RU2282219C1 - Sensor of device for measuring gravity constant - Google Patents
Sensor of device for measuring gravity constant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2282219C1 RU2282219C1 RU2005111331/28A RU2005111331A RU2282219C1 RU 2282219 C1 RU2282219 C1 RU 2282219C1 RU 2005111331/28 A RU2005111331/28 A RU 2005111331/28A RU 2005111331 A RU2005111331 A RU 2005111331A RU 2282219 C1 RU2282219 C1 RU 2282219C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gravitational
- vibrator
- gravitating
- concentric
- test bodies
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Область техникиTechnical field
Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения гравитационной постоянной - Gr, мировой физической константы, входящей в закон всемирного тяготения И.Ньютона, а также в качестве чувствительного вибратора с очень большим периодом колебаний для обнаружения гравитационных волн. Устройство предназначено для измерения периода колебаний гравитационного вибратора, который в дальнейшем интерполируется с искомым параметром - гравитационной постоянной.The invention relates to instrumentation and can be used to measure the gravitational constant - Gr, the world physical constant included in the law of universal gravitation of I. Newton, as well as a sensitive vibrator with a very long oscillation period for detecting gravitational waves. The device is designed to measure the period of oscillations of the gravitational vibrator, which is then interpolated with the desired parameter - the gravitational constant.
Уровень техникиState of the art
Известны устройства [1-4], которые предполагалось использовать для проведения гравитационных измерений.Known devices [1-4], which were supposed to be used for gravitational measurements.
Недостатком всех этих устройств является размещение пробных тел на весах Кавендиша в неоднородном гравитационном поле тяготеющих тел, причем малейшее смещение пробного тела приводит к изменению тяготеющей силы по довольно сложному закону. Этот недостаток частично преодолевается в устройстве, избранном нами в качестве прототипа [1].The disadvantage of all these devices is the placement of test bodies on the Cavendish balance in an inhomogeneous gravitational field of gravitating bodies, and the slightest displacement of the test body leads to a change in the gravitational force according to a rather complex law. This disadvantage is partially overcome in the device that we have chosen as a prototype [1].
Прототипом предлагаемого изобретения является устройство [1], в котором в качестве источника гравитационного поля используется массивная сфера со сферической полостью внутри, причем центры массивной сферы и полости смещены друг относительно друга, благодаря чему пробные тела маятника Кавендиша находятся в однородном или очень близком к однородному гравитационном поле, что позволяет повысить точность измерений.The prototype of the invention is a device [1], in which a massive sphere with a spherical cavity inside is used as the source of the gravitational field, the centers of the massive sphere and cavity being displaced relative to each other, so that the test bodies of the Cavendish pendulum are in a uniform or very close to a uniform gravitational field, which allows to increase the accuracy of measurements.
Недостатком прототипа является необходимость измерять коэффициенты упругости нитей, на которых подвешиваются весы Кавендиша, что вносит дополнительную погрешность в измеряемую величину.The disadvantage of the prototype is the need to measure the elastic coefficients of the threads on which the Cavendish scales are suspended, which introduces an additional error in the measured value.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Задачей предлагаемого изобретения является создание прибора для измерения периода колебаний гравитационного вибратора, который в дальнейшем интерполируется с искомым параметром-гравитационной постоянной с большей степенью точности по сравнению с существующими.The objective of the invention is to provide a device for measuring the period of oscillation of a gravitational vibrator, which is then interpolated with the desired parameter-gravitational constant with a greater degree of accuracy compared to existing ones.
