RU2461027C1 - Способ и устройство для измерения ускорения силы тяжести - Google Patents
Способ и устройство для измерения ускорения силы тяжести Download PDFInfo
- Publication number
- RU2461027C1 RU2461027C1 RU2011114106/28A RU2011114106A RU2461027C1 RU 2461027 C1 RU2461027 C1 RU 2461027C1 RU 2011114106/28 A RU2011114106/28 A RU 2011114106/28A RU 2011114106 A RU2011114106 A RU 2011114106A RU 2461027 C1 RU2461027 C1 RU 2461027C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- angular velocity
- axis
- gravity
- disk
- precession
- Prior art date
Links
Landscapes
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в геофизике, астрономии и астрофизике. Согласно изобретению способ и устройство для измерения ускорения силы тяжести основаны на определении угловой скорости вращения волчка и угловой скорости прецессии волчка. Угловую скорость вращения волчка определяют по количеству отражений света от диска в единицу времени, а угловую скорость прецессии волчка - по количеству пересечений светового потока осью волчка. Ускорение силы тяжести вычисляют по формуле 
, где ω1 - угловая скорость вращения волчка, ω2 - угловая скорость прецессии волчка, R - радиус диска, l - расстояние от основания оси до центра тяжести волчка, выполненного в форме диска со светоотражающими сегментами. Благодаря этому может быть повышена точность измерений и расширена область использования. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области геофизики, астрономии и астрофизики, а именно к способам и устройствам измерения ускорения силы тяжести.
Известны способы для измерения абсолютного значения ускорения силы тяжести, например, к ним относятся баллистический и маятниковый.
Баллистический метод основан на измерении ускорения силы тяжести g, определяемом по результатам измерения пути и времени свободного падения оптического уголкового отражателя.
Главными источниками погрешностей баллистического метода являются торможение падающего отражателя окружающим воздухом, взаимодействие с электрическими и магнитными полями, микроколебания фундамента, вращение отражателя, не вертикальность светового луча. Поэтому баллистические гравиметры практически невозможно использовать с подвижных оснований: на надводных и подводных судах, автомобилях, авиатранспорте (Огородова Л.В., Шимбирев Б.П., Юзефович А.П. Гравиметрия, М., «Недра», 1978, с.82).
К наиболее близким к заявляемому по назначению является маятниковый способ измерения ускорения силы тяжести и устройство «Агат», реализующее данный способ, представляющее собой комплекс высокоточной маятниковой аппаратуры (Грушинский Н.П., Сажина М. Гравитационная разведка. «Недра», 1981, с.97). Принцип, лежащий в основе измерений ускорения силы тяжести маятникового способа, заключается в использовании зависимости периода колебаний свободного маятника от ускорения силы тяжести g. Однако данный способ имеет ряд ограничений. Например, для его осуществления необходимо либо предварительное вычисление силы тяжести в исходной точке либо для вычисления абсолютного значения g знание длины маятника с высокой степенью точности, кроме того способ длителен по времени, так как для получения точных значений g необходимо значительно продлить время наблюдения. К недостаткам способа можно отнести также необходимость учета поправок, вызванных колебаниями маятника в плоскостях, отличных от плоскости качания, которые часто непредсказуемы, учета силы трения и изменения температуры.
Гравиметрический комплекс «Агат» для реализации известного способа включает источник питания, стандарт частоты, измерительную систему, состоящую из запускающего устройства, чувствительного элемента в виде трех двухмаятниковых приборов и оптической системы съема информации, соединенной с пересчетным устройством. Маятниковые приборы чувствительного элемента представляют собой два маятника, каждый из которых состоит из кварцевого стержня, скрепленного в верхней части с агатовой головкой, составляющей единую деталь с опорной призмой, а в нижней части стержень сваривается с тяжелым цилиндрическим грузом. Маятники расположены один против другого в плоскости качания и качаются в противофазе. Колебания маятника близки к гармоническим, поэтому для повышения точности определения g можно измерять длительность не одного, а большого числа собственных колебаний маятника. Измерение периода колебаний маятников осуществляется с помощью стандарта частоты. Запись колебаний производится с использованием оптической системы съема информации, включающей источник света, передающей луч света на зеркала, установленные на маятниках, и пересчетное устройство. Пересчетное устройство обеспечивает на выходе цифровую величину периода колебаний и далее по известным зависимостям вычисляют ускорение силы тяжести g.
К недостаткам известного устройства можно отнести ограниченность области его использования и невысокую точность определения ускорения силы тяжести из-за трудности учета помех, вызванных колебаниями маятника в направлениях, отличных от плоскости качания маятника, а также массивность устройства.
