RU2683117C1 - Method of measurement on moving object of absolute value of gravity and gravimeters for its implementation - Google Patents
Method of measurement on moving object of absolute value of gravity and gravimeters for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2683117C1 RU2683117C1 RU2018109642A RU2018109642A RU2683117C1 RU 2683117 C1 RU2683117 C1 RU 2683117C1 RU 2018109642 A RU2018109642 A RU 2018109642A RU 2018109642 A RU2018109642 A RU 2018109642A RU 2683117 C1 RU2683117 C1 RU 2683117C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carriage
- carriages
- test
- test body
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- 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
- G01V7/14—Measuring gravitational fields or waves; Gravimetric prospecting or detecting using free-fall time
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Geophysics (AREA)
- Testing Of Balance (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гравиметрии и может быть использовано для измерения абсолютных значений ускорения свободного падения в условиях подвижного объекта.The invention relates to the field of gravimetry and can be used to measure the absolute values of the acceleration of gravity in a moving object.
В настоящее время ускорение свободного падения (УСП) на подвижном основании измеряется относительным способом [1], недостатком которого является инерционность, так как относительные гравиметры построены на сильно демпфированной упругой механической системе. Это приводит к тому, что при измерениях УСП на движущемся объекте получают сглаженный профиль, без его детализации. При необходимости детальной картины уменьшают скорость движения объекта, что увеличивает время и стоимость съемки.At present, gravity acceleration (USP) on a moving base is measured by the relative method [1], the disadvantage of which is inertia, since relative gravimeters are built on a highly damped elastic mechanical system. This leads to the fact that when measuring USP on a moving object, they get a smoothed profile, without its detail. If necessary, a detailed picture reduces the speed of the object, which increases the time and cost of shooting.
Известны симметричный [2], и асимметричный способы [3, 4] абсолютного измерения ускорения свободного падения. При симметричном способе пробное тело подбрасывается и опускается на место старта. Измеряются параметры восходящей и нисходящей ветвей траектории. Недостатком симметричного способа является необходимость броска пробного тела с ускорением, многократно превышающим ускорение силы тяжести. При этом возникают большие механические нагрузки и вибрация системы. При несимметричном способе тело без перегрузок поднимается в верхнее положение, отпускается, свободно падает, подхватывается в нижнем положении, а затем цикл повторяется. Измеряются параметры только нисходящей ветви траектории. Недостатком известных гравиметров [4] с ассиметричным способом измерения является использование для подхвата пробного тела внизу и подъема его наверх возвратно поступательного движения кареток в соответствующих направляющих, которые снижают жесткость конструкции и технологичность изготовления прибора за счет пар трения скольжения. Низкая технологичность приводит к существенному удорожанию изготовления прибора и препятствует его серийному применению. Кроме того возвратно поступательное движение ограничивает частоту бросков. Во время перемещения пробного тела в верхнее положение происходит нежелательный перерыв в измерениях.Symmetric [2] and asymmetric methods [3, 4] of absolute measurement of gravitational acceleration are known. In the symmetric method, the test body is thrown up and lowered to the starting point. The parameters of the ascending and descending branches of the trajectory are measured. The disadvantage of the symmetric method is the need to throw a test body with an acceleration many times greater than the acceleration of gravity. In this case, large mechanical loads and vibration of the system occur. In the asymmetric method, the body rises to the upper position without overloads, is released, falls freely, is picked up in the lower position, and then the cycle repeats. The parameters of only the descending branch of the trajectory are measured. A disadvantage of the known gravimeters [4] with an asymmetric measurement method is the use of a reciprocating movement of the carriages in the corresponding guides to pick up the test body below and raise it upward, which reduce the rigidity of the structure and the manufacturability of the device due to sliding friction pairs. Low manufacturability leads to a significant increase in the cost of manufacturing the device and prevents its serial use. In addition, reciprocating motion limits the frequency of the shots. During the movement of the test body to the upper position, an undesirable interruption in measurements occurs.