Поставленная задача решается с помощью признаков, указанных в 1-м пункте формулы изобретения, общих с прототипом, таких как чувствительный элемент устройства для измерения гравитационной постоянной, включающий источник гравитационного поля и гравитационный вибратор, и отличительных существенных признаков, таких как источник выполнен в виде тяготеющего сфероидального тела, имеющего концентрическую сферическую полость и кольцевой вырез по плоскости большого круга, заполненный веществом с меньшей плотностью, чем плотность вещества тяготеющего тела, а в центре концентрической полости размещен гравитационный вибратор в виде стержня с двумя пробными телами, в середине длины которого размещен подшипник, содержащий ось, перпендикулярную оси стержня, на концах которой закреплены намагниченные шары из высококоэрцитивного магнитного материала и установлены кольца из сверхпроводящего материала, закрепленные неподвижно относительно тяготеющего тела.The problem is solved using the signs specified in the 1st claim, common with the prototype, such as a sensitive element of the device for measuring the gravitational constant, including the source of the gravitational field and the gravitational vibrator, and distinctive essential features, such as the source is made in the form of gravitational a spheroidal body having a concentric spherical cavity and an annular cut along the plane of a large circle, filled with a substance with a lower density than the density of the rod substance a moving body, and in the center of the concentric cavity there is a gravitational vibrator in the form of a rod with two test bodies, in the middle of the length of which there is a bearing containing an axis perpendicular to the axis of the rod, at the ends of which magnetized balls of a highly coercive magnetic material are fixed and rings of superconducting material are mounted, fixed motionless relative to the gravitating body.
Особенность выполнения - тяготеющего и пробных тел отражена в пункте 2 формулы изобретения, а именно тяготеющее тело выполнено из магнитомягкого материала, а пробные тела - из сплава, диамагнитная восприимчивость которого компенсирована парамагнитной восприимчивостью примесей.The peculiarity of the implementation of gravitating and test bodies is reflected in paragraph 2 of the claims, namely, the gravitating body is made of soft magnetic material, and the test bodies are made of an alloy whose diamagnetic susceptibility is compensated by the paramagnetic susceptibility of impurities.
Особенность выполнения внутренней стенки сферической полости нашла отражение в пункте 3 формулы, а именно стенки сферической полости имеют покрытие из материала-сплава пробных тел.The peculiarity of the implementation of the inner wall of the spherical cavity is reflected in paragraph 3 of the formula, namely, the walls of the spherical cavity are coated from an alloy material of test bodies.
Указанные выше отличительные признаки каждый в отдельности и все совместно направлены на решение поставленной задачи - создание прибора для экспериментального определения гравитационной постоянной с большей степенью точности по сравнению с существующими и являются существенными. Использование предлагаемого сочетания существенных отличительных признаков в известном уровне техники не обнаружено, следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию патентоспособности "новизна".The above distinguishing features, individually and all together, are aimed at solving the problem posed - the creation of an instrument for the experimental determination of the gravitational constant with a greater degree of accuracy compared to existing ones and are essential. The use of the proposed combination of significant distinguishing features in the prior art is not found, therefore, the proposed technical solution meets the patentability criterion of "novelty."
Единая совокупность новых существенных признаков с общими, известными обеспечивает решение поставленной задачи, является не очевидной для специалистов в данной области техники и свидетельствует о соответствии заявленного технического решения критерию патентоспособности "изобретательский уровень".A single set of new essential features with common, well-known provides a solution to the problem, is not obvious to specialists in this field of technology and indicates that the claimed technical solution meets the patentability criterion of "inventive step".
Подобно прототипу [1], в качестве источника гравитационного поля используется массивная сфера со сферической полостью внутри, с тем отличием, что в предлагаемом устройстве центры массивной сферы и сферической полости совпадают, и в массивной сфере по плоскости большого круга сделан кольцевой вырез, заполненный веществом с меньшей плотностью, нежели плотность вещества, из которого изготовлена массивная сфера. Это приводит к тому, что гравитационное поле в полости имеет по общей оси "потенциальную яму", так, как будто в кольцевом вырезе размещена отрицательная масса. Эта особенность конструкции позволяют разместить в полости весы Кавендиша без применения упругих нитей или пружин, т.е. исключить из измерений коэффициент их упругости.Like the prototype [1], a massive sphere with a spherical cavity inside is used as the source of the gravitational field, with the difference that the centers of the massive sphere and the spherical cavity coincide in the proposed device, and an annular cut is made in the massive sphere along the plane of a large circle filled with lower density than the density of the substance from which the massive sphere is made. This leads to the fact that the gravitational field in the cavity has a “potential well” along the common axis, as if a negative mass were placed in the annular cutout. This design feature allows you to place Cavendish scales in the cavity without using elastic threads or springs, i.e. exclude from the measurements the coefficient of their elasticity.
