Автоматизована гравіметрична система з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра

1. Автоматизована гравіметрична система з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, що містить пробне тіло, першу та другу системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла і блок керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, при цьому до складу першої системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла входять напрямний циліндр, платформа, пристрій утримання пробного тіла в початковому положенні та пристрій визначення поточної координати переміщення пробного тіла, до складу другої системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла входять джерело освітлення/випромінювання, відеокамера та пристрій апроксимації, причому блок керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла виконано у вигляді ЕОМ, пробне тіло виконано у формі кулі з матеріалу з магнітними властивостями, напрямний циліндр виконано прозорим, прозорий напрямний циліндр виконано за внутрішнім діаметром, більшим, ніж діаметр пробного тіла, зазначений прозорий напрямний циліндр встановлено на платформі так, що його поздовжня вісь перпендикулярна площині платформи, пристрій утримання пробного тіла в початковому положенні розміщено у верхній частині прозорого напрямного циліндра, перший вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом пристрою утримання пробного тіла в початковому положенні, вихід зазначеного пристрою утримання пробного тіла в початковому положенні з'єднано з першим входом блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, другий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом джерела освітлення/випромінювання, третій вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху проб 2 (19) 1 3 66753 4 темами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом додаткового джерела освітлення/випромінювання, четвертий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом додаткової відеокамери, вихід додаткової відеокамери з'єднано з другим входом пристрою апроксимації, п'ятий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з приводами просторового положення платформи, а шостий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з пристроєм повернення пробного тіла до початкового положення. 2. Автоматизована гравіметрична система за п. 1, яка відрізняється тим, що відеокамери встановлено з можливістю відстеження послідовних положень пробного тіла на всьому діапазоні його переміщення від верхньої пари джерела освітлення/випромінювання та фотодатчика до нижньої пари. 3. Автоматизована гравіметрична система за п. 1, яка відрізняється тим, що джерело освітлення/випромінювання виконано або на основі ультраяскравих світлодіодів, або на основі лазерних випромінювачів, або на основі аналогічних за функціональним призначенням пристроїв. Корисна модель належить до галузі геодезії, зокрема, до пристроїв/систем для гравіметричних випробувань, а саме, до автоматизованих гравіметричних систем з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, і може бути використана в геодезії, геології чи в інерційних системах навігації тощо. Для будь-якої гравіметричної системи точність вимірювання аномалій прискорення сили тяжіння визначається точністю виставлення осі чутливості гравіметра, що входить як чутливий елемент до складу зазначеної системи. В реальних умовах роботи вісь чутливості гравіметра відхиляється на деякий кут від напрямку місцевої вертикалі, з якою у даній точці співпадає напрямок повного вектора прискорення сили тяжіння. Тому, якщо вісь гравіметра не співпадає з напрямком місцевої вертикалі, зазначений гравіметр вимірює не істинне значення повного вектора прискорення сили тяжіння, а його проекцію на цю вісь чутливості [1]. Відомий балістичний лазерний гравіметр, що містить вакуумну камеру, пристрій для підкидання пробної маси/тіла, інтерферометр, горизонтальний маятник з пружинною підвіскою, шарнірну опору, демпфер та другий референтний оптичний відбивач [2]. До недоліків відомого балістичного лазерного гравіметра відноситься низька точність виставлення осі чутливості гравіметра в тримірному просторі, що, у свою чергу, призводить до низької точності вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння системи в цілому. Відомий балістичний гравіметр для вимірювання абсолютних значень прискорення вільного падіння, що містить вакуумну камеру, пристрій для підкидання пробної маси/тіла, джерело монохроматичного світла, інтерферометр переміщень, пристрій для компенсації мікросейм та сейсмограф для реєстрації остаточних мікроколивань [3]. До недоліків відомого балістичного гравіметра для вимірювання абсолютних значень прискорення вільного падіння відноситься низька точність виставлення осі чутливості гравіметра в тримірному просторі, що, у свою чергу, призводить до низької точності вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння системи в цілому. Відома гравіметрична вимірювальна система, що містить три вимірювальних блоки типу акселе рометра, і зв'язаний з ним електронний блок аналого-цифрового перетворювача, при цьому один вимірювальний блок встановлений на вимірювальний осі системи, а два інших - по двох взаємно перпендикулярних осях, що лежать у площині, ортогональній вимірювальній осі системи [4]. До недоліків відомої гравіметричної системи відноситься низька точність виставлення осі чутливості гравіметра в тримірному просторі, що, у свою чергу, призводить до низької точності вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння системи в цілому. Відома гравіметрична система з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, що