Пробне тіло для абсолютного балістичного гравіметра

Пробне тіло для абсолютного балістичного гравіметра, яке містить рухливий оптичний відбивач, закріплений в корпусі, що рухається у вакуум 3 нізм 11, який здійснює переміщення балістичної камери 9 синхронно з падінням пробного тіла 4, в результаті чого пробне тіло 4 фактично є нерухомим відносно молекул газу всередині балістичної камери - і не зазнає впливу з боку них. Далі, інтерферометр формує вимірювальний та опорний промені, посилає вимірювальний промінь па відбивач, відстань до якого вимірюється, приймає відбитий промінь і перетворює його на імпульсний електричний імпульсний сигнал. Опорний промінь також перетворюється на імпульсний сигнал. Після чого реверсивний лічильник різниці числа імпульсів лічить різниці числа імпульсів вимірювального і опорного сигналів. Величина і знак різниці чисел імпульсів однозначно визначають величину і напрямок переміщення відбивача. Після подальшої обробки та внесення необхідних поправок результат вимірювання відображається на індикаторі. Недоліком описаного балістичного гравіметра є конструктивна складність, і, відповідно, висока вартість та значні габарити вимірювального пристрою. За найближчий аналог обрано пристрій — абсолютний балістичний гравіметр, що містить двочастотний стабілізований Не-Ne лазер, но ходу вимірювального променя якого послідовно розміщені світлоподільний елемент, оптичний блок інтерферометра і рухливий оптичний відбивач пробне тіло циліндричної форми — розміщене у вакуумній камері, оснащеній підкидаючим пристроєм, на виходах світлоподільного елемента та оптичного блока гравіметра по ходу опорного променя і відбитого від рухливого оптичного відбивача вимірювального променя розміщені фотоелектричні перетворювачі частот, які виходами підімкнуті до обчислювального вузла, після якого розташований вузол обробки інформації та індикації результатів вимірювання. Схема пристрою, що роз’яснює принцип його дії, показана на дод. 2. На рисунку показано: лазер 1, по ходу вимірювального променя якого послідовно розміщені світлоподільний елемент 2, оптичний блок інтерферометра 3 і рухливий оптичний відбивач 4 - пробне тіло — розміщене у вакуумній камері з підкидаючим пристроєм, на виходах світлоподільного елемента 2 та оптичного блока інтерферометра 3 по ходу опорного променя і відбитого від рухливого оптичного відбивача вимірювального променя розміщені фотоелектричні перетворювачі частот опорного променя 5 та вимірювального променя 6, які виходами підімкнуті до обчислювального вузла 7, після якого розташований вузол обробки інформації 8 та індикації результатів вимірювання, який відрізняється тим, що обчислювальний вузол складається з двох однонаправлених синхронних лічильників, зв'язаних входами з фотоелектричними перетворювачами частот опорного та вимірювального променів інтерферометра, двох регістрів, входами зв'язаних з виходами двох однонаправлених синхронних лічильників, модуля мікропроцесора і арифметичного пристрою, зв'язаного з регістрами і вузлом обробки та індикації результатів вимірювання, інформації, причому для уникнення впливу остаточних газів на результат, пробне тіло підкидається вертикально вгору, а 92651 4 вимірювання здійснюються і на висхідній, і на унизсходячій гілках траєкторії пробного тіла, так що похибки, викликані впливом остаточних газів, взаємо компенсуються. Пристрій працює в такий спосіб. Двочастотний He-Ne лазер 1 випромінює оптичний промінь, Частина цього променя за допомогою світлоподільного елемента 2 направляється на фтоелектричний перетворювач частот опорного променя 5, що після перетворення формує на вході послідовність імпульсів з частотою, рівною різниці частот випромінюваних лазером оптичних коливань. Далі, випромінюваний лазером промінь надходить в оптичний блок 3, у якому розділяється на два оптичних промені, один з яких після ряду відображень усередині оптичного блоку, надходить на фотоелектричний перетворювач частот вимірювального променя інтерферометра 6, а інший промінь спрямовується на оптичний відбивач вимірювального плеча інтерферометра 4. Відбившись в зворотному напрямку, цей промінь повторно проходить через оптичний блок ітерферометра 3 і також надходить на фотоелектричний перетворювач частот вимірювального променя інтерферометра 6. На старті оптичний відбивач - пробне тіло 4 — підкидається вертикально вгору, і частота імпульсів на виході фотоелектричного перетворювача вимірювального променя 6 підвищується стосовно частоти проходження імпульсів опорного каналу 5. Досягши найвищої точки траєкторії, пробне тіло починає падати, і частота імпульсів на виході фотоелектричного перетворювача вимірювального променя 6 зменшується стосовно частоти проходження імпульсів опорного каналу 5. Ця зміна частоти імпульсів визначає швидкість і напрямок руху відбивача. Причому діяння сили аеродинамічного опору на обох ділянках мають взаємно