Для сохранения центрального положения оси поворотов весов Кавендиша и обеспечения только одной угловой степени свободы, а также исключения флуктуационных помех со стороны электрического поля предлагается применить подшипники [5, 6] следующего типа: взвешиваемое тело представляет собой постоянный магнит в виде сферы из самарий-кобальтового феррита, а упорная система - кольцевая группа из сверхпроводника. Наличие подшипника позволяет создать устойчивый подвес коромысла с пробным телом, то есть гравитационного вибратора.To maintain the central position of the axis of rotation of the Cavendish scales and ensure only one angular degree of freedom, as well as to eliminate fluctuation interference from the electric field, it is proposed to use bearings [5, 6] of the following type: the weighed body is a permanent magnet in the form of a sphere made of samarium-cobalt ferrite , and the thrust system is a ring group of a superconductor. The presence of the bearing allows you to create a stable suspension rocker with a test body, that is, a gravitational vibrator.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Сущность предлагаемого изобретения представлена на нижеследующих чертежах:The essence of the invention is presented in the following drawings:
Фиг.1. Гравитационный вибратор с тяготеющим телом, имеющим концентрическую полостьFigure 1. Gravity vibrator with a gravitational body having a concentric cavity
Фиг.2. Схема размещения подшипника относительно пояса "отрицательной массы" в гравитационном вибраторе.Figure 2. The layout of the bearing relative to the belt of "negative mass" in the gravitational vibrator.
Осуществление изобретенияThe implementation of the invention
Чувствительный элемент устройства для измерения гравитационной постоянной (фиг.1) включает источник гравитационного поля и гравитационный вибратор. Источник выполнен в виде тяготеющего сфероидального тела 1 (например из стали), имеющего концентрическую сферическую полость 2 и кольцевой вырез 3 по плоскости большого круга, заполненный веществом с меньшей плотностью, чем плотность вещества тяготеющего тела, в результате чего создан пояс "отрицательной массы". В центре концентрической полости 2 размещен гравитационный вибратор (фиг.2) в виде стержня 4 с двумя пробными телами 5, в середине длины которого размещен подшипник 6, содержащий ось 7, перпендикулярную оси стержня 4, на концах которой закреплены намагниченные шары 8 из высококоэрцитивного магнитного материала и установлены кольца 9 из сверхпроводящего материала, закрепленные неподвижно относительно тяготеющего тела 1. В конструкции предусматриваются демпфирующие высшие гармоники колебаний индукционные экраны вокруг шаров 8, не показанные на чертежах.The sensitive element of the device for measuring the gravitational constant (figure 1) includes a source of gravitational field and a gravitational vibrator. The source is made in the form of a gravitational spheroidal body 1 (for example, steel), having a concentric spherical cavity 2 and an annular cutout 3 along the plane of a large circle, filled with a substance with a lower density than the density of the substance of a gravitating body, resulting in a "negative mass" belt. In the center of the concentric cavity 2 there is placed a gravitational vibrator (Fig. 2) in the form of a rod 4 with two
Тяготеющее тело 1 выполняется из магнитомягкого материала, а пробные тела 5 - из сплава, диамагнитная восприимчивость которого компенсирована парамагнитной восприимчивостью примесей.The gravitating body 1 is made of soft magnetic material, and the
Стенки сферической полости 3 имеют покрытие 10 из материала-сплава пробных тел.The walls of the spherical cavity 3 have a
Устройство работает следующим образом. Сферические магниты 8 на концах оси 7 вибратора наводят в сверхпроводящих неподвижных кольцах 9 индукционные токи, создающие устойчивый подвес коромысла 4 с пробными немагнитными телами 5, имеющими также сферическую форму. В одиночном тяготеющем теле 1 со сферической полостью 2 существует минимум потенциальной энергии тяготения пробного тела 5 гравитационного диполя и тяготеющего тела 1. Гравитационный диполь имеет собственную частоту колебаний как функцию значения гравитационной постоянной, так и амплитуды угловых колебаний. Влияние упругости нити на точность измерений - исключено. Под действием какого-либо внешнего возмущения, например толчка или начального отклонения от положения равновесия, гравитационный вибратор начинает колебаться, причем фиксируются моменты его прохождения через положение равновесия, то есть через точку минимальной потенциальной энергии с очень малым затуханием в вакууме. Так как поле гравитационного пояса отрицательной массы может быть точно вычислено, то в расчете промежутков времени между отдельными прохождениями через положение равновесия будет всегда фигурировать гравитационная постоянная Gr. Период колебаний гравитационного диполя может составлять до десяти часов, а измерение времени можно производить с точностью до 10-4-10-5 сек, используя несложные приборы, поэтому гравитационный вибратор может послужить прибором для измерения гравитационной постоянной с большей точностью, чем производилось до сих пор. Другое возможное применение гравитационного вибратора - использование его в качестве чувствительного элемента для обнаружения гравитационных волн в силу большого собственного периода колебаний и малого декремента затухания.The device operates as follows.