Изобретение направлено на повышение технологичности конструкции и увеличение частоты измерений.The invention is aimed at improving the manufacturability of the design and increasing the frequency of measurements.
Эта цель достигается тем, каретки размещают на вращающемся кольце и поднимают по дуге окружности. На пробное тело устанавливают два уголковых отражателя симметрично на противоположных сторонах. Лазерные лучи направляют на пробное тело сверху и снизу. Обеспечивают измерение параметров общей траектории для двух падающих одновременно пробных тел. Кольцо баллистического блока вращают непрерывно.This goal is achieved by the fact that the carriages are placed on a rotating ring and raised along an arc of a circle. Two corner reflectors are mounted symmetrically on opposite sides on the test body. Laser beams are sent to the test body from above and below. Provide measurement of the parameters of the general trajectory for two simultaneously falling test bodies. The ballistic block ring is rotated continuously.
Баллистический блок абсолютного гравиметра представляет собой кольцо с горизонтальной осью вращения, на котором закреплены одна или несколько пар диаметрально расположенных кареток. В каждой паре кареток размещено одно пробное тело. На пробном теле с противоположных сторон установлены два уголковых отражателя. На падающее тело сверху и снизу направлены лазерные лучи. При наличии нескольких пар кареток, в одной паре пробные тела размещаются в обеих каретках. На измеряемой траектории падения могут находиться одно или два пробных тела. Кольцо баллистического блока вращается дискретно или непрерывно.The ballistic block of an absolute gravimeter is a ring with a horizontal axis of rotation, on which one or more pairs of diametrically located carriages are fixed. Each pair of carriages has one test body. On the test body, two corner reflectors are installed on opposite sides. Laser beams are directed at the incident body from above and below. If there are several pairs of carriages, in one pair test bodies are placed in both carriages. One or two test bodies may be on the measured fall path. The ballistic unit ring rotates discretely or continuously.
Технический эффект заключается в исключении вертикальных поступательных перемещений кареток, увеличении частоты бросков за счет уменьшения, вплоть до исключения, времени холостого хода и обеспечения непрерывности измерений, что может быть полезным при измерении гравитационного поля на быстро движущемся объекте.The technical effect consists in eliminating vertical translational movements of the carriages, increasing the frequency of the throws by reducing, up to the exception, the idle time and ensuring continuity of measurements, which can be useful when measuring the gravitational field on a fast moving object.
Устройство гравиметра приведено на Фиг. 1, 2.The gravimeter device is shown in FIG. 12.
На фигурах изображены: 1 - кольцо, 2 - ось вращения кольца, 3, 4, 5 - опоры, 6 - привод вращения кольца, 7, 8, 9, 10 - каретки, 11, 12 - первое и второе пробные тела, 13, 14 - лазерные лучи, 15 - третье пробное тело, 16 - тормоз, 17, 18, 19, 20 - зазоры с пружинами, ω - направление вращения кольца.The figures show: 1 - ring, 2 - axis of rotation of the ring, 3, 4, 5 - bearings, 6 - drive rotation of the ring, 7, 8, 9, 10 - carriage, 11, 12 - the first and second test bodies, 13, 14 - laser beams, 15 - third test body, 16 - brake, 17, 18, 19, 20 - gaps with springs, ω - direction of rotation of the ring.
Кольцо 1 с горизонтальной осью вращения 2 установлено в опорах 3, 4, 5. Его вращение осуществляются приводом 6. На кольце попарно и диаметрально размещены каретки 7, 8 и 9, 10 открытые в сторону оси вращения. На фигурах 1 и 2 изображены две пары кареток. В одной из кареток каждой пары зафиксированы первое и второе пробные тела 11, 12 с двумя расположенными на противоположных сторонах тела уголковыми отражателями. Измерения производят двумя лазерными лучами 13, 14. Для обеспечения непрерывности измерений используют третье пробное тело 15, первоначально устанавливаемое в каретку 10. Если кольцо вращается без остановок, то каретки задерживаются тормозом 16, и остаются неподвижными за счет уменьшения величины зазоров 17, 18, 19, 20 и сжатия пружин.