Задача заявляемой группы изобретений состоит в повышении точности определения ускорения силы тяжести g и расширении области использования.
Поставленная задача решается способом измерения ускорения силы тяжести g, включающим определение угловой скорости вращения волчка и угловой скорости прецессии волчка, при этом в качестве волчка используют диск со светоотражающими сегментами, насаженный на ось, угловую скорость вращения волчка определяют по количеству отражений света от диска в единицу времени, а угловую скорость прецессии волчка - по количеству пересечений светового потока осью волчка, и затем вычисляют ускорение силы тяжести по формуле, где ω1 - угловая скорость вращения волчка, ω2 - угловая скорость прецессии волчка, R - радиус диска, l - расстояние от основания оси до центра тяжести волчка.
Поставленная задача решается также устройством для измерения ускорения силы тяжести g, содержащим источник питания, пересчетное устройство, соединенное со стандартом частоты и оптической системой съема информации, размещенной в корпусе измерительной системы, включающей чувствительный элемент и систему запуска чувствительного элемента, при этом чувствительный элемент выполнен в виде установленного на твердой платформе волчка в форме диска со светоотражающими сегментами, насаженного на ось, оптическая система съема информации включает два датчика съема информации, каждый из которых состоит из источника и приемника света, при этом один из датчиков установлен с возможностью измерения световых импульсов по количеству пересечений светового потока осью волчка, а другой - с возможностью измерения импульсов, отраженных от светоотражающих сегментов диска, при этом каждый датчик съема информации соединен со своим пересчетным устройством.
Таким образом, за счет значительного увеличения скорости прецессии (колебаний) волчка относительно колебаний маятника и отсутствия влияния на угловые скорости вращения и прецессии волчка наклонов измерительной системы в разных плоскостях заявляемые способ и устройство позволяют решить поставленную задачу - повысить точность определения ускорения силы тяжести g и расширить область использования заявляемой группы изобретений, что особенно важно, например, для морских гравиметрических работ.
Способ измерения ускорения силы тяжести основан на измерении угловых скоростей вращения ω1 и прецессии ω2 волчка, который представляет собой диск со светоотражающими сегментами, насаженный на ось, и последующее определение ускорения силы тяжести по формуле , где R - радиус диска, l - расстояние от основания оси до центра тяжести волчка, при этом ω1 определяют по количеству отражений света от светоотражающих секторов диска, а ω2 - по количеству пересечений светового потока осью.
Известно, что согласно правилу прецессии гироскопа под действием момента сила тяжести Р относительно основания оси (точка О) волчок прецессирует вокруг вертикальной оси (OZ) согласно уравнению
(Никитин Н.Н. Курс теоретической механики. М. Высш. шк., 1990. С.607).
Для плоского однородного диска радиусом R и массой М момент инерции J0 относительно точки О равен:
и, подставляя (3) в (2), получим:
а 
где ω1=2πn1об/мин/60 и ω2=2πn2об/мин/60.
На чертеже представлена принципиальная схема измерительной системы для измерения ускорения силы тяжести, где 1 - система запуска, 2 - ось волчка, О - основание оси, 3 - диск, 4 - светоотражающие сегменты, 5 - платформа, L1, L2 - источники света, D1 - приемник света, отразившегося от светоотражаюших сегментов 4, D2 - приемник света после пересечения света осью волчка, С - центр тяжести волчка.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Система запуска (1) измерительной системы раскручивает волчок, захватывая верхний конец оси (2) волчка и затем поднимаясь вверх. При этом ось (2) волчка начинает прецессировать вокруг вертикальной оси OZ с угловой скоростью ω2 на платформе (5). Источник света L2 и приемник D2 размещены в корпусе (не показан) измерительной системы напротив друг друга так, что при прецессии ось (2) волчка периодически перекрывает световой поток от источника L2. А источник света L1 и приемник D1 расположены в корпусе так, что свет от источника L1, отразившись от светоотражающих сегментов (4), попадает в приемник D1. Угловую скорость ω2 измеряют по количеству пересечений светового потока от L2 в единицу времени. Угловую скорость ω1 волчка определяют по количеству отраженных от светоотражающих сегментов (4) световых импульсов от L1, поступивших в D1 за то же время. Полученные импульсы поступают в пересчетные устройства (не показаны), где вычисляют угловые скорости вращения волчка ω1 и угловую скорость прецессии ω2 и затем по формуле определяют ускорение силы тяжести , где ω1=2πn1об/мин/60 и ω2=2πn2об/мин/60, где l равно ОС - расстояние от основания оси до центра тяжести волчка.