Преимуществом конструкции является значительно большая энергия собственных колебаний и однородность гравитационного поля взаимодействия в эксцентрической полости 2.The advantage of the design is the significantly higher energy of natural vibrations and the uniformity of the gravitational interaction field in the eccentric cavity 2.
В рассматриваемом устройстве предлагается осуществить ряд мер по уменьшению влияния различных факторов на точность измерений. Первое, что необходимо сделать - уменьшить влияние магнитного поля. Для достижения этой цели тяготеющее тело 1 выполняется из магнитомягкого материала, экранирующего полость 2, а пробное тело 5 - из диамагнитного по известному способу.In this device, it is proposed to implement a number of measures to reduce the influence of various factors on the accuracy of measurements. The first thing to do is to reduce the influence of the magnetic field. To achieve this goal, the gravitating body 1 is made of soft magnetic material that shields the cavity 2, and the
Уменьшить влияние электрического поля, которое может вызываться [7] контактной разностью потенциалов между материалом полости 2 и тяготеющего тела 1 и пробными телами 5, можно путем создания идентичных покрытий поверхности полости 2 и пробного тела 5 и периодическим замыканием их друг на друга через пластинки реле.The influence of the electric field, which can be caused [7] by the contact potential difference between the material of the cavity 2 and the gravitating body 1 and the
Результаты программного расчета предлагаемого устройства сведены в таблицу:The results of the software calculation of the proposed device are summarized in the table:
Конструкция сателлита, на котором предлагается установить вышеописанный прибор, должна обеспечивать изотермичность температуры пространства расположения прибора при температуре жидкого азота.The satellite design, on which it is proposed to install the above-described device, should ensure the isothermal temperature of the device’s space at the temperature of liquid nitrogen.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.INFORMATION SOURCES.
1. В.Н.Рыбин и А.Е.Синельников. "Способ поверки гравитационных приборов и устройство для его осуществления". МПК G 01 V 7/00, №175 6844 А1, 11.03.90.1. V.N. Rybin and A.E. Sinelnikov. "The method of verification of gravitational devices and a device for its implementation." IPC G 01 V 7/00, No. 175 6844 A1, 03/11/90.
2. К.Уилл. "Теория и эксперимент в гравитационной физике". - М.: Энергоатомиздат, 1985, 292.2. C. Will. "Theory and experiment in gravitational physics." - M .: Energoatomizdat, 1985, 292.
3. Косинов Н.В. "Константные базисы физических и космологических теорий". Физический вакуум и природа. № 5, 2002, с.69-103, http://rusnauka.narod kosinov-n/13/.3. Kosinov N.V. "Constant bases of physical and cosmological theories." Physical vacuum and nature. No. 5, 2002, p. 69-103, http: //rusnauka.narod kosinov-n / 13 /.
4. А.с. СССР № 1083795, МПК G 01 V 7/02. В.А.Чаркин и Ф.Ф.Менде. "ГРАВИМЕТР", 07.07.86. Бюл.№ 25.4. A.S. USSR No. 1083795, IPC G 01 V 7/02. V.A. Charkin and F.F. Mende. "GRAVIMETER", 07.07.86. Bull.No 25.