На фиг. 1 кольцо 1 поворачивают по часовой стрелке вокруг оси 2 в подшипниках 3, 4, 5 с помощью привода 6. Поворот прекращают, когда одна из пар кареток, например 7, 8, устанавливается по вертикали. Другие каретки располагаются произвольно. Фиксирующее устройство верхней каретки отпускает пробное тело 11, и оно падает в нижнюю каретку, где крепится. В это время другое пробное тело 12 остается неподвижным. На фиг. 1 тело падает из каретки 7 в каретку 8. Во время падения измеряют ускорение свободного падения, используя лазерные лучи 14, 15, направленные сверху и снизу на два уголковых отражателя пробного тела. Кольцо поворачивают с помощью привода 6 и останавливают, когда следующая пара кареток расположится по вертикали. Измерения повторяются.In FIG. 1,
Для обеспечения непрерывности измерений (фиг. 2) в одну из пар кареток, например 9, 10, кладут пробные тела в обе каретки. В этом случае, когда каретки 9,10 встают в вертикаль из каретки 10 выпадает пробное тело 15. Пока оно летит, производят поворот так, что следующая пара 7, 8 установилась в вертикаль и пробное тело 11 начало падать. На фиг. 2 тело 11 падает из каретки 7 в каретку 10, тело 15 - из каретки 10 в каретку 8, а тело 12 - из каретки 9 в каретку 7. В результате в полете находятся два пробных тела, каждое из которых упадет в каретку последующей пары.To ensure the continuity of measurements (Fig. 2) in one of the pairs of carriages, for example 9, 10, put test bodies in both carriages. In this case, when the carriages 9.10 rise vertically from the
При непрерывном вращении кольца, кареткам обеспечивается сдвиг назад за счет зазоров 17-20. При упоре в тормоз 16 движение каретки останавливается, сдавливая соответствующие пружины. Пробное тело выпадает из каретки. Тормоз отпускается, и каретка пружиной возвращается в исходное положение на кольце. Так как масса каретки и ее момент инерции при вращении вокруг оси кольца как минимум в 10 раз меньше этих же характеристик всего кольца, то ее остановка будет сопровождаться меньшими перегрузками и вибрациями.With continuous rotation of the ring, the carriages are provided with a backward shift due to gaps 17-20. When abutting the
Расчеты проведем, исходя из параметров известного гравиметра [4]The calculations are based on the parameters of the known gravimeter [4]
Если принять высоту падения [4] h=34 мм, а время падения τ=0,083 с, то вместе со временем на поворот, отпускание и фиксацию один цикл измерений займет, предположим, τ1=0,15 с. Для схемы на фиг. 1 броски можно совершать с частотой . Если измерять УСП по двум пробным телам, падающим одновременно (фиг. 2), то частоту бросков можно увеличить до f2=12 Гц с увеличением точности за счет увеличения количества измерений. Если считать один бросок - одно измерение, то при движении объекта со скоростью звука - , ускорение свободного падения можно измерять через ΔS=25 м. Это дает возможность съемки детального гравитационного рельефа местности и точной навигации по рельефу, причем и то и другое делать на высоких скоростях движения объекта. Учитывая возможность [5] измерения УСП при прохождении пробным телом расстояния в длину волны света, можно увеличить дискретность измерений. Например, после отпускания в свободном падении первый участок в длину волны пробное тело пройдет за τ1=3*10-4 с, а последующие быстрее. В этом случае дискретность измерений сократится до ΔS1<0,1 м.If we take the fall height [4] h = 34 mm, and the fall time τ = 0.083 s, then, together with the time for turning, releasing and fixing, one measurement cycle will take, let us assume, τ 1 = 0.15 s. For the circuit of FIG. 1 throws can be made