містить гравіметр, встановлений на платформі, до входу якого підключена цифрова електронна обчислювальна машина, відеокамеру, процесор лінійної апроксимації мітки, світло відбиваючий елемент та фотоелектричний автоколіматор, при цьому на корпус гравіметра нанесена мітка у вигляді відрізка прямої лінії, напрямок якої співпадає з напрямком осі чутливості гравіметра, причому мітка оптично пов'язана з входом відеокамери, вихід якої підключено до входу процесора лінійної апроксимації мітки, вихід зазначеного процесора лінійної апроксимації мітки з'єднано з першим входом цифрової ЕОМ, другий вихід якої з'єднано з виходом фотоелектричного автоколіматора, вхід якого оптично пов'язаний зі світло відбиваючим елементом, який жорстко закріплено на корпусі гравіметра [5]. До недоліків відомої гравіметричної системи відноситься низька точність виставлення осі чутливості гравіметра в тримірному просторі, що, у свою чергу, призводить до неприпустимо високих помилок вимірювань, виникаючих при відхиленні осі чутливості гравіметра від місцевої вертикалі і появи при цьому лінійних прискорень, що діють у напрямку, перпендикулярному до місцевої вертикалі. Це призведе, у свою чергу, до низької точності вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння системи в цілому. Відомий гравіметр для вимірювання абсолютного значення прискорення сили тяжіння, що містить пробне тіло, вакуумну камеру, інтерферометр, систему вимірювання шляху часу вільного руху пробного тіла, блок керування вимірюваннями та катапульту для підкидання пробного тіла 5 вертикально вверх на задану висоту, при цьому пробне тіло виконано у вигляді кутового світловідбивача, пробне тіло та катапульта розміщені всередині вакуумної камери, причому катапульта для підкидання пробного тіла вертикально вверх на задану висоту складається з котушки соленоїда і сердечника, зв'язаного з кареткою, зазначена каретка зв'язана із сердечником пружним елементом, а з соленоїдом - кінематично. До недоліків відомого гравіметру відноситься низька точність вимірювання абсолютного значення прискорення сили тяжіння, що призводить до зниження точності виставлення осі чутливості гравіметра в тримірному просторі. Зазначене, у свою чергу, призводить до неприпустимо високих помилок вимірювань, виникаючих при відхиленні осі чутливості гравіметра від місцевої вертикалі і появи при цьому лінійних прискорень, що діють у напрямку, перпендикулярному до місцевої вертикалі. Найбільш близьким технічним рішенням як за суттю, так і за задачею, що вирішується, яке обрано за найближчий аналог (прототип), є гравіметрична система з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, що містить пробне тіло, першу та другу системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла і блок керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, при цьому до складу першої системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла входять напрямний циліндр, платформа, пристрій утримання пробного тіла в початковому положенні та пристрій визначення поточної координати переміщення пробного тіла, до складу другої системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла входять джерело освітлення/випромінювання, відеокамера та пристрій апроксимації, причому блок керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла виконано у вигляді ЕОМ, пробне тіло виконано у формі кулі з матеріалу з магнітними властивостями, напрямний циліндр виконано прозорим, прозорий напрямний циліндр виконано за внутрішнім діаметром більшим, ніж діаметр пробного тіла, зазначений прозорий напрямний циліндр встановлено на платформі так, що його поздовжня вісь перпендикулярна площині платформи, пристрій утримання пробного тіла в початковому положенні розміщено у верхній частині прозорого напрямного циліндра, перший вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом пристрою утримання пробного тіла в початковому положенні, вихід зазначеного пристрою утримання пробного тіла в початковому положенні з'єднано з першим входом блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, другий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом джерела освітлення/випромінювання, третій вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом відеокамери, вихід відеокамери з'єднано з входом пристрою апроксимації, вихід пристрою апроксимації з'єднано з другим входом блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, а вихід пристрою визначення поточної координати 66753 6 переміщення пробного тіла з'єднано з третім входом блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла [7]. До недоліків відомої гравіметричної системи з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яку обрано за найближчий аналог (прототип), відноситься низька точність виставлення осі чутливості гравіметра в тримірному просторі, що, у свою чергу, призводить до неприпустимо високих помилок вимірювань, виникаючих при відхиленні осі чутливості гравіметра від місцевої вертикалі і появи при цьому лінійних прискорень, що діють у напрямку, перпендикулярному до місцевої вертикалі. Це призведе, у свою чергу, до низької точності вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння системи в цілому. Відсутність пристрою повернення пробного тіла до початкового положення не забезпечує безперервність роботи гравіметра щодо виміру значення прискорення сил тяжіння g. В основу корисної моделі покладено задачу шляхом удосконалення системи виставлення осі чутливості гравіметра співпадаючою з місцевою вертикаллю, забезпечити підвищення точності вимірювання абсолютних прискорень сили тяжіння гравіметричною системою. Суть технічного