RU2002281C1

RU2002281C1 - Vertical gradient meter

Info

Publication number: RU2002281C1
Authority: RU
Inventors: Владимир Михайлович Субботин
Original assignee: Пермский политехнический институт
Priority date: 1990-05-24
Filing date: 1990-05-24
Publication date: 1993-10-30

Abstract

Использование: измерительна техника в частности , дл измерени вертикального градиента Цель изобретени - повышение точности измерений . Сущность: чувствительна система измерител содержит только один груз, например, в виде посто нного магнита магнитопровода. полюсного но- конечника и опор, при этом груз снабжен основным и дополнительным датчиками силы в виде обмоток, которые подключены к источнику тока, груз снабжен указателем перемещени , измерительное устройство выполнено в виде измерител тока, а корпус чувствительной системы снабжен устройством перемены мест по высоте в виде штанги, установленной цапфой и опорой на подставке 1 зпф-лы. 1 илUsage: a measuring technique, in particular for measuring a vertical gradient. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurements. SUBSTANCE: sensitive meter system contains only one load, for example, in the form of a permanent magnet of a magnetic circuit. pole end and supports, while the load is equipped with primary and secondary force sensors in the form of windings that are connected to a current source, the load is equipped with a movement indicator, the measuring device is made in the form of a current meter, and the case of the sensitive system is equipped with a device for changing places in height the form of a bar mounted by a trunnion and a support on a stand 1 zpf-ly. 1 silt

Description

Изобретение относитс к измерительной технике и предназначено дл измерени вертикального градиента ускорени силы т хчести.The invention relates to measuring technique and is intended to measure a vertical gradient of acceleration of gravity.

Известен вертикальный гравитационный градиентометр, содержащий вакуумирован- ный корпус с размещенными в нем массами, усилитель, регистратор, подставку,Known vertical gravity gradiometer containing a vacuum housing with masses placed in it, an amplifier, recorder, stand,

Недостатком этого градиентометра вл етс то, что его чувствительность к измер емому градиенту практически равна нулю, так как их перемещение практически будет происходить по одному и тому же закону.The disadvantage of this gradiometer is that its sensitivity to the measured gradient is practically zero, since their movement will practically occur according to the same law.

Известен также вертикальный градиентометр , содержащий чувствительную систему из коромысла, двух грузов, расположенных на разных высотах и измерительного устройства (прототип).Also known is a vertical gradiometer containing a sensitive system of a beam, two loads located at different heights and a measuring device (prototype).

Этому градиентометру присущи значительные методические погрешности от ускорени q силы т жести, т.к. компенсаци вли ни q на выходной сигнал градиентометра осуществл етс за счет жестких допу- сков на конструктивные параметры измерител и точной его настройкой (юстировкой ). Например, дл измерени Wzz с точностью до 1 Э требуетс Significant methodological errors from the acceleration of gravity q are inherent in this gradiometer, since Compensation of the effect of q on the output signal of the gradiometer is carried out by tight tolerances on the design parameters of the meter and its fine tuning (adjustment). For example, measuring Wzz with an accuracy of 1 Oe requires

Дгл/m 10Dgl / m 10

-11-eleven

где т - массы грузов;where t is the mass of goods;

Am- разность масс грузоь, а это невозможно реализовать.Am is the mass difference of the load, and this is impossible to realize.

Кроме того, недостатком градиентометра вл етс также наличие методической и инструментальной погрешности из-за несбалансированности коромысла.In addition, the disadvantage of the gradiometer is also the presence of methodological and instrumental errors due to the imbalance of the rocker arm.

Цель изобретени - повышение точности измерени Wzz,The purpose of the invention is to improve the accuracy of the measurement of Wzz,

Дл достижени указанной цели чувствительна система содержит только один груз, снабженный основным и дополнительным датчиками силы, обмотки которых подключены к источнику тока, груз снабжен указателем перемещени , измерительное устройство выполнено в виде измерител тока, включенного в цепь питани обмотки дополнительного датчика силы, а корпус чувствительной системы снабжен устройством перемены мест по высоте.To achieve this goal, the sensitive system contains only one load, equipped with primary and secondary force sensors, the windings of which are connected to a current source, the load is equipped with a movement indicator, the measuring device is designed as a current meter, included in the power supply circuit of the winding of an additional force sensor, and the housing is sensitive The system is equipped with a device for changing places in height.

В результате в предлагаемом измерителе на разных высотах производитс уравновешивание одного и того же груза с помощью указател перемещени груза одними и теми же датчиками силы, чем исключаютс методические погрешности от q.As a result, in the proposed meter at different heights, the same load is balanced with the help of a pointer to move the load with the same force sensors, which eliminates methodological errors from q.

