Vibration Sensor «VIB-A» | |
| CN104457791B (zh) | 一种静态条件下测量光纤陀螺带宽的方法 | |
| CN106054615A (zh) | 超低频地脉振动原子干涉仪隔振方法 | |
| RU2232410C1 (ru) | Способ выявления горизонтов полезных ископаемых (варианты) и устройство для его осуществления | |
| SU993131A1 (ru) | Устройство дл испытаний акселерометров в ударном режиме | |
| RU2780360C1 (ru) | Способ определения нестационарных углов тангажа и крена и устройство для его реализации | |
| SU1109715A1 (ru) | Устройство дл определени параметров нелинейных характеристик механических колебательных систем | |
| RU2263942C2 (ru) | Устройство динамической компенсации влияния обратной связи физической динамической системы на ее выходные сигналы | |
| RU2494405C1 (ru) | Способ и устройство для измерения ускорения силы тяжести | |
| Shcherbyna et al. | Сomplex approach to certification and metrological estimation the state of digital seismometric registrators | |
| RU30208U1 (ru) | Устройство динамической компенсации влияния обратной связи физической динамической системы на ее выходные сигналы | |
| Awad et al. | Measurement of low frequency mechanical vibrations based on an inverted magnetic pendulum | |
| Esmaeili et al. | A New Optical Method for Detecting Seismic Vibrations | |
| SU792148A1 (ru) | Ма тниковый компенсационный акселерометр | |
| RU2178548C1 (ru) | Микромеханический вибрационный гироскоп | |
| CN110260841A (zh) | 倾角传感器 |