Волчок представляет собой диск, например латунный, со светоотражающими сегментами, насаженный на ось из твердого, коррозионно-стойкого материала, например, стали.
Платформа измерительной системы выполнена из материала, обладающего высокой твердостью, прочностью и малым коэффициентом трения пары ось волчка - платформа, например агата.
В качестве источников и приемников света используют, например, оптопары с открытым оптическим каналом.
Система запуска волчка может быть различной, например выполненной в виде разгоняющего устройства из двух сопряженных конусов, один из которых находится в верхней части разгоняющего устройства и приводится во вращение, например, электромотором или воздушной турбиной, а другой - в верхней части оси волчка.
Для повышения точности измерений корпус измерительной системы может быть выполнен термостатированным и вакуумированным.
Остальные комплектующие устройства: источник питания, стандарт частоты для определения времени измерений, пересчетные устройства, являются стандартными и их параметры зависят от поставленной задачи, а также условий использования. Например, пересчетные устройства могут быть выполнены на базе микропроцессора.
Таким образом, совокупность существенных признаков предложенного способа и устройства позволяют получить заявляемый технический результат - повышение точности измерений и удобства эксплуатации.
Claims (3)
1. Способ измерения ускорения силы тяжести g включает определение угловой скорости вращения волчка и угловой скорости прецессии волчка, при этом в качестве волчка используют диск со светоотражающими сегментами, насаженный на ось, угловую скорость вращения волчка определяют по количеству отражений света от диска в единицу времени, а угловую скорость прецессии волчка - по количеству пересечений светового потока осью волчка, и затем вычисляют ускорение силы тяжести по формуле , где ω1 - угловая скорость вращения волчка, ω2 угловая скорость прецессии волчка, R -радиус диска, l - расстояние от основания оси до центра тяжести волчка.
2. Устройство для измерения ускорения силы тяжести g, содержащее источник питания, пересчетное устройство, соединенное со стандартом частоты и оптической системой съема информации, размещенной в корпусе измерительной системы, включающей чувствительный элемент и систему запуска чувствительного элемента, отличающееся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде установленного на твердой платформе волчка в форме диска со светоотражающими сегментами, насаженного на ось, оптическая система съема информации включает два датчика съема информации, каждый из которых состоит из источника и приемника света, при этом один из датчиков установлен с возможностью измерения световых импульсов по количеству пересечений светового потока осью волчка, а другой - с возможностью измерения импульсов, отраженных от светоотражающих сегментов диска, при этом каждый датчик съема информации соединен со своим пересчетным устройством.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что корпус измерительной системы выполнен термостатированным и вакуумированным.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011114106/28A RU2461027C1 (ru) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | Способ и устройство для измерения ускорения силы тяжести |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011114106/28A RU2461027C1 (ru) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | Способ и устройство для измерения ускорения силы тяжести |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2461027C1 true RU2461027C1 (ru) | 2012-09-10 |
Family
ID=46939053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011114106/28A RU2461027C1 (ru) | 2011-04-11 | 2011-04-11 | Способ и устройство для измерения ускорения силы тяжести |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2461027C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104020501A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-03 | 四川大学 | 多滚珠和多滑行巢配合导行小球滑动测重力加速度方法 |
| CN104021709A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-03 | 四川大学 | 小球滚动测量重力加速度的方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1370662A1 (ru) * | 1986-06-16 | 1988-01-30 | Северо-Западный Заочный Политехнический Институт | Учебный прибор дл демонстрации прецессии гироскопа под действием момента силы т жести |