Так как вместо коромысла груз снабжен основными и дополнительным датчиками силы, то исчезает методическа и инструментальна погрешности по сравнению с прототипом от несбалансированности коромысла .Since instead of the rocker arm the load is equipped with basic and additional force sensors, the methodological and instrumental errors disappear compared with the prototype from the imbalance of the rocker arm.

Таким образом, предлагаемый измеритель по сравнению с прототипом имеет более высокую точность измерени вертикального градиента.Thus, the proposed meter in comparison with the prototype has a higher accuracy of measuring the vertical gradient.

За вителю и автору не известны технические решени , признаки которых совпа0 дают с отличительными признаками за вл емого технического решени , поэтому оно соответствует критерию новизна. Указанные признаки в предложенном измерителе обеспечивают достижение но5 вого свойства, а именно повышение точности измерени вертикального градиента, что позвол ет сделать вывод о соответствии за вленного решени критерию существенные отличи .The inventor and the author are not aware of technical solutions whose features coincide with the distinguishing features of the claimed technical solution, therefore it meets the criterion of novelty. The indicated features in the proposed meter ensure the achievement of a new property, namely, an increase in the accuracy of measuring the vertical gradient, which allows us to conclude that there are significant differences to the criterion for the solution.

0 На чертеже показана принципиальна схема предлагаемого измерител вертикального градиента и ускорени силы т жести .0 The drawing shows a schematic diagram of the proposed meter vertical gradient and acceleration of gravity.

Чувствительна система содержит одинSensitive system contains one

5 груз, например, в виде посто нного магнита 1, магнитопровода 2, полюсного наконечника 3 и опор 4 5, подвешенных в корпусе блока 6, который цапфой 7 с помощью опоры 8 установлен в штангу 9 устройства пере0 мены мест по высоте. Штанга 9 цапфой 10 и опорой 11 установлена на подставке 12 и имеет противовес 13. Груз снабжен датчиком 14 перемещени , например, индуктивным (или емкостным, или растровым5, for example, in the form of a permanent magnet 1, a magnetic circuit 2, a pole piece 3, and supports 4 5 suspended in a housing of a unit 6, which, using a support 8, is mounted in a rod 9 in a rod 9 of a height change device. The rod 9 with a pin 10 and a support 11 is mounted on the stand 12 and has a counterweight 13. The load is equipped with a displacement sensor 14, for example, inductive (or capacitive, or raster

5 фотоэлектрическим первичным преобразователем с разрешающей способностью в дес тые доли микрона). Выход датчика перемещени соединен с указателем 15 перемещени , например, в виде вольтметра в5 by a photoelectric primary converter with a resolution in tenths of a micron). The output of the displacement sensor is connected to the displacement indicator 15, for example, in the form of a voltmeter in

0 случае индуктивного датчика перемещени . Груз снабжен основным датчиком силы в виде посто нного магнита 1, магнитопровода 2, полюсного наконечника 3 и обмотки 16 и дополнительным датчиком силы в виде0 case of inductive displacement encoder. The load is equipped with a main force sensor in the form of a permanent magnet 1, magnetic circuit 2, pole piece 3 and winding 16 and an additional force sensor in the form

5 посто нного магнита 1, магнитопровода 2, полюсного наконечника 3 и обмотки 17. Обмотки 16, 17 подключены к источнику 18 посто нного тока через устройства изменени величины питающего тока (или напр 0 жени ), например, в виде переменных сопротивлений 19, 20 и контактные переключатели 21, 22.5 of a permanent magnet 1, magnetic circuit 2, pole piece 3 and winding 17. The windings 16, 17 are connected to a constant current source 18 through devices for varying the supply current (or voltage 0), for example, in the form of variable resistances 19, 20 and contact switches 21, 22.

В цепь питани обмотки 17 включен измеритель 23, например, тока, со шкалой,In the power circuit of the winding 17 is included a meter 23, for example, current, with a scale,

5 отградуированной в величинах вертикального градиента Wzz. Груз подвешен в корпусе блока 6 на упругих пластинах 24, 25, снабженных задатчиком силы в продольном направлении пластин, например, в виде пружин 26 (или магнитоэлектрического датчика силы и т.п.) дл обеспечени малой жесткости. В направлении оси чувствительности прибора при достаточной (дл обеспечени направлени движени груза) жесткости в перпендикул рной плоскости (к оси чувствительности).5 Wzz graded in vertical gradient values. The load is suspended in the housing of block 6 on elastic plates 24, 25 provided with a force adjuster in the longitudinal direction of the plates, for example, in the form of springs 26 (or a magnetoelectric force sensor, etc.) to provide low rigidity. In the direction of the axis of sensitivity of the device with sufficient (to ensure the direction of movement of the load) stiffness in the perpendicular plane (to the axis of sensitivity).

