Радіофізичний гравіметр

Реферат: Даний винахід належить до області гравіметрії й призначається для вимірювання параметрів гравітаційного поля Землі. Радіофізичний гравіметр складається не менше ніж з одного блока вимірювання, виконаного у вигляді пристрою, в основі роботи якого лежить радіофізичний ефект зміни частоти сигналу в гравітаційному полі, до складу якого входять стандарти частоти, джерела випромінювання сигналу, канали поширення сигналу, приймачі сигналу та частотний компаратор, блока обробки результатів вимірювання і ретранслятора, за допомогою якого утворюються додаткові канали розповсюдження сигналу та інформації про стан джерела випромінювання сигналу, джерело випромінювання і приймач сигналу рознесені один від одного по висоті на певну відстань і синхронізовані по частоті. Також у разі, коли координати джерела випромінювання сигналу невідомі, до його складу необхідно додати навігаційний приймач, а функції приймача сигналу 6 виконуватиме навігаційний приймач. Технічний результат полягає у можливості вимірювання параметрів гравітаційного поля Землі у будь-якій точці поверхні Землі за допомогою наземного джерела випромінювання сигналу за повної автономності та високої точності одержуваних результатів. UA 115651 C2 (12) UA 115651 C2 UA 115651 C2 5 10 15 20 25 30 35 Даний винахід належить до області гравіметрії й призначається для вимірювання значення прискорення вільного падіння. Основні принципи побудови відомого супутникового гравітаційного градієнтометра (СГГ) (Жернаков О.А. й ін. Принципи створення супутникового гравітаційного градієнтометра. III Міжнародна конференція в ЦНИИМАШ 27-31.05.02. ГНЦ РФ ЦНИИ «Електроприлад»; Жернаков О.А., Фрезинський B.C. Кріогенні чутливі елементи інерційних навігаційних систем: Огляд. - Л.: ЦНИИ «Румб», 1998), як приладу, що має граничну чутливість на рівні 10~4 Етв і працює на землі або в умовах вільного від зносу зношення космічного апарата, полягають у наступному: - забезпечити волю руху пробних тіл (ПТ) у процесі вимірювання, з метою досягнення мінімально можливої межі дозволу при вимірюванні інших похідних гравітаційного потенціалу; - увести зворотні зв'язки, з метою компенсації зсуву центра мас ПТ щодо корпуса та їх відносних зсувів, обумовлених градієнтом гаданого прискорення; - забезпечити високу точність вимірювання зсувів ПТ щодо корпуса й відносних зсувів пари ПТ; - ізолювати блок чутливих елементів (ЧЕ) СГГ від поступальних і кутових рухів; - забезпечити мінімальний шум систем зворотного зв'язку, що не повинен перевищувати теплові шуми конструкції. Перехід до безконтактного підвісу ПТ і кріогенним температурам дозволяє значно підвищити точність вимірів і забезпечити вищенаведені принципи побудови СГГ. З метою реалізації вибраного конструктивного рішення, а саме зв'язаної по поступальних ступенях свободи системи двох осциляторів з кутовою стабілізацією приладової системи координат, необхідне застосування неконтактних зв'язаних надпровідних магнітних підвісів (НМП), що мають важливі переваги серед інших типів підвісів. Дана конструкція градієнтометра вичерпує всі можливості механічних систем такого роду. Поліпшення характеристик можливо тільки за рахунок побудови гравіметрів на інших фізичних принципах. Як прототип вибрано радіофізичний гравіметр (патент України № 90961, МПК G01V 7/16, дата подання 24.12.2008 р.), який виконаний у вигляді пристрою, що складається з не менш ніж одного вимірювального блока, в основі роботи якого лежить радіофізичний ефект зміни частоти сигналу в гравітаційному полі, до складу якого входять стандарти частоти, джерела сигналу, канали поширення сигналу, приймачі сигналу та частотний компаратор, і блока обробки результатів вимірювання. На ефекті зміни частоти електромагнітного випромінювання в гравітаційному полі ґрунтується радіофізичний спосіб вимірювання параметрів гравітаційного поля Землі (Савельев І.