| SU1829574A1 (ru) * | 1991-06-04 | 1996-06-10 | Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Способ определения составляющих собственной скорости прецессии, не зависящей от ускорения свободного падения, динамически настраиваемого гироскопа с ротором в корпусе с вертикальным положением его вектора кинетического момента и двумя цепями обратной связи, включающими датчики угла и момента |
| WO1998015852A1 (de) * | 1996-10-10 | 1998-04-16 | Manfred Alexander Gregor | Automatische kraft- und arbeitsmaschine mit gravitations- und rotationsantrieb und gravitationsmessgerät |
| DE19643452A1 (de) * | 1996-09-12 | 1998-06-04 | Manfred Alexander Gregor | Gravitationspendel |
| SU1633934A1 (ru) * | 1989-01-04 | 2005-07-20 | Г.М. Виноградов | Способ определения осевого дисбаланса динамически настраиваемого гироскопа по составляющей собственной скорости прецессии, пропорциональной ускорению |
-
2011
- 2011-04-11 RU RU2011114106/28A patent/RU2461027C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1370662A1 (ru) * | 1986-06-16 | 1988-01-30 | Северо-Западный Заочный Политехнический Институт | Учебный прибор дл демонстрации прецессии гироскопа под действием момента силы т жести |
| SU1633934A1 (ru) * | 1989-01-04 | 2005-07-20 | Г.М. Виноградов | Способ определения осевого дисбаланса динамически настраиваемого гироскопа по составляющей собственной скорости прецессии, пропорциональной ускорению |
| SU1829574A1 (ru) * | 1991-06-04 | 1996-06-10 | Раменское приборостроительное конструкторское бюро | Способ определения составляющих собственной скорости прецессии, не зависящей от ускорения свободного падения, динамически настраиваемого гироскопа с ротором в корпусе с вертикальным положением его вектора кинетического момента и двумя цепями обратной связи, включающими датчики угла и момента |
| DE19643452A1 (de) * | 1996-09-12 | 1998-06-04 | Manfred Alexander Gregor | Gravitationspendel |
| WO1998015852A1 (de) * | 1996-10-10 | 1998-04-16 | Manfred Alexander Gregor | Automatische kraft- und arbeitsmaschine mit gravitations- und rotationsantrieb und gravitationsmessgerät |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Грушинский Н.П., Сажина М. Гравитационная разведка: Недра, 1981, с.97. Огородова Л.В., Шимбирев Б.П., Юзефович А.П. Гравиметрия. - М.: Недра, 1978, с.82. * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104020501A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-03 | 四川大学 | 多滚珠和多滑行巢配合导行小球滑动测重力加速度方法 |
| CN104021709A (zh) * | 2014-06-16 | 2014-09-03 | 四川大学 | 小球滚动测量重力加速度的方法 |
| CN104020501B (zh) * | 2014-06-16 | 2016-08-24 | 四川大学 | 多滚珠和多滑行巢配合导行小球滑动测重力加速度方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW468035B (en) | Micro inertial measurement unit | |
| CN103776434B (zh) | 新型陀螺寻北仪和寻北方法 | |
| US20170219348A1 (en) | Method For The Measurement Of Angular And/Or Linear Displacements Utilizing One Or More Folded Pendula | |
| CN104132669B (zh) | 一种基于振动性能分析评估惯性器件精度的方法 | |
| Schreiber et al. | The application of fiber optic gyroscopes for the measurement of rotations in structural engineering | |
| RU2324897C1 (ru) | Азимутальная ориентация платформы трехосного гиростабилизатора по углу прецессии гироблока | |
| RU2461027C1 (ru) | Способ и устройство для измерения ускорения силы тяжести | |
| CN103376098B (zh) | 一种摆式陀螺寻北仪纬度自测算与精度自动补偿方法 | |
| RU2011148682A (ru) | Способ повышения точности калибровки трехосных лазерных гироскопов с одним общим вибратором | |
| CN104655123B (zh) | 一种利用光纤陀螺测定地球自转角速度的方法 | |
| CN103983259A (zh) | 基于摆式陀螺最大进动速度粗寻北原理的全方位寻北方法 | |
| RU107866U1 (ru) | Сейсмограф | |
| RU2494405C1 (ru) | Способ и устройство для измерения ускорения силы тяжести | |
| RU2592752C2 (ru) | Сейсмограф | |
| RU108644U1 (ru) | Чувствительный элемент гравиметра | |
| Li et al. | Measurement method of frequency splitting for high-Q hemispherical resonator based on standing wave swing effect | |
| CN103674066B (zh) | 一种光纤陀螺分辨率的测试方法 | |
| RU89723U1 (ru) | Мобильный абсолютный гравиметр для геологоразведочных работ, геофизических исследований и оперативного выявления очагов землетрясений (варианты) | |
| CN101937007B (zh) | 一种利用摆式陀螺仪测量地球自转角速度的方法 | |
| Ermakov et al. | Development of a vibrational error model of a hemispherical resonator gyroscope | |
| RU2320963C2 (ru) | Способ выставки осей подвижного объекта | |
| CN104655095B (zh) | 一种利用光纤陀螺测定地理纬度的方法 | |
| RU2307325C1 (ru) | Способ определения угловой скорости лазерного гироскопа и систем на его основе | |
| RU2545311C1 (ru) | Устройство для определения вертикали места | |
| RU2526585C2 (ru) | Способ определения угла ориентации стоячей волны в твердотельном волновом гироскопе |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200412 |