Поворотом штанги 9 корпус блока 6 может измен ть свое положение по высоте. Предусмотрены арретиры дл арретирова- ни штанги 9 с корпусом блока 6 в верхнем и нижнем положени х и дл арретировани корпуса блока 6 на штанге 9.By turning the rod 9, the body of the block 6 can change its height position. Cages are provided for arresting the rod 9 with the block body 6 in the upper and lower positions and for locking the block body 6 on the rod 9.

Датчик 14 перемещени при изготовлении (сборке) прибора устанавливаетс в нулевое положение (нулевое показание указател 15 перемещени ) при горизонтальном (недеформированном) положении упругих пластин 24, 25.The displacement sensor 14 during manufacture (assembly) of the device is set to the zero position (zero indication of the displacement indicator 15) with the horizontal (undeformed) position of the elastic plates 24, 25.

В рабочем положении измерител его ось чувствительности (ось симметрии груза) располагаетс в направлении силы т жести.In the operating position of the meter, its sensitivity axis (axis of symmetry of the load) is located in the direction of gravity.

Корпус блока 6 герметизируетс и может вакуумироватьс . Дл затухани колебаний груза предусматриваетс демпфирование (например, за счет зазоров между магнитопроводом 2, наконечником 3 и каркасом 27 обмоток 16, 17 в случае нева- куумированного корпуса 6).The housing of block 6 is sealed and can be evacuated. To attenuate the oscillations of the load, damping is provided (for example, due to gaps between the magnetic core 2, the tip 3 and the frame 27 of the windings 16, 17 in the case of a non-vacuum housing 6).

В рассматриваемом примере принципиальной схемы измерител в качестве гру- за используетс посто нный магнит с магнитопроводом, а можно магнитопровод с магнитом и наконечником закрепить на корпусе и в качестве груза подвесить каркас 27 с обмотками 16, 17.In the considered example of the circuit diagram of the meter, a permanent magnet with a magnetic circuit is used as a load, or it is possible to fix a magnetic circuit with a magnet and a tip on the body and suspend the frame 27 with windings 16, 17 as a load.

Предлагаемый измеритель работает следующим образом. (Определение измер емой величины производитс алгоритмическим методом (4), (5) о два такта измерени ).The proposed meter works as follows. (The measurement is determined by the algorithmic method (4), (5) about two measurement steps).

Первый такт. Корпус блока 6 с чувстви- тельной системой установлен в верхнее положение , контактный переключатель 21 замкнут, переключатель 22 разомкнут, Изменение величины питающего напр жени обмотки 16 основного датчика силы сопро- тивлением 19 устанавливаетс нулевое показание указател 15 перемещени .The first beat. The case of the unit 6 with the sensing system is installed in the upper position, the contact switch 21 is closed, the switch 22 is open. Changing the supply voltage of the winding 16 of the main force sensor with resistance 19, the indication of the movement indicator 15 is set to zero.

В результате сила т жести груза уравновешиваетс силой основного датчика силы (обмотка 16) и силой упругих пластин 24, 25 As a result, the gravity of the load is balanced by the force of the main force sensor (winding 16) and the force of the elastic plates 24, 25

mg Fgci + ciz,(1)mg Fgci + ciz, (1)

где m - масса груза;where m is the mass of the cargo;

g - ускорение силы т жести на уровне т жести груза в верхнем положении;g is the acceleration of gravity at the level of gravity of the cargo in the upper position;

FgCi - сила основного датчика силы; FgCi is the strength of the main force sensor;

С1 - суммарна жесткость упругих пластин 23, 24;C1 is the total stiffness of the elastic plates 23, 24;

z - отклонение груза от расчетного нулевого положени груза (т.е. отклонение от идеального нул по указателю 15),z is the deviation of the cargo from the calculated zero position of the cargo (i.e., the deviation from the ideal zero by pointer 15),

Fgc1 BhH,(2)Fgc1 BhH, (2)

где В - магнитна индукци в зазоре между полюсным наконечником 3 и магнитопроводом 2,where B is the magnetic induction in the gap between the pole piece 3 and the magnetic circuit 2,

h -длина проводника обмотки 16;h is the length of the conductor of the winding 16;

h - ток в обмотке 16.h is the current in the winding 16.

Второй такт. Контактные переключатели 21, 22 замкнуты, корпус блока 6 устанавливаетс в нижнее положение. Изменением величины питающего напр жени обмотки дополнительного датчика силы сопротивлени 20 устанавливаетс нулевое положение указател 15 перемещени . Можно устанавливать показание указател перемещени в обоих тактах измерени и не на нуль, а какое-то определенное значение, соответствующее определенному Wzz, например 2000 Э, а в дальнейшем это учитывать. За счет этого можно повысить точность измерени , так как диапазоны измерени будут , например, не 0 - 4000 Э, а 2000-4000 Э 20003.The second beat. Contact switches 21, 22 are closed, the housing of block 6 is set to the lower position. By changing the magnitude of the supply voltage of the winding of the additional resistance sensor 20, the zero position of the movement indicator 15 is set. It is possible to set the indication of the movement indicator in both measurement steps and not to zero, but some specific value corresponding to a specific Wzz, for example 2000 Oe, and this should be taken into account in the future. Due to this, it is possible to increase the measurement accuracy, since the measurement ranges will be, for example, not 0-4000 Oe, but 2000-4000 Oe 20003.

В результате имеемAs a result, we have

m(g + WzzH) Fgci + FgC2 + ci(z + Zo), (3)m (g + WzzH) Fgci + FgC2 + ci (z + Zo), (3)

где Wzz - вертикальный градиент;where Wzz is the vertical gradient;

H - рассто ние между центрами масс груза в верхнем и нижнем положени х;H is the distance between the centers of mass of the load in the upper and lower positions;

A z - величина отклонени груза от нулевого положени первого такта.A z is the amount of deviation of the load from the zero position of the first measure.

Так как за врем двух тактов измерени В, И, И неизменны, то из выражени (1)-(3) имеемSince during the two clock cycles the measurements of B, I, and I are unchanged, from expression (1) - (3) we have

mWzzH Fgd + ci AZ; ci Az« mWzzH.mWzzH Fgd + ci AZ; ci Az "mWzzH.

(4) (5)(4) (5)

Условие (5) легко выполн етс , так как Az определ етс порогом чувствительности датчика перемещени и равно пор дка 1 /Ж 10 м. (и возможно 0,1 /Ж), а малость ci обеспечиваетс соответствующими конструктивными параметрами упругих пластин и продольной силой, прикладываемой к пластинам (6).Condition (5) is easily satisfied, since Az is determined by the sensitivity threshold of the displacement sensor and is of the order of 1 / L 10 m (and possibly 0.1 / L), and the smallness of ci is ensured by the corresponding structural parameters of the elastic plates and the longitudinal force. applied to the plates (6).

Из выражени (4) с учетом услови (5) имеемFrom expression (4), taking into account condition (5), we have

Fgc2 mHWzz,(6)Fgc2 mHWzz, (6)

Fgc2 вл етс выходом Wzz. который наблюдаетс по шкале указател 23.Fgc2 is the output of Wzz. which is observed on a scale of index 23.

Из выражени (6) погрешность выходного сигнала, т.е. относительна погрешность измерени равна (4)From expression (6), the error of the output signal, i.e. relative measurement error is equal to (4)

, AFgc2 Am + АН, AFgc2 Am + AN

Fgc2ГПHFgc2GPH

(7)(7)

Методическа погрешность от g и неуравновешенности коромыспа отсутствует, отсутствуют по сравнению с прототипом и требовани Дт/m и другие, т.е. точность измерени Wzz повысилась, и прибор в отличие от прототипа при точности не хуФормула изобретени The methodological error from g and the unbalance of the rocker arm is absent, absent in comparison with the prototype and the requirements Dt / m and others, i.e. Wzz measurement accuracy is improved, and the device, unlike the prototype, does not have the accuracy of the invention

Claims

1. VERTICAL GRADIENT MEASURER, comprising a sensitive system enclosed in a housing and a measuring device, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements, the sensitive system comprises a load equipped with a movement indicator and primary and secondary force sensors, the windings of which are connected to a current source measuring device

however, 1 Oe is quite possible to create with the current level of technology.

(56) A.P. Yuzefovich and L.V. Ogorodova, Gravitometri. M .: Nedra, 1980, p. 257.

made in the form of a current meter included in the power supply circuit of the winding of an additional force sensor, and the housing of the sensitive system is mounted with the possibility of moving vertically.

2. The meter according to claim 1, characterized in that the load of the sensitive system is made in the form of a permanent magnet, a magnetic pipe and a pole piece suspended in a housing on elastic guide rails.

zt

27