with a frequency . If USP is measured by two test bodies falling simultaneously (Fig. 2), then the frequency of the surges can be increased to f 2 = 12 Hz with an increase in accuracy due to an increase in the number of measurements. If we consider one throw - one measurement, then when the object moves with the speed of sound - , the acceleration of gravity can be measured through ΔS = 25 m. This makes it possible to shoot a detailed gravitational terrain and accurate navigation along the terrain, both of which can be done at high speeds of the object. Given the possibility [5] of measuring USP when a test body travels a distance in the wavelength of light, it is possible to increase the discreteness of measurements. For example, after letting go in free fall, the first section in the wavelength of the test body will pass in τ 1 = 3 * 10 -4 s, and the subsequent faster. In this case, the discreteness of measurements will be reduced to ΔS 1 <0.1 m
В случае непрерывного вращения останавливается только верхняя каретка. Пробное тело должно попасть в каретку следующей пары. В этом случае скорость вращения должна быть постоянной и зависеть от количества кареток n. Для примера с четырьмя каретками n=4 время поворота на четверть оборота должно быть равно времени падения телаIn the case of continuous rotation, only the upper carriage stops. The test body should fall into the carriage of the next pair. In this case, the rotation speed should be constant and depend on the number of carriages n. For an example with four carriages n = 4, the turn time per quarter turn should be equal to the time of the fall of the body
Угловая скорость вращения и линейная скорость на кольце в этом случае равныThe angular velocity of rotation and the linear velocity of the ring in this case are equal
Если принять зазоры 17, 18, 19, 20 величиной l=0,005 м, то перегрузка при остановке каретки составляет незначительную величину При остановке каретки, а не всего кольца, значительно уменьшаются механические нагрузки и вибрации, так как плавно тормозится сравнительно небольшой элемент гравиметра - каретка.If we accept the
Используя безинерционность абсолютных измерений, можно измерять профиль или ориентироваться по профилю изменения силы тяжести при больших скоростях движения объекта.Using the inertia of absolute measurements, you can measure the profile or navigate the profile of the change in gravity at high speeds of the object.
ЛитератураLiterature
1. Устройство и способ измерения силы тяжести. Пат. RU 21984140 2002..03.14. Рос. Федерация: МПК G01С; заявитель и патентообладатель ФГУП "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор".1. Device and method for measuring gravity. Pat. RU 21984140 2002.03.03.14. Grew up. Federation: IPC G01C; Applicant and patent holder of the Federal State Unitary Enterprise Central Research Institute Elektropribor.
2. Germak A., Desogus S., Origlia С. Interferometer for the IMGC rise-and-fail gravimeter. Metrologia, 2002,vol. 39 n. 5, pp 471-475.2. Germak A., Desogus S., Origlia C. Interferometer for the IMGC rise-and-fail gravimeter. Metrologia, 2002, vol. 39 n. 5, pp 471-475.
3. Витукшкин Л.Ф., Орлов О.А. Абсолютный баллистический гравиметр. Пат. РФ №2475786 от 06.05.2011.3. Vitukshkin L.F., Orlov O.A. Absolute ballistic gravimeter. Pat. RF №2475786 dated 05/06/2011.
4. Vitouchkine A.L., Faller J.E. Measurement results with a small cam-driven absolute gravimeter, Metrologia, 2002, vol. 39, n. 2, p. 465-469.4. Vitouchkine A.L., Faller J.E. Measurement results with a small cam-driven absolute gravimeter, Metrologia, 2002, vol. 39, n. 2, p. 465-469.