5. WO 2004020942, G 01 V 7/00. Barrot Francois. Moser Roland. Sandner Jan "DIAMAGNETIC LEVITATION SYSTEM" 2004-03-11.5. WO 2004020942, G 01 V 7/00. Barrot Francois. Moser Roland. Sandner Jan "DIAMAGNETIC LEVITATION SYSTEM" 2004-03-11.
6. Pat. US4935883 Hulsing||Rand H (US) "Apparatus und method for leveling a gravity measurement device." G 01 V 7/00, 1990-06-19.6. Pat. US4935883 Hulsing || Rand H (US) "Apparatus und method for leveling a gravity measurement device." G 01 V 7/00, 1990-06-19.
7. В.Б.Брагинский, А.Б.Манукин. "Измерение малых сил в физических экспериментах". М.: "НАУКА", 1974, 152 с.7. V.B. Braginsky, A.B. Manukin. "Measurement of small forces in physical experiments." M .: "SCIENCE", 1974, 152 p.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005111331/28A RU2282219C1 (en) | 2005-04-18 | 2005-04-18 | Sensor of device for measuring gravity constant |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005111331/28A RU2282219C1 (en) | 2005-04-18 | 2005-04-18 | Sensor of device for measuring gravity constant |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2282219C1 true RU2282219C1 (en) | 2006-08-20 |
Family
ID=37060711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005111331/28A RU2282219C1 (en) | 2005-04-18 | 2005-04-18 | Sensor of device for measuring gravity constant |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2282219C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2543707C1 (en) * | 2013-11-20 | 2015-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Gravitational constant measurement method |
RU2797144C1 (en) * | 2023-01-23 | 2023-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук | Gravimeter |
-
2005
- 2005-04-18 RU RU2005111331/28A patent/RU2282219C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2543707C1 (en) * | 2013-11-20 | 2015-03-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВПО "КГЭУ") | Gravitational constant measurement method |
RU2797144C1 (en) * | 2023-01-23 | 2023-05-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта Российской академии наук | Gravimeter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Piso | Applications of magnetic fluids for inertial sensors | |
CN107329184A (en) | Axial symmetry elastic system and gravimeter | |
Fujii et al. | Mass measurement under weightless conditions | |
Luo et al. | Status of measurement of the Newtonian gravitational constant G | |
CN103808461A (en) | Device for measuring rotational inertia of rigid body through magnetic suspension rotating platform | |
CN117471563B (en) | Suspension pendulum vibration isolation device, universal gravitation constant measuring device and measuring method thereof | |
RU2282219C1 (en) | Sensor of device for measuring gravity constant | |
Xu et al. | A nano-g electromagnetic accelerometer with 152-dB wide dynamic range | |
US3924261A (en) | Displacement detector using magnetometer sensor | |
Manukin et al. | A seismometer for observations on Mars | |
CN207051509U (en) | Axial symmetry elastic system and gravimeter | |
CN106054615B (en) | Vibration isolation method for ultralow-frequency earth-pulse vibration atomic interferometer | |
RU79342U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING A GRAVITATIONAL CONSTANT | |
Fremd | Symmetric triaxial rotational piezoelectric seismometers | |
CN105242324B (en) | Relative gravity sensor based on space cross flexible support structure | |
RU2438151C1 (en) | Gravitational variometre | |
RU2439713C2 (en) | Plant model with angular vibration of solid core and method of demonstrating flow separation from discretely rotating solid core (versions) | |
Lorrain | Low natural frequency vibration isolator or seismograph | |
RU2317573C2 (en) | Space station satellite for determination of gravitational constant | |
Brill et al. | Fast and sensitive magnetic susceptometer for the study of rapid biochemical reactions | |
RU2345387C1 (en) | Gravimeter | |
Dmitriev | Frequency Dependence of Rotor's Free Falling Acceleration and Inequality of Inertial and Gravity Masses | |
Mao et al. | Apparatus for Testing Gravimeter Based on Sinusoidal Modulation of Gravitational Signal | |
Cross | Systematic Error Sources in a Measurement of G using a Cryogenic Torsion Pendulum DISSERTATION | |
RU2033632C1 (en) | Gravity three-component gradiometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070419 |