компенсуватися. Недоліком найближчого аналога є неможливість уникнути відхилення пробного тіла від вертикалі під час польоту, що викликає асиметрію аеродинамічних сил, які діють на пробне тіло і мають випадковий характер, даючи в результаті нескомпенсовану похибку. Підвищення точності прототипу вимагає підвищення вакууму — і, в результаті підвищення конструктивної складності та вартості пристрою. В основу винаходу поставлено задачу підвищення точності вимірювання значення абсолютного значення прискорення сили ваги без підвищення глибини вакууму, на існуючому обладнанні — а отже, не збільшуючи конструктивної складності, масово-габаритних характеристик та вартості гравіметра. Поставлений результат досягається за рахунок того, що у відомому абсолютному балістичному гравіметрі, що містить двочастотний стабілізований Не-Ne лазер, по ходу вимірювального променя якого послідовно розміщені світлоподільний елемент, оптичний блок інтерферометра і рухливий оптичний відбивач, розміщений у вакуумній камері з підкидаючим пристроєм, на виходах світлоподільного елемента та оптичного блока інтерферометра по ходу опорного променя і відбитого від рухливого оптичного відбивача вимірювально 5 го променя розміщені фотоелектричні перетворювачі частот, які виходами підімкнуті до обчислювального вузла, після якого розташований вузол обробки інформації та індикації результатів вимірювання, згідно з пропозицією, рухливий оптичний відбивач — пробне тіло — виконується в такий спосіб, що його бічній поверхні надається форма сегмента сфери із центром, що знаходиться в центрі мас пробного тіла, причому оптичний центр відбивача типу "котяче око" також співпадає з центром мас пробного тіла. Бічним поверхням вушок для центрування пробного тіла на підкидаючому пристрої також надається форма сегментів сфери — більшого радіусу - але також із центром, який знаходиться в центрі мас пробного тіла. Варіант конструктивного виконання запропонованого пробного тіла показаний на дод. 3, який пояснює принцип його побудови. На дод. 3 наведено пробне тіло 1, всередині якого міститься оптичний відбивач типу "котяче око" 2 з оптичним центром 3, який співпадає з центром мас пробного тіла та геометричним центром сферичних сегментів, що утворюють зовнішні поверхні пробного тіла. Запропонований пристрій працює таким чином. Згідно з найближчим аналогом пробне тіло — оптичний відбивач — підкидають вертикально вгору, і на нього за допомогою світлоподільного елемента спрямовується частина променя, випроміненого лазером, який, відбившись від відбивача, направляється на фотоелектричний перетворювач частот вимірювального променя, частота послідовності імпульсів якого порівнюється з частотою послідовності імпульсів, згенерованих фотоелектричним перетворювачем частот опорного променя, і різниця частот подається на блок обчислення та індикації. Вимірювання здійснюються і на висхідній, і на унизсходячій гілках траєкторії пробного тіла. У випадку відхилення осі пробного тіла від вертикалі, за рахунок сферичності його поверхні, площа фронтального (до вектора швидкості) пере 92651 6 тину пробного тіла, а отже його аеродинамічний опір залишається постійним і дорівнює аеродинамічному опору еквівалентної сфери. Тому похибки вимірювань, викликані аеродинамічним опором остаточних газів на висхідній та унизсходячій гілках траєкторії взаємно компенсуються. Перевага запропонованого абсолютного балістичного гравіметра полягає в тому, що при випадкових відхиленнях осі пробного тіла від вертикалі, площа фронтальної проекції пробного тіла залишається постійною, відповідно постійним є значення аеродинамічного опору залишкових газів, і викликана ними похибка взаємно компенсується на висхідній та унизсходячій гілках траєкторії, що підвищує точність пристрою. Новизну автори і заявники вбачають в тому, що бічній поверхні пробного тіла, а також бічним поверхням центрувальних вушок надається форма сегментів сфери (різних радіусів) із центрами, які співпадають з центром мас пробного тіла, а також з оптичним центром відбивача. Заявлене рішення не випливає явним чином з рівня техніки, що дозволяє зробити висновок про відповідність даного рішення критерію "винахідницький рівень". [1] Итоги науки и техники. Серия «Геодезия и аэросъѐмка». Том 25 «Гравиметрия и инерциальные методы». Под ред. чл.-корр. АН СССР Ю.Д. Буланже. М.: Всесоюзный институт научной и технической информации. 1987 - 124 с. [2] В.В. Золочевский, О.Н. Мирошниченко, Л.Г. Давыдова, СВ. Переверзев. К вопросу о точности совмещения оптического центра уголкового отражателя с центром масс пробного тела для интерференционных измерений ускорения силы тяжести. // Метрология в гравиметрии. Тезисы докладов Второй всесоюзной научно-технической конференции. Харьков, НПО «Метрология». 1984 — с. 5052. 7 92651 8 9 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 92651 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601