рішення в автоматизованій гравіметричній системі з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, що містить пробне тіло, першу та другу системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла і блок керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, при цьому до складу першої системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла входять напрямний циліндр, платформа, пристрій утримання пробного тіла в початковому положенні та пристрій визначення поточної координати переміщення пробного тіла, до складу другої системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла входять джерело освітлення/випромінювання, відеокамера та пристрій апроксимації, причому блок керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла виконано у вигляді ЕОМ, пробне тіло виконано у формі кулі з матеріалу з магнітними властивостями, напрямний циліндр виконано прозорим, прозорий напрямний циліндр виконано за внутрішнім діаметром більшим, ніж діаметр пробного тіла, зазначений прозорий напрямний циліндр встановлено на платформі так, що його поздовжня вісь перпендикулярна площині платформи, пристрій утримання пробного тіла в початковому положенні розміщено у верхній частині прозорого напрямного циліндра, перший вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом пристрою утримання пробного тіла в початковому положенні, вихід зазначеного пристрою утримання пробного тіла в початковому положенні з'єднано з першим входом блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, другий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом джерела освітлення/випромінювання, третій вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом відеокамери, вихід відеокамери з'єднано з 7 входом пристрою апроксимації, вихід пристрою апроксимації з'єднано з другим входом блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, а вихід пристрою визначення поточної координати переміщення пробного тіла з'єднано з третім входом блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, полягає в тому, що вона додатково містить другу відеокамеру та друге джерело освітлення/випромінювання, приводи просторового положення платформи, пристрій повернення пробного тіла до початкового положення та систему кріплення відеокамер. Суть корисної моделі полягає і в тому, що пристрій визначення поточної координати переміщення пробного тіла виконано у вигляді принаймні двох фотодатчиків, прозорий напрямний циліндр виконано герметичним та із вакуумом усередині, пристрій повернення пробного тіла до початкового положення розміщено всередині прозорого напрямного циліндра у його нижній частині, що примикає до платформи, платформу виконано з можливістю стабілізації у горизонтальній площині за допомогою приводів просторового положення платформи, друга відеокамера розташована так, що її оптична вісь перпендикулярна оптичній осі базової відеокамери, систему кріплення відеокамер закріплено жорстко до платформи, перше та друге джерела освітлення/випромінювання та фотодатчики розміщено на одній лінії, напрямок якої співпадає з напрямком осі чутливості гравіметра, в площині, що проходить по поздовжній осі прозорого напрямного циліндра, зазначені перше джерело освітлення/випромінювання та перший фотодатчик розташовано в районі пристрою утримання пробного тіла в початковому положенні та в площині, що перпендикулярна поздовжній осі прозорого напрямного циліндра, зазначені друге джерело освітлення/випромінювання та другий фотодатчик розташовано в районі пристрою повернення пробного тіла до початкового положення та в площині, що перпендикулярна поздовжній осі прозорого напрямного циліндра, зазначені пари джерела освітлення/випромінювання та фотодатчика розташовані діаметрально протилежно між собою. Суть корисної моделі полягає також і в тому, що другий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом додаткового джерела освітлення/випромінювання, четвертий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом додаткової відеокамери, вихід додаткової відеокамери з'єднано з другим входом пристрою апроксимації, п'ятий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з приводами просторового положення платформи, а шостий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з пристроєм повернення пробного тіла до початкового положення. Новим в корисній моделі є те, що відеокамери встановлено з можливістю відстеження послідовних положень пробного тіла на всьому діапазоні його переміщення від верхньої пари джерела освітлення/випромінювання та фотодат 66753 8 чика, до нижньої пари, а джерело освітлення/випромінювання виконано або на основі ультраяскравих світлодіодів, або на основі лазерних випромінювачів, або на основі аналогічних за функціональним призначенням пристроїв. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, з прототипом, дозволяє зробити висновок, що автоматизована гравіметрична система з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, відрізняється тим, що вона додатково містить другу відеокамеру та друге джерело освітлення/випромінювання, приводи просторового положення платформи, пристрій повернення пробного тіла до початкового положення та систему кріплення відеокамер, при цьому пристрій визначення поточної координати переміщення пробного тіла виконано у вигляді принаймні двох фотодатчиків, прозорий напрямний циліндр виконано герметичним та із вакуумом усередині, пристрій повернення пробного тіла до початкового положення розміщено всередині прозорого напрямного циліндра у його нижній частині, що примикає до платформи, платформу виконано з можливістю стабілізації у горизонтальній площині за допомогою приводів просторового положення платформи, друга відеокамера розташована так, що її оптична вісь перпендикулярна оптичній осі базової відеокамери, систему кріплення відеокамер закріплено жорстко до платформи, перше та друге джерела освітлення/випромінювання та фотодатчики розміщено на одній лінії, напрямок якої співпадає з напрямком осі чутливості гравіметра, в площині, що проходить по поздовжній осі прозорого напрямного циліндра, зазначені перше джерело освітлення/випромінювання та перший фотодатчик розташовано в районі пристрою утримання пробного тіла в початковому положенні та в площині, що перпендикулярна поздовжній осі прозорого напрямного циліндра, зазначені друге джерело освітлення/випромінювання та другий фотодатчик розташовано в районі пристрою повернення пробного тіла до початкового положення та в площині, що перпендикулярна поздовжній осі прозорого напрямного циліндра, зазначені пари джерела освітлення/випромінювання та фотодатчика розташовані діаметрально протилежно між собою, причому другий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом додаткового джерела освітлення/випромінювання, четвертий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом додаткової відеокамери, вихід додаткової відеокамери з'єднано з другим входом пристрою апроксимації, п'ятий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з приводами просторового положення платформи, шостий вихід блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з пристроєм повернення пробного тіла до початкового положення, відеокамери встановлено з можливістю відстеження послідовних положень пробного тіла на всьому діапазоні його переміщення від верхньої пари джерела освітлення/випромінювання та фото датчика, до нижньої 9 пари, а джерело освітлення/випромінювання виконано або на основі ультраяскравих світлодіодів, або на основі лазерних випромінювачів, або на основі аналогічних за функціональним призначенням пристроїв. Рішення технічної задачі в автоматизованій гравіметричній системі з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра (яка заявляється) дійсно можливе тому, що за допомогою приводів просторового положення платформи можливе стабілізувати платформу в площині горизонту та сполучити вісь симетрії напрямного циліндра з місцевою вертикаллю (для забезпечення переміщення/падіння пробного тіла точно по осі симетрії напрямного циліндра. Виконання напрямного циліндра герметичним та з вакуумом всередині забезпечує вільне переміщення/падіння пробного тіла всередині напрямного циліндра без тертя об повітря. Встановлення пристрою повернення пробного тіла до початкового положення та виконання його регульованим за допомогою блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, забезпечує безперервність роботи гравіметра щодо виміру значення прискорення сил тяжіння g. Виконання джерела освітлення/випромінювання на основі ультраяскравих світлодіодів, або на основі лазерних випромінювачів, або на основі аналогічних за функціональним призначенням пристроїв, забезпечує підвищення точності вимірювань за рахунок підвищення кількості генерування кадрів за секунду у відеокамерах. Таким чином, автоматизована гравіметрична система з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, відповідає критерію корисної моделі «новизна». Суть технічного рішення в автоматизованій гравіметричній системі з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра (яка заявляється) пояснюється за допомогою ілюстрацій, де на фіг. 1 показано блок-схему автоматизованої гравіметричної системи з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, на фіг. 2 показано конструктивно-компонувальну схему автоматизованої гравіметричної системи з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, на фіг. 3 показано схему розміщення конструктивних елементів автоматизованої гравіметричної системи з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, відносно платформи (на виді збоку), на фіг. 4 показано схему розміщення між собою джерел освітлення/випромінювання та пристрою визначення поточної координати переміщення пробного тіла (який виконано у вигляді принаймні двох фотодатчиків), на фіг. 5 показано розміщення верхнього джерела освітлення/випромінювання та пристрою визначення поточної координати переміщення пробного тіла (які розміщено в площині Z1) в перетині А-А, на фіг. 6 показано розміщення нижнього джерела освітлення/випромінювання та пристрою визначення поточної координати переміщення пробного тіла (які розміщено в площині Z2) в перетині Б-Б, на фіг. 7 показано конструктивно-компонувальну схему автоматизованої гравіметричної системи з високоточним виставленням осі чутливості граві 66753 10 метра, яка заявляється, з показом габаритних співвідношень пробного тіла і напрямного циліндра та взаємно перпендикулярно між вектором g прискорення сил тяжіння, на фіг. 8 показано схему розташування відеокамер відносно поздовжньої осі напрямного циліндра (на виді зверху), на фіг. 9 показано схему розміщення пар джерел освітлення/випромінювання та пристроїв визначення поточної координати переміщення пробного тіла між собою в площинах Z1 і Z2, а також по поздовжній осі прозорого напрямного циліндра в площині W, на фіг. 10 показано схему розміщення по висоті прозорого напрямного циліндра верхнього та нижнього фортодатчиків пристрою визначення поточної координати переміщення пробного тіла (за довжиною L), на фіг. 11-13 показано етапи проходження пробного тіла по внутрішньому каналу прозорого напрямного циліндра під дією прискорення сил тяжіння g, на фіг. 14-15 показано схеми корекції вертикалі осі симетрії прозорого напрямного циліндра за даними координат