Разработка и исследование портативного абсолютного баллистического гравиметра с эксцентриковым механизмом бросания пробного тела

• Автор: Витушкин, Артём Леонидович
• Шифр специальности: 05.11.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 83 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ УСТРОЙСТВА БРОСАЮЩИХ МЕХАНИЗМОВ СОВРЕМЕННЫХ АБГ.

ГЛАВА 2. ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И РАСЧЕТ ЭКСЦЕНТРИКОВОГО МЕХАНИЗМА БРОСАНИЯ ПРОБНОГО ТЕЛА.

2.1 РАСЧЕТ ПРОФИЛЯ ЭКСЦЕНТРИКА

2.2 УСТРОЙСТВО БРОСАЮЩЕГО МЕХАНИЗМА.

ГЛАВА 3. УСТРОЙСТВО АБСОЛЮТНОГО ГРАВИМЕТРА.

3.1 ОБЩЕЕ УСТРОЙСТВО ГРАВИМЕТРА

3.2 ОПТИЧЕСКАЯ СХЕМА ИСПОЛЬЗУЕМОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА.

3.3 УСТРОЙСТВО ПАССИВНОЙ ПОДВЕСКИ ОПОРНОГО ОТРАЖАТЕЛЯ.
3.4 ВАКУУМНАЯ КАМЕРА БРОСАЮЩЕГО МЕХАНИЗМА.
3.5 ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ СИГНАЛА.
3.6 ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА ОБРАБОТКИ ИНТЕРФЕРЕНЦИОННОГО СИГНАЛА
ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ПОГРЕШНОСТЕЙ РАЗРАБОТАННОГО ГРАВИМЕТРА
4.1 ТРЕБОВАНИЯ К ВАКУУМУ.
4.2 ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ГРАДИЕНТА.
4.3 ВЛИЯНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ. '
4.4 ВЛИЯНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ.
4.5 ВЛИЯНИЕ МОДУЛЯЦИИ ВЕЛИЧИНЫ ВОЗДУШНОГО ЗАЗОРА МЕЖДУ ИНТЕРФЕРОМЕТРОМ И ВАКУУМНОЙ КАМЕРОЙ.
4.6 ВЛИЯНИЕ ВРАЩЕНИЯ ПАДАЮЩЕГО УГОЛКОВОГО ОТРАЖАТЕЛЯ.
4.7 ВЛИЯНИЕ НАКЛОНОВ И ОТДАЧИ ПОСТАМЕНТА.
4.8 ВЛИЯНИЕ ОТКЛОНЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОСТИ ЛАЗЕРНОГО ЛУЧА В ИНТЕРФЕРОМЕТРЕ.
4.9 СУММАРНАЯ ПОГРЕШНОСТЬ ИЗМЕРЕНИЙ УСП РАЗРАБОТАННЫМ ГРАВИМЕТРОМ
ГЛАВА 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ УСП.
5.1 ИЗМЕРЕНИЯ В СПЕКТРАЛЬНОЙ ЛАБОРАТОРИИ.
5.2 ИЗМЕРЕНИЯ НА TABLE MOUNTAIN (TMGOl.
5.3 ИЗМЕРЕНИЯ В MICRO-g SOLUTIONS.
5.4 ОБЩИЙ АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ УСП.
5.5 АНАЛИЗ ОСТАТОЧНЫХ ДИСТАНЦИОННЫХ ОТКЛОНЕНИЙ.
ВЫВОД
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ВВЕДЕНИЕ
Технический прогресс сопровождается повышением требований к измерительной технике, в частности, к средствам измерения ускорения свободного падения (УСП). Высокоточные абсолютные измерения УСП с относительной погрешностью порядка КГ9- 1(Г8 имеют широкое практическое применение в геофизике (в частности, в вулканологии), геодезии (изучение фигуры Земли) и геологии (гравиметрическая разведка), и в метрологии. Эти измерения позволили значительно развить мировую систему опорных гравиметрических пунктов для изучения долговременных вариаций силы тяжести и в качестве реперной системы. Значительная потребность в абсолютных баллистических гравиметрах (АБГ) связана с необходимостью дальнейшего изучения и поддержания этой сети. В метрологии, помимо использования в эталонах силы, давления и силы тока [8], растёт интерес к абсолютным измерениям УСП и при исследованиях, направленных на поиск нового определения единицы массы килограмма на основе использования весов Ватта, при которых необходимы абсолютные измерения УСП с относительной погрешностью не более 1 х 10-9.
АБГ играют значительную роль и в метрологическом обеспечении в области гравиметрии, приобретая роль первичных эталонов в этой области, как это отмечено, в частности, в [12]. В то же время в метрологическом обеспечении самих АБГ важное место занимает передача размеров единиц длины и времени, частично обеспечиваемая калибровкой входящих в их состав
стабилизированных по частоте лазеров и стандартов частоты, обычно рубидиевых.
О метрологической важности измерений УСП говорит тот факт, что с 1981 года в Международном Бюро Мер и Весов (МБМВ) (Севр, Франция) каждые четыре года проводятся сличения как абсолютных, так и относительных гравиметров из многих стран мира. Семнадцать АБГ и семнадцать относительных гравиметров участвовали в последних международных сличениях в МБМВ в июне - августе 2001 года.
В настоящее время, для проведения абсолютных измерений УСП, во многих странах используются высокоточные АБГ. Наиболее известными и широко используемыми, на сегодняшний день, являются гравиметры JILAg (США) [3, 4, 6], FG-5 (США) [5], А-10 (США) [7] и ГАБЛ (Россия) [2, 10]. Эти АБГ используют баллистический метод, который основан на лазерноинтерференционном измерении отрезков пути и времени свободно падающего в вакууме (порядка 10 Topp) пробного тела (ПТ) в поле силы тяжести Земли.
Существуют два вида баллистического метода: симметричный и несимметричный. В первом случае ПТ тем или иным способом подбрасывается вверх в вакуумированном объёме, достигает верхней точки траектории и затем падает. При этом измерения выполняются на обоих участках траектории. При несимметричном методе измерения производятся только во время падения ПТ, инициированного различными способами. ПТ обычно изготавливается из немагнитных материалов. В ПТ вмонтируется уголковый оптический

механизма была выбрана меньшей, чем у пассивной подвески опорного отражателя (и существующих на момент разработки нашего гравиметра активных подвесок типа Бирегэрп^ [3, 5]), Кроме того, учитывалось, что интерферометр в дальнейшем может быть закреплен непосредственно на бросающем механизме. В этом случае можно будет транспортировать гравиметр с точки на точку в собранном состоянии, что немаловажно в полевых условиях.
Выбор подобной конфигурации АБГ не был свободен от некоторых перечисленных ниже недостатков (иногда на уровне неудобств в эксплуатации), однако, он позволил осуществить разработку с минимальными затратами и, в тоже время, обеспечил возможность исследования источников систематических погрешностей при измерении У СП гравиметром данной конфигурации и возможность оптимизации механизма бросания на основе результатов исследований.
Во-первых, это невозможность использования нашего бросающего механизма с некоторыми из существующих АБГ. Уголковый отражатель ПТ должен быть ориентирован вверх, и поэтому нельзя (без существенных конструктивных изменений) использовать разработанный бросающий механизм, например, с АБГ Бв-б. Прямая совместимость разрабатываемого механизма со всеми остальными системами гравиметра Бв-б позволила бы проще выявлять источники погрешностей за счет самого механизма бросания. В описываемой разработке, однако, при получении каких-либо отклонений в