В. Курс загальної фізики, т.3, М., Наука, 1989, стор. 527): f  f0  40 ƒ0 gh c2  gh   ƒ0 1 2     c , де,  - постійна Планка; h - відстань між приймачами; g - прискорення вільного падіння; ƒ 0 - частота джерела випромінювання; ƒ - прийнята частота; c - швидкість світла, або 45  ƒg  ƒ 0 gh c2 , де ƒg - зміна частоти випромінювання під впливом прискорення вільного падіння. Вимірюючи ƒg можна розрахувати значення прискорення вільного падіння: g 50  ƒg c 2 ƒ0 h . Недоліком прототипу є обмежена сфера застосування - він може використовувати тільки ті джерела випромінювання сигналу, які розташовані за межами Землі, а значить повинні бути виконані вимоги до мінімально можливих габаритів і маси пристрою, що призводить до його подорожчання. 1 UA 115651 C2 5 10 15 20 Задачею даного винаходу є досягнення мети вимірювання параметрів гравітаційного поля Землі у будь якій точці поверхні Землі за допомогою наземного джерела випромінювання сигналу за повної автономності та високої точності одержуваних результатів. Це вирішується тим, що радіофізичний гравіметр, що складається не менше ніж з одного блока вимірювання, виконаного у вигляді пристрою, в основі якого лежить радіофізичний ефект зміни частоти сигналу в гравітаційному полі, відповідно до винаходу, додатково містить ретранслятор, за допомогою якого утворюються додаткові канали розповсюдження сигналу та інформації про стан джерела випромінювання сигналу, а джерело випромінювання і приймач сигналу рознесені один від одного по висоті на певну відстань і синхронізовані по частоті. Таким чином, нові істотні ознаки пристрою: - наявність ретранслятора, що дозволяє використовувати наземні стандарти частоти, які мають більш високу стабільність та не обмежені ні габаритами ні масою; - джерело випромінювання і приймач сигналу рознесені один від одного по висоті на певну відстань і синхронізовані по частоті, завдяки чому з'являється можливість використання будьяких джерел випромінювання сигналу з невідомими параметрами; в сукупності з відомими істотними ознаками дозволяють забезпечити вимірювання параметрів гравітаційного поля Землі у будь-якій точці поверхні Землі за допомогою наземного джерела випромінювання сигналу за повної автономності та високої точності одержуваних результатів. Для пояснення роботи радіофізичного гравіметра, який заявляється, прикладається схема. Порядок роботи радіофізичного гравіметра наступний. З виходу стандарту частоти 1 на джерело випромінювання сигналу 2 подається сигнал стабільної частоти ƒ 0 . Джерело природного або штучного походження 2 формує й випромінює сигнал частотою ƒ 0 у канал 25 поширення 3. Пройшовши через канал поширення 3 сигнал змінює частоту з ƒ 0 на ƒ під дією сили тяжіння. Сигнал частотою ƒ приймається ретранслятором 4 та ретранслює його через канал поширення 5 на приймач сигналу 6, який рознесений з джерелом випромінювання 2 по висоті на певну відстань h. Приймач сигналу 6 на основі отриманого від ретранслятора сигналу з частотою ƒ1 визначає навігаційні параметри - просторові координати. З стандарту частоти 1 і приймача 6 сигнали з частотою ƒ 0 , ƒ1 подаються на частотний компаратор 7, на який також 30 35 подається сигнал стабільної частоти ƒ 0 зі стандарту частоти 8. У частотному компараторі 7 визначають значення зсуву частоти сигналу ƒ під дією сили тяжіння, тобто зсув частоти прийнятого сигналу ƒ1 щодо частоти випромінюваного сигналу ƒ 0 , яке передається в блок обробки 9. У блоці обробки 9 за отриманим значенням ƒ розраховується значення прискорення сили тяжіння. У разі, коли координати джерела випромінювання сигналу невідомі, до його складу необхідно додати навігаційний приймач, а приймач сигналу 6 виконати у вигляді навігаційного приймача. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 40 45 50 1. Радіофізичний гравіметр, що складається не менше ніж з одного блока вимірювання, виконаного у вигляді пристрою, в основі роботи якого лежить радіофізичний ефект зміни частоти сигналу в гравітаційному полі, до складу якого входять стандарти частоти, джерела випромінювання сигналу, канали поширення сигналу, приймачі сигналу та частотний компаратор, і блока обробки результатів вимірювання, який відрізняється тим, що він додатково містить ретранслятор, причому джерело випромінювання і приймач сигналу рознесені один від одного по висоті і синхронізовані по частоті. 2. Радіофізичний гравіметр за п. 1, який відрізняється тим, що джерело випромінювання додатково містить навігаційний приймач, а приймач сигналу виконаний у вигляді навігаційного приймача. 2 UA 115651 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3