Введение к работе
Актуальность/ Для успешного решения целого ряда научных,
физико-технических задач и задач клерикальной навигации необхо
димо проводить измерения гравитационного поля Земли на подоиж-
ном основании. В этих условиях измерения ускорений силы тяжес
ти производятся на фоне значительных инерционных помех, вызван
ных силами инерции, которые, согласно принципу эквивалентности
гравитационной и инерционной масс не могут быть отделены от сил
тяготения физическими методами. , ;
Инерционные помехи можно разделить на высокочастотные, е периодами от 0,3с до 10с, возникающие, в частности, при змере-яиях на надводном судне и обусловленные его вибрацией и качкой от волнения моря и низкочастотные, обусловленные длшшоперюдны-ми /30-ЗООс/ колебаниями объекта - фугоидкими движениями самолета, вариациями глубины и рискакия при движении подводной лодки, глубоководного аппарата, буксируемой гондолы и др.
Для выделения полезного сигнала - ускорения силы тяжести на фоне высокочастотной составляющей инерционной ломйхи успешно " используется метод частотной фильтрации, основанный на том, что спектры полезного сигнала и инерционной высоко часто гной помехи 'разнесены цо частотам. Фильтрация осуществляется за счет демпфирования чувствительного элемента гравиметра и применения- специальных сглаживаящих фильтров в выходных цепях. При измерениях силы тяжести на надводных судах, где высокочастоглгэ состаї-.хающая яв^шется главной частью инерционной помехи, метод частотной Фильтрации шжет обеспечить точность измерений до 0,5-1,0 мГал.
При измерениях силы тяжести на объектах, где оспоьчая ча~.ть спектра клершгоииой помехи находится в области низких частої',. Перекрывающихся со сагктром полезного сигнала, приме\існі:є ї.ч>-
- л
тода частотной Фильтрации ограничено. Фильтрация должна обеспечивать лишь подавление имеющейся в сигнале гравиметра высокочастотной части инерционной помехи, а ее влияние на низкочастотную часть помехи должно быть минимальным.
Идея выделения полезного сигнала состоит в том, что необходимо "окрасить" низкочастотную помеху, т.е. измерить ее каким-либо другим, неинерционным способом и затем скомпенсировать в сигнале гравиметра.
Таким образом, для выполнения высокоточных измерений силы тяжести в условиях низкочастотной инерционной помехи актуальной является задача создания измерительного комплекса, содержащего в качестве датчиков первичной информации гравиинерциальный измеритель /в дальнейшем - гравиметр/ и измеритель вертикальных перемещений объекта, построенный на неинерционном способе измерений. Выделение полезного сигнала произвоАтся в результате совместной, обработки данных измерений приборами комплекса.
Для обеспечения высокой точности измерений датчики первичной информации комплекса должны иметь высокую чувствительность, большой динамический диапазон измерений, стабильность характеристик в течение длительного времени.
Измерительные приборы комплекса должны иметь унифицированный выходной сигнал в цифровом виде, что позволяет без промежуточных преобразований проводить обработку данных, используя бортовую ЭВМ и получать оперативную информацию в процессе шмерений.
Чтобы иметь возможность использовать комплекс в условиях
ограниченного рабочего пространства и энергообеспечения, необ
ходимо, чтобы датчики первичной информация имели небольшие, га
бариты и малое энергопотребление. . ,
В настоящей работе рассматривается вариант комплекса для
измерений скли тяжести иа подводных объектах, в котором ь каче
стве датчиков первичной информации используются кварцем* грави
метр-и манометрический глубиномер с емкостными преобразователя
ми частотного типа и цифровыми выгодными сигналами , . -
Цель диссертации. Основной целью явилось теоретическое и экспериментальное исследование возможности и оценка ожидаемой точности опредечений силы тяжести в условиях нтакочастотцои икьр-йионной помехи.с помощью измерительного комплекса, содержащего кварцевый гравшлетр и манометрический глубиномер с уншїицки>ЕШ-ыл« емкостным преобразователем частотного типа. .
Основные задачи.
-
Определение принципов и схемы построения комплекса для измерений силы тяжести в условиях низкочастотной инерционной помехи. :„..,,.'' ..
-
Теоретическое обоснование основнйх-париметров измерительных приборов комплекса исходя из рабочего частотного диапазона
и требуемой точности измерений.
3. Разработка структурной схемы обработки информации измери
тельных приборов комплекса, позволяющей обеспечить задалиjга' точ
ность измерений.
.' 4. "Выработка требований, к^ кзмьритечьнкм приборам комплекса для их технической реализация исходя из теоретически" обосновек-ных. параметров.
5. Разработка, создание и исследование гравиметров y„t*.:i'o-стным преобразователи* частотного типа. Оценка технически: .характеристик гравиметров на соответствие требованиям коьиш.иса,
6.\ Анализ манометрических датчиков емкостного типа и разработка на'их основе манометрического глубиномере." о хаткастег-ио-тиками,' удовяетворявдкми -требованиям комплекса.
?. Проведение морских испытаний гравиметров и анализ результатов экспериментального материала, полученного при наблюдениях на надводных судах и глубоководны» аппаратах с целью оценки возможности и точности ^измерений ускорения силы тяжести в условиях низкочастотной инерционной помехи с помощью разработанного комплекса.
Научная новизна. Предложено технические решение проблемы
ИЗМереНИЙ СИЛЫ ТЯЖеСТИ В УСЛОВИЯХ ЯИЗКОЧаСТОТНОЙ ИНерЦИОКНОЙ ПОт-
мехи, основанное на комдтенсном использовании разработанных и исследованных датчиков первичной информации и представляющее интерес, в первую очередь, доя повышения точности и детальности 'наблюдений на подводных объектах. Разработана структурная "схема обработки выходной информации измерительных приборов данного комплекса.
Аппаратуряо реализованы высокочувствите .ьные с линейной характеристикой в большом динамическом диапазоне и цифровым выходным сигналом приборы измерительного комплекса - кварцевые гравиметры с емкостным преобразователем частотного типа.
Предложена конструкция и определены параметры манометрического глубиномера с емкостным преобразователем частотного типа, входящего в состав измерительного комплекса.
Разработаны методики исследований характеристик измерительных приборов комплекса.
Практическая значимость таботн. Способ измерений силы тяжести в условиях низкочастотной инерционной помехи с помощью разработанного комплекса позволяет повысить точность и детальность гравиметрических определений и решить целый ряд задач, в первую очередь таких, где необходимо получать значения ускорений силы тяжести на борту объекта в реальном времени, а также при прове-
дении съемок гравитационного поля океана в труднодоступных для неладных судов районах.
. Разработанные методики исследований и использования морских гравиметров с емкостным преобразователем нашій широкое применение яри выполнении крупномасагзