Измерительное устройство для гравиметрических датчиков с нелинейным частотным выходом
Союз Советскик
Социалистических
Республик
ОП ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ. СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii> 736()35 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 05.08.77 (21) 2515621/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (51) М К, G01 V7/16
Опубликовано 25.05.80. Бюллетень № 19
Дата опубликования описания 28.05.80 (53) УДК 550.831. .23.084 (088.8) по делам изобретений и открытий (72) Авторы изобретения
Л. П. Степаненкова, А. А. Голован и Э. Г. Морозов
ГГ1
1 ( (71) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
ДЛЯ ГРАВИМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
С НЕЛИНЕЙНЫМ ЧАСТОТНЫМ ВЫХОДОМ
ГееУдарстееиный комитет (23) Приоритет—
Изобретение относится к области приборостроения, а именно к аппаратуре для измерения ускорения силы тяжести, например, маятниковые или струнные гравиметры, и может найти применение в разведочной гравиметрии и системах инерциальной навигации.
Известны гравиметрические датчики с частотным выходом, например, струнные гравиметры, в которых мерой ускорения силы тяжести является частота колебаний струны (1) . 1О
Однако такие датчики имеют квадратичную зависимость между частотой колебаний струны и ускорением силы тяжести, что приводит к появлению значительных систематических погрешностей при наличии возмущающих ускорений движения.
Известно цифровое измерительное устройство для гравиметрических датчиков с нелинейным частотным выходом, содержащее генератор опорной частоты. Выходной отсчет, формируемый этим устройством, пропорционален квадрату частоты колебаний чувствительного элемента датчика, благодаря чему между измерительным ускорением силы тяжести и выходным сигналом устанавливается линейная зависимостью.
Однако это устройство имеет большую суммарную погрешность, в которую входят свойственная всем цифровым приборам погрешность квантования, динамические погрешности, связанные с интегрированием (ус реднением) меняющейся частоты гравиметра в течение измерительного интервала и необходимостью аппроксимации закона изменения измеряемой величины по дискретным отсчетам, погрешность формирования измерительного интервала, погрешность дискретности, обусловленная случайным расположением во времени импульсов измеряемой частоты относительно импульсов, определяющих измерительный интервал, и ряд других.
Цель изобретения — повышение точности измерений.
Для этого в устройстве установлены карданов подвес с уравновешенным в нем синхронным электродвигателем, датчик угла и датчик момента, расположенные на внутренней оси подвеса и электрически соединенные между собой, второй синхронный электродвигатель с валом, связанным с внешней осью
736035 гателя 1, равен произведению угловой скорос- yg ти вращения двигателя 7 и собственного кинетического момента двигателя 1, а эти зеличиподвеса, и два смесителя, входы которых подключены к генератору опорной частоты, выход одного соединен с одним электродвигатем, а выход другого — с другим электродвигателем. Кроме того соединения датчика угла с датчиком моментов и смесителей с электродвигателями выполнены посредством усилителей.
На чертеже изображена функциональная схема предложенного устройства.
Устройство содержит синхронный электродвигатель 1, установленный в кардановом подвесе с внутренней осью 2 и внешней осью 3 таким образом, что его центр тяжести совмещен с точкой пересечения осей 2 и 3. На оси 2 расположены датчик моментов 4 и датчик угла 5, электрически связанные между собой посредством усилителя 6.
С осью 3 связан вал второго синхронного электродвигателя 7. Обмотка двигателя 1 подключена к генератору 8 опорной частоты через последовательно расположенные смеситель 9 и усилитель 10, а обмотка двигателя 7 аналогичным образом подключена к генератору 8 через смеситель 11 и усилитель 12. Для подключения предложенного измерительного устройства к гравиметрическому датчику 13, выход датчика 13 соединяется со входами смесителей 9 и 11. Режим работы смесителей 9 и 11 устанавливается таким, чтобы выходная частота смесителя 9 была равна сумме частот генератора 8 и датчика 13, а выходная частота смесителя 11 — разности этих же частот.
Устройство работает следующим образом.
Вначале частота генератора 8 устанавливается равной частоте датчика 13. При этом электродвигатель 1 приходит во вращение, а вал электродвигателя 7 не вращается, поскольку частота питающего напряжения равна нулю. При изменении ускорения силы тяжести изменяется выходная частота датчика 13, и вал двигателя 7 приходит во вращение. Вследствие этого двигатель 1, представляющий собой астати ческий ги роскоп, начинает прецессировать вокруг оси 2. Угол отклонения двигателя 1 от исходного положения измеряется датчиком угла 5, который электрически управляет датчиком моментов 4. При отклонении двигателя на некоторый угол датчик 4 вырабатывает к подает на двигатель 1 момент, противоположно направленный и равный по величине гироскопическому моменту, вызвавшему прецессию. Вследствие этого прекращается вращение двигателя 1 вокруг оси 2. Угол отклонения двигателя 1 от исходного положения, фиксируемый датчиком угла 5, служит мерой изменения силы тяжести. Так как гироскопический момент, вызывающий прецессию дви16
1.;
36
23
36
33
46
43
$O ны„в свою очередь, соответственно пропорциональны разности и сумме частот генератора 8 и гравиметрического датчика 13, то гироскопический момент и равный ему компенсирующий момент, вырабатываемый датчиком 4, пропорциональны разности квадратов указанных частот. Если между углом отклонения двигателя 1, измеряемым датчиком 5, и моментом, вырабатываемым датчиком 4, установить линейную зависимость, то угол отклонения двигателя 1 также пропорционален разности квадратов указанных выше частот, это приводит к линейной зависимости между изменением ускорения силы тяжести и мерои этого изменения — углом отклонения двигателя 1, фиксируемым датчиком 5.
Предложенное устройство характеризуется тем, что процесс формирования отсчетов, пропорциональных измеряемым приращениям ускорения силы тяжести, на выходе устройства происходит непрерывно с достаточно высокой точностью, и процедура линеаризации выходного сигнала гравиметров с квадратичнои характеристикои осуществляется простыми средствами, включающими хорошо отработанные и широко применяемые в гироскопии и приборной автоматике ементы и узлы (датчики углов и моментов, синхронные двигатели, усилители и др.) ..
Формула изобретекии
1. Измерительное устройство для гравиметрических датчиков с нелинейным частотным выходом, содержащее генератор опорной частоты, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в нем установлены карданов подвес с уравновешенным в нем синхронным электродвигателем, датчик угла и датчик момента, расположенные на внутренней оси подвеса и электрически соединенные между собой, второй синхронный электродвигатель с валом, связанным с внешней осью подвеса, и два смесителя, входы которых подключены к генератору опорной частоты, выход одного соединен с одним электродвигателем, а выход другого — с другим электродвигателем.
2. Измерительное устройство по и. 1, отличающееся тем, что соединения датчика угла с датчиком моментов и смесителей с электродвигателями выполнены посредством усилителей.
Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе
1. Миронов В. С. Курс гравиразведки.
1972, с. 112.
2. Новицкий П. В. и др. Цифровые приборы с частотными датчиками. 1970, с. 257 (прототип).
736035
Составитель Ю. Евдокимов
Редактор В. Виноградов Техред К. Шуфрич Корректор Ю. Макаренко
3 а к аз 2421/38 Тираж 649 Подписное
БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раугнская наб., д. 4/5
Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4
