×
19.04.2019
219.017.3450

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: 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 ω - угловая скорость вращения волчка, ω - 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.

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

и, следовательно,

(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.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 21-30 of 58 items.
10.04.2016
№216.015.2da7

Способ измерения эквивалентной температуропроводности верхнего слоя донных осадков морских акваторий и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области измерения теплофизических характеристик физических сред и может быть использовано в морской биологии и химии для расчета температурных условий существования биологических объектов и течения химических реакций в верхнем слое донных осадков в условиях изменяющейся...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002579547
Дата охранного документа: 10.04.2016
20.05.2016
№216.015.3f2e

Пассивно-активный акустический метод обнаружения и локализации утечек газа в газожидкостной среде

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к средствам обнаружения утечек. Способ предполагает прием и регистрацию сигнала окружающего акустического шума в диапазоне частот соответствующих частотам собственных пульсаций пузырьков в жидкости, разбиение сигнала на поддиапазоны,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002584721
Дата охранного документа: 20.05.2016
13.01.2017
№217.015.6b31

Гидроакустическая станция для обнаружения и локализации утечек газа

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к пассивно-активным акустическим устройствам для обнаружения утечек газа из газопроводов и технических систем добычи углеводородов, для локализации и исследований природных источников газов под водой, а также для количественной оценки объемов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002592741
Дата охранного документа: 27.07.2016
13.01.2017
№217.015.848a

Способ создания искусственного языка-посредника для общения человека и дельфина

Изобретение относится к способам создания банка акустических сигналов и может быть использовано для исследований в области обмена сообщениями между дельфином и человеком. Технический результат - повышение точности распознавания акустических сигналов. В способе создания банка акустических...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602976
Дата охранного документа: 20.11.2016
25.08.2017
№217.015.aa16

Комбинированный приемник для регистрации дыхательных звуков на поверхности грудной клетки

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано для аускультации. Комбинированный приемник для регистрации дыхательных звуков на поверхности грудной клетки представляет собой корпус (10) с внутренней массивной накладкой (9), стетоскопическую насадку (11), имеющую с внешней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002611735
Дата охранного документа: 28.02.2017
25.08.2017
№217.015.bd22

Гепатопротекторное средство из морских водорослей

Изобретение относится к фармацевтической промышленности, а именно к гепатопротекторному средству. Средство, обладающее гепатопротекторным действием, представляющее собой содержащий до 50% полифенольных соединений продукт экстракции этанолом таллома морских водорослей саргассума бледного -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616253
Дата охранного документа: 13.04.2017
25.08.2017
№217.015.bd4f

Многоканальный цифровой регистратор сигналов

Многоканальный цифровой регистратор сигналов относится к информационно-измерительной технике и может быть использован для сбора и обработки сигналов, преимущественно акустических сигналов многоэлементных приемных антенн, состоящих из обратимых преобразователей и/или приемников колебательной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002616346
Дата охранного документа: 14.04.2017
25.08.2017
№217.015.bef4

Фрикционный планетарный редуктор с регулируемым прижатием

Изобретение относится к области машиностроения, а более конкретно - к механическим устройствам для передачи вращения. Фрикционный планетарный редуктор включает корпус, колеса и водило с дисками. Неподвижное центральное колесо удерживается от проворачивания за счет фрикционного взаимодействия...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617009
Дата охранного документа: 19.04.2017
26.08.2017
№217.015.dddc

Двухкомпонентный приемник градиента давления и способ измерения градиента давления с его использованием

Изобретение относится к области гидроакустики, конкретно к векторно-скалярным приемникам, и может быть использовано в составе мобильной антенной системы (гибкой протяженной буксируемой антенны, донной станции, радиогидроакустического буя) при проведении гидроакустических исследований, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624791
Дата охранного документа: 06.07.2017
26.08.2017
№217.015.def3

Гидроакустическая дальномерная система навигации

Изобретение относится к гидроакустическим навигационным системам, конкретно к системам, использующим импульсные методы определения дистанций между объектами навигации и приемоответчиками акустических сигналов. Система состоит из навигационной базы, стационарно размещенной на дне или по глубине...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624980
Дата охранного документа: 11.07.2017
+ добавить свой РИД