переміщення/падіння пробного тіла по внутрішньому каналу прозорого напрямного циліндра під дією прискорення сил тяжіння g (суміщення поздовжньої осі гравіметра з місцевою вертикаллю), на фіг. 16-20 показано схеми етапів повернення пробного тіла в початкове положення за допомогою пристрою повернення пробного тіла до початкового положення (для повторення випробувань). Автоматизована гравіметрична система (позиція 1) з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, містить (як варіант конструктивного виконання - див. блок-схему на фіг. 1 та схеми на фіг. 2-3) пробне тіло 2, першу (позиція 3) та другу (позиція 4) системи вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, блок керування 5 системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (позиції, відповідно, 3 і 4). Конструктивно до складу першої системи (позиція 3) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла входять напрямний циліндр 6, платформа 7, пристрій 8 утримання пробного тіла в початковому положенні та пристрій 9 визначення поточної координати переміщення пробного тіла (який виконано у вигляді принаймні двох фотодатчиків, відповідно, позиція «Ф1» та «Ф2»). При цьому до складу першої системи (позиція 3) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла додатково введено приводи (10) просторового положення платформи (позиція 7) та пристрій 11 повернення пробного тіла до початкового положення - див. блоксхему на фіг. 1 та схеми на фіг. 2-3. Конструктивно до складу другої системи (позиція 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла входять базове джерело 12 освітлення/випромінювання та додаткове джерело 13 освітлення/випромінювання (кожне з яких виконано або на основі ультраяскравих світлодіодів, або на основі лазерних випромінювачів, або на основі аналогічних за функціональним призначенням пристроїв), базова (позиція 14) та додаткова (позиція 15) відеокамери, пристрій 16 апроксимації та система 17 кріплення відеокамер (відповідно, позиції 14 і 15) - див. блок-схему на фіг. 1 та схеми на фіг. 2-3. 11 При цьому: - блок 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (позиція 2) виконано у вигляді ЕОМ; - пробне тіло 2 виконано у формі кулі з матеріалу з магнітними властивостями; - напрямний циліндр 6 виконано прозорим (причому зазначений прозорий напрямний циліндр 6 виконано за внутрішнім діаметром Dц більшим, ніж діаметр Dn пробного тіла 2, герметичним та із вакуумом усередині) (див. схеми на фіг. 2-8, 1020). Конструктивно і технологічно: - зазначений прозорий напрямний циліндр 6 встановлено на платформі 7 так, що його поздовжня вісь 18 перпендикулярна площині Q платформи 7 (див. схеми на фіг. 2-3-4, 7, 10), - пристрій 8 утримання пробного тіла в початковому положенні розміщено у верхній частині 19 прозорого напрямного циліндра 6 (див. схеми на фіг. 2-4, 10-20); - пристрій 11 повернення пробного тіла до початкового положення розміщено всередині прозорого напрямного циліндра 6 у його нижній частині 20, що примикає до платформи 7; - платформу 7 виконано з можливістю стабілізації у горизонтальній площині за допомогою приводів 10 просторового положення платформи; - другу (додаткову) відеокамеру 15 розташовано так, що її оптична вісь 21 перпендикулярна оптичній осі 22 базової відеокамери 14; - систему 17 кріплення відеокамер (позиції 14 і 15) закріплено жорстко до платформи 7; - перше (позиція 12) та друге (позиція 13) джерела освітлення/випромінювання та фото датчики (позиції «Ф1» і «Ф2») розміщено на одній лінії, напрямок якої співпадає з напрямком осі чутливості гравіметра, в площині W, що проходить по поздовжній осі 18 прозорого напрямного циліндра 6 (при цьому зазначені перше джерело 12 освітлення/випромінювання та перший фотодатчик (позиція «Ф1») розташовано в районі пристрою 8 утримання пробного тіла (позиція 2) в початковому положенні та в площині Z1, що перпендикулярна поздовжній осі 18 прозорого напрямного циліндра 6, а зазначені друге джерело 13 освітлення/випромінювання та другий фотодатчик (позиція «Ф2») розташовано в районі пристрою 11 повернення пробного тіла (позиція 2) до початкового положення та в площині Z2, що перпендикулярна поздовжній осі 18 прозорого напрямного циліндра 6, причому зазначені пари джерела освітлення/випромінювання та фотодатчика (відповідно, позиції 12 і «Ф1» та позиції 13 і «Ф2») розташовані діаметрально протилежно між собою) - див. схеми на фіг. 5-6, 9-10; - відеокамери (позиції 14 і 15) встановлено з можливістю відстеження послідовних положень (координат, позиції х0, х1, x2, ..., хi) переміщення пробного тіла 2 на всьому діапазоні (позиція L див. схеми на фіг. 10-11, 17-18) його переміщення від верхньої пари джерела освітлення/випромінювання та фото датчика (відповідно, позиції 12 і «Ф1»), до нижньої пари (відповідно, 66753 12 позиції 13 і «Ф2») - див. послідовно схеми на фіг. 11-13, 16. Зв'язки між конструктивними елементами, що входять до складу автоматизованої гравіметричної системи (позиція 1) з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, який заявляється, встановлено таким чином (див. блок-схему на фіг. 1 та схеми на фіг. 2-3, 11-20): - перший вихід блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (позиція 2) з'єднано з входом пристрою 8 утримання пробного тіла (позиція 2) в початковому положенні; - вихід зазначеного пристрою 8 утримання пробного тіла (позиція 2) в початковому положенні з'єднано з першим входом блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла; - другий вихід блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом кожного з джерел (позиції 12 і 13) освітлення/випромінювання; - третій вихід блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом базової відеокамери 14; - вихід базової відеокамери 14 з'єднано з першим входом пристрою 16 апроксимації; - вихід пристрою 16 апроксимації з'єднано з другим входом блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла; - вихід пристрою 9 визначення поточної координати переміщення пробного тіла (позиція 2) з'єднано з третім входом блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла; - другий вихід блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом додаткового джерела (позиція 13) освітлення/випромінювання; - четвертий вихід блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла з'єднано з входом додаткової відеокамери 15; - вихід додаткової відеокамери 15 з'єднано з другим входом пристрою 16 апроксимації; - п'ятий вихід блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (позиція 2) з'єднано з приводами 10 просторового положення платформи (позиція 7); - шостий вихід блока 5 керування системами (позиції 3 і 4) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (позиція 2) з'єднано з пристроєм 11 повернення пробного тіла до початкового положення. Автоматизована гравіметрична система з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, працює таким чином. Попередньо збирають зазначену вище систему (позиція 1) (див. блок-схему на фіг. 1 та схеми на фіг. 2-10). Після збирання системи (позиція 1 - див. схеми на фіг. 2-3) пробне тіло 2 закріплюється у пристрої 8 утримання пробного тіла (позиція 2) в по 13 чатковому положенні, який розміщено у верхній частині 19 прозорого напрямного циліндра 6, що виконано герметичним та всередині якого створено вакуум (див. схеми на фіг. 2-3, 10-20). Далі здійснюють заходи щодо визначення значення прискорення сил тяжіння g (для рішення завдань гравіметрії). Починають роботу з того, що з першого виходу блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла на вхід пристрою 8 утримання пробного тіла (позиція 2) в початковому положенні (яке утримується у зазначеному пристрої 8 утримання пробного тіла, наприклад, за допомогою електромагнітного поля) надходить сигнал, по якому пристрій 8 утримання пробного тіла (позиція 2) в початковому положенні відпускає пробнетіло 2 (що має початкові координати х0) - див. схему на фіг. 11. Воно починає рухатись під дією прискорення сил тяжіння g униз по прозорому направляючому циліндру 6 (всередині якого створено вакуум - для зменшення сил тертя), який встановлено на стабілізуючій платформі 7 (стабілізація платформи 7 в горизонтальній площині Q відносно місцевої вертикалі забезпечується за допомогою приводів 10 просторового положення платформи (позиція 7) (що входять до складу першої системи (позиція 3) вимірювання шляху та часу руху пробного тіла див. блок-схему на фіг. 1 та схеми на фіг. 2-3, 7, 10). Водночас з третього та четвертого виходів блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, відповідно, на вхід базової відеокамери 14 та на вхід додаткової відеокамери 15 (які встановлено переважно в одній площині з перетинанням оптичних осей (відповідно, позиції 22 і 21) перпендикулярно одна до другої та взаємно перпендикулярно між вектором g прискорення сил тяжіння - див., відповідно, схеми на фіг. 7 та на фіг. 8) видається керуючий сигнал (відповідно, позиції «К1» і «К2» - див схему на фіг. 2 та схему на фіг. 12). Відеокамери (позиція 14 та 15) починають здійснювати відеозйомку (див. схему на фіг. 12) пробного тіла 2, яке вже має поточні координати х1. При цьому, якщо стабілізуюча платформа 7 встановлена своєю площиною Q не перпендикулярно місцевій вертикалі, пробне тіло 2 на початку руху (позиція х0 - див. схему на фіг. 11) по внутрішній порожнині прозорого напрямного циліндра 6 і далі (проміжні позиції х1, x2, ..., xi - див. схеми на фіг. 11-13) під дією прискорення сил тяжіння буде відхилятися своєю траєкторією падіння від поздовжньої осі 18 прозорого напрямного циліндра 6 (осі симетрії циліндра 6). Відеокамери (позиція 14 та 15, що встановлені на системі кріплення 17) почнуть фіксувати траєкторію переміщення/падіння пробного тіла 2 та надсилати сигнал (що пропорційний ступеню відхилення траєкторії переміщення/падіння пробного тіла 2 по внутрішній порожнині прозорого напрямного циліндра 6 відносно осі симетрії (позиція 18) прозорого напрямного циліндра 6) на, відповідно, перший та другий входи пристрою 16 апроксима 66753 14 ції, який обробляє отриману інформацію щодо координат х0, x1, x2, ..., хi переміщення пробного тіла 2 по внутрішній порожнині прозорого напрямного циліндра 6 відносно його осі симетрії (позиція 18), і подає інформаційний сигнал на другий вхід блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (позиція 2) - див. схеми на фіг. 12-13. З п'ятого виходу блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла сигнали керування (позиція «К3» - див. схему на фіг. 2 та схеми на фіг. 14-15) подаються на приводи 10 просторового положення платформи (позиція 7), які встановлюють стабілізуючу платформу 7 своєю площиною Q перпендикулярно місцевій вертикалі (див. схеми на фіг. 1415). Таким чином ліквідується незбіг осі симетрії (позиція 18) прозорого напрямного циліндра 6 з місцевою вертикаллю. Після того, як пробне тіло 2 досягне нижньої частини (позиція 20) прозорого напрямного циліндра 6 (див. схему на фіг. 16), воно (в координаті хi) перекриє оптичний зв'язок між додатковим джерелом 13 освітлення/випромінювання і нижнім фотодатчиком (позиція «Ф2»). Керуючий сигнал (позиція «К4» - див. схему на фіг. 2 та схему на фіг. 16) з нижнього фотодатчика (позиція «Ф2») надходить до третього входу блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла - див. схему на фіг. 16. За цим сигналом блок керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла вимикає базову (позиція 14) та додаткову (позиція 15) відеокамери і надсилає керуючий сигнал (позиція «К5» - див. схему на фіг. 2 та схему на фіг. 17) до пристрою 11 повернення пробного тіла до початкового положення. Зазначений пристрій 11 повернення пробного тіла до початкового положення силою F (див. схему на фіг. 17) повертає пробне тіло 2 у зворотний бік у напрямку верхньої частини (позиція 19) прозорого напрямного циліндра 6 (див. послідовно схеми на фіг. 17-20), де знаходиться пристрій 8 утримання пробного тіла в початковому положенні. Сила F, з якою пристрій 11 повернення пробного тіла до початкового положення взаємодіє з пробним тілом 2, змінюється. Вона обраховується за допомогою блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла за формулою: F m 2gh1 t де: m - маса пробного тіла (позиція 2); g - обраховане прискорення вільного падіння тіла; h1 - відстань (позиція L) від пристрою 11 повернення пробного тіла до початкового положення до пристрою 8 утримання пробного тіла в початковому положенні; t1 - час, за який пробне тіло (позиція 2) проходить відстань між парами оптичних пристроїв (відповідно, позиції 12 і «Ф1» та позиції 13 і «Ф2»). Проходячи площину Z2, в якій розташована друга (нижня за схемою на фіг. 18) пара з'єднаних 15 між собою оптичним зв'язком - джерело 13 освітлення/випромінювання і нижній фотодатчик (позиція «Ф2»), пробне тіло 2 перекриє оптичний зв'язок між зазначеними джерелом 13 освітлення/випромінювання і нижнім фотодатчиком (позиція «Ф2»). При цьому у нижньому фотодатчику (позиція «Ф2») створюється керуючий сигнал (позиція «К4»), який з зазначеного нижнього фотодатчика (позиція «Ф2») надходить до третього входу блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (див. схему на фіг. 2 та схеми на фіг. 16). Отримавши керуючий сигнал (позиція «К4») з нижнього фотодатчика (позиція «Ф2»), блок керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла видає керуючий сигнал (позиція «К1») на вхід базової відеокамери 14 та керуючий сигнал (позиція «К2») на вхід додаткової відеокамери 15, вмикаючи їх у режим відеозйомки. Далі під дією сил інерції від сили F, створеної пристроєм 11 повернення пробного тіла до початкового положення, пробне тіло 2 продовжує рух до першої пари - (верхня за схемою на фіг. 2-4, 11-19) з'єднаних між собою оптичним зв'язком - джерело 12 освітлення/випромінювання і верхній фотодатчик (позиція «Ф1»), що знаходяться в площині Z1 (яка перпендикулярна поздовжньої осі 18 прозорого напрямного циліндра 6 - див. схему на фіг. 9). Проходячи площину Z1, в якій розташована зазначена вище перша пара з'єднаних між собою оптичним зв'язком - джерело 12 освітлення/випромінювання і верхній фотодатчик (позиція «Ф1»), пробне тіло 2 перекриє оптичний зв'язок між зазначеними джерелом 12 освітлення/випромінювання і верхнім фотодатчиком (позиція «Ф1»). При цьому у верхньому фотодатчику (позиція «Ф1») створюється керуючий сигнал (позиція «К4»), який з зазначеного верхнього фотодатчика (позиція «Ф1») надходить до третього входу блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (див. схеми на фіг. 2-3, 7 та схему на 19). Отримавши керуючий сигнал (позиція «К4») з верхнього фото датчика (позиція «Ф1»), блок керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла видає зі свого першого виходу керуючий сигнал (позиція «К6») на вхід пристрою 8 утримання пробного тіла в початковому положенні та керуючі сигнали (позиція «К 1» і «К2») на вимкнення відеокамер 14 і 15 (див. схему на фіг. 2 та схему на фіг. 20). Пристрій 8 утримання пробного тіла в початковому положенні зупиняє рух пробного тіла 2 у напрямку верхньої (торцевої) частини 19 прозорого напрямного циліндра 6 і фіксує зазначене пробне тіло 2 в районі верхньої (торцевої) частини 19 прозорого напрямного циліндра 6, не допускаючи удару останнього по торцевій частині прозорого напрямного циліндра 6 (див. схему на фіг. 20). При цьому оптичний зв'язок між джерелом 12 освітлення/випромінювання і верхнім фотодатчиком (позиція «Ф1») відкривається і верхній (за схемою на фіг. 2) фото датчик (позиція «Ф1») подає керуючий сигнал (позиція «К4») на третій вхід бло 66753 16 ка керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (позиція 2) (див. схему на фіг. 20). У разі, коли пробне тіло 2 під час вільного руху вниз по внутрішній порожнині прозорого напрямного циліндра 6 не відхиляється від осі симетрії (позиція 18) зазначеного напрямного циліндра 6 (це відбувається тоді, колі вісь симетрії прозорого напрямного циліндра 6 співпадає з місцевою вертикаллю), відеокамери 14 і 15 фіксують положення пробного тіла 2 на всіх етапах його переміщення/падіння (позиції х0, х1, x2, ..., хi) та надсилають вихідні сигнали на перший та другий входи пристрою 16 апроксимації (див. схеми на фіг. 11-13), а з нього - на другий вхід блока керування (ЕОМ позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла (див. схему на фіг. 2 та схеми на фіг. 11-13). В початковий момент, коли пробне тіло 2 зафіксоване у пристрої 8 утримання пробного тіла в початковому положенні, воно має наступні параметри: час переміщення t0=0, початкова координата пробного тіла х0=0, а його початкова швидкість V0=0. Поточна координата переміщення/падіння пробного тіла 2 вниз по внутрішній порожнині прозорого напрямного циліндра 6 в момент часу t визначається за формулою: gt 2 t2 g 2 2 Вимірювання значення прискорення сил тяжіння g здійснюється в автоматизованій гравіметричній системі (позиція 1) з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, по двох каналах. Перший канал працює таким чином. Пробне тіло 2 проходить площину Z1, в якій розташована перша пара з'єднаних між собою оптичним зв'язком - джерело 12 освітлення/випромінювання і верхній фото датчик (позиція «Ф1»). В цей момент сигнал (позиція «К4») від верхнього фотодатчика (позиція «Ф1») надходить на третій вхід блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла. За всіма отриманими даними блок керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла обчислює по першому каналу значення прискорення сил тяжіння g за формулою: xt   x 0  Vo t  g F2  t 2 2 m 2  2h 2 де: h2 - відстань між парами - джерелом 12 освітлення/випромінювання і верхнім фото датчиком (позиція «Ф1») та джерелом 13 освітлення/випромінювання і нижнім фотодатчиком (позиція «Ф2»); t2 - час, за який пробне тіло 2 пройшло шлях L між джерелом 12 освітлення/випромінювання і верхнім фото датчиком (позиція «Ф1») та джерелом 13 освітлення/випромінювання і нижнім фотодатчиком (позиція «Ф2») (див. схеми на фіг. 10 та на фіг. 11, 17). 17 Розрахунок ведеться до моменту проходження пробним тілом площини Z2, в якій розташована друга пара з'єднаних між собою оптичним зв'язком - джерело 13 освітлення/випромінювання і нижній фотодатчик (позиція «Ф2»). Сигнал від нижнього фотодатчика (позиція «Ф2») надходить на третій вхід блока керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла і зазначений блок (позиція 5) вимикає механізм розрахунку часу (що знаходиться в ЕОМ - позиція 5, як варіант конструктивного виконання) та за командами «К1» і «К2» вимикає відеокамери 14 і 15. У цей же час пристрій 16 апроксимації за зображеннями, що надійшли з відеокамер 14 і 15, визначає поточні координати х/ центра мас пробного тіла 2, що відповідають моментам часу i·Тn, де: Тn - період генерування кадрів відеокамерою 1 Tn  n де: n - кількість кадрів за секунду, що генерує відеокамера; i=1...N (де: N - кількість положень пробного тіла 2, зафіксованого відеокамерами 14 і 15). Координати хi центра мас пробного тіла 2 вимірюються відносно початкового положення х0=0 пробного тіла 2, коли воно знаходиться у зафіксованому в пристрої 8 положенні (див. схему на фіг. 11). За всіма отриманими даними блок керування (ЕОМ - позиція 5) системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла обчислює по другому каналу значення прискорення сил тяжіння g за формулою: g F2  t 2 m 2  2h 2 (h=L) Ha цьому робота автоматизованої гравіметричної системи з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, по визначенню значення прискорення сил тяжіння g вважається закінченою. Підвищення ефективності застосування автоматизованої гравіметричної системи з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, по відношенню до прототипу, досягається шляхом встановлення приводів просторового положення платформи, що дає можливість стабілізувати платформу в площині горизонту та сполучити вісь симетрії напрямного циліндра з місцевою вертикаллю (для забезпечення переміщення/падіння пробного тіла точно по осі симетрії напрямного циліндра. Підвищення ефективності 66753 18 застосування автоматизованої гравіметричної системи з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, по відношенню до прототипу, досягається шляхом виконання напрямного циліндра герметичним та з вакуумом всередині, що забезпечує вільне переміщення/падіння пробного тіла всередині напрямного циліндра без тертя об повітря, а встановлення пристрою повернення пробного тіла до початкового положення та виконання його регульованим за допомогою блока керування системами вимірювання шляху та часу руху пробного тіла, забезпечує безперервність роботи гравіметра щодо виміру значення прискорення сил тяжіння g. Підвищення ефективності застосування автоматизованої гравіметричної системи з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра, яка заявляється, по відношенню до прототипу, досягається шляхом виконання джерела освітлення/випромінювання на основі ультраяскравих світлодіодів, або на основі лазерних випромінювачів, або на основі аналогічних за функціональним призначенням пристроїв, забезпечує підвищення точності вимірювань за рахунок підвищення кількості генерування кадрів за секунду у відеокамерах. Джерела інформації: 1. Справочник геофизики «Гравиразведка». М.: Недра., 1980, 206 с. 2. Патент Російської Федерації № 2193786 «Баллистический лазерный гравіметр» від 27.11.2002 року, МПК 8 G01V 7/00 - аналог. 3. А.П. Юзефович, Л.В. Огородова «Гравиметрия», - М.: Недра, 1980, стор. 22-76 - аналог. 4. Патент Російської Федерації № 2149429 «Гравиметрическая измерительная система» від 20.05.2000 року, МПК 8 G01V 7/00 - аналог. 5. Патент України на винахід № 90627 С2 «Гравіметрична система з високоточним виставленням осі чутливості гравіметра» від 11 травня 2010 року, бюл. № 9, 2010 р., МПК (2010) G01V 7/00 - аналог. 6. Патент України на корисну модель № 6921 С1 «Гравіметр для вимірювання абсолютного значення прискорення сили ваги» від 02 березня 1993 року, бюл. № 1, 1993р., МПК 6 G01V 7/14 - аналог. 7. Остапчук Анна Анатоліївна «Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук». УДК 531.383. Спеціальність 05.11.01 - Прилади та методи вимірювання механічних величин. Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут». Київ-2011, стор. 13, рис. 6 - прототип. 19 66753 20 21 66753 22 23 66753 24 25 66753 26 27 66753 28 29 66753 30 31 66753 32 33 66753 34 35 66753 36 37 66753 38 39 66753 40 41 66753 42 43 66753 44 45 66753 46 47 66753 48 49 66753 50 51 66753 52 53 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 66753 Підписне 54 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601