5. Способ измерения на подвижном основании абсолютного значения ускорения свободного падения и гравиметры для его осуществления. Пат. RU 2523108 2013 02 28 Рос. Федерация: МПК G01С; заявитель и патентообладатель Попов А.Б5. The method of measuring on a moving base the absolute value of the acceleration of gravity and gravimeters for its implementation. Pat. RU 2523108 2013 02 28 Ros. Federation: IPC G01C; Applicant and patent holder A. Popov B.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018109642A RU2683117C1 (en) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | Method of measurement on moving object of absolute value of gravity and gravimeters for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018109642A RU2683117C1 (en) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | Method of measurement on moving object of absolute value of gravity and gravimeters for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2683117C1 true RU2683117C1 (en) | 2019-03-26 |
Family
ID=65858608
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018109642A RU2683117C1 (en) | 2018-03-19 | 2018-03-19 | Method of measurement on moving object of absolute value of gravity and gravimeters for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2683117C1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU99194U1 (en) * | 2010-07-08 | 2010-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Гравиметрическая компания" | LASER BALLISTIC GRAVIMETER |
RU2475786C2 (en) * | 2011-05-06 | 2013-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" (ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева") | Absolute ballistic gravimeter |
RU2523108C1 (en) * | 2013-02-28 | 2014-07-20 | Анатолий Борисович Попов | Measurement of absolute free fall acceleration at movable base and gravity meters to this end |
-
2018
- 2018-03-19 RU RU2018109642A patent/RU2683117C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU99194U1 (en) * | 2010-07-08 | 2010-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Гравиметрическая компания" | LASER BALLISTIC GRAVIMETER |
RU2475786C2 (en) * | 2011-05-06 | 2013-02-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии им. Д.И. Менделеева" (ФГУП "ВНИИМ им. Д.И. Менделеева") | Absolute ballistic gravimeter |
RU2523108C1 (en) * | 2013-02-28 | 2014-07-20 | Анатолий Борисович Попов | Measurement of absolute free fall acceleration at movable base and gravity meters to this end |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5712000B2 (en) | Free fall device used for gravimeter | |
EP0559560B1 (en) | Structure for positioning and stabilizing an object in a threedimensional reference space | |
US8931341B2 (en) | Test mass and method for interferometric gravity characteristic measurement | |
RU2683117C1 (en) | Method of measurement on moving object of absolute value of gravity and gravimeters for its implementation | |
CN107121708B (en) | Absolute gravity measurement system and measurement method | |
JP5099424B2 (en) | Gravity gradient measuring device | |
RU2475786C2 (en) | Absolute ballistic gravimeter | |
WO2021244426A1 (en) | Balanced falling mechanism and gravimeter | |
RU2545311C1 (en) | Device for determination of location vertical | |
RU2663542C1 (en) | Interferometer of absolute gravimeter | |
Bell et al. | An absolute determination of the gravitational acceleration at Sydney, Australia | |
RU2554596C1 (en) | Ballistic gravity meter | |
RU2523108C1 (en) | Measurement of absolute free fall acceleration at movable base and gravity meters to this end | |
SU888018A1 (en) | Device for investigating friction properties of materials | |
RU2662722C1 (en) | Device for determining explosive charge / ammunition explosion pulse in the near zone | |
US2449892A (en) | Apparatus for storing stacked articles | |
RU1831699C (en) | Gravimeter for measurement of free fall acceleration magnitude | |
Kuroda et al. | A free fall interferometer to search for a possible fifth force | |
SU673950A1 (en) | Absolute gravitational acceleration measuring device | |
RU2633804C2 (en) | Method of measuring gravitation constant | |
SU1029217A1 (en) | Teaching-aid apparatus on mechanics for demonstrating conservation of angular momentum | |
US1432360A (en) | rouge | |
JP2007139485A (en) | Pendulum type sensor | |
Wen et al. | A Compound Recoil-Compensated Chamber Design for Free-Fall Absolute Gravimeters | |
FR3052520B1 (en) | METHOD OF MAKING A PENDULUM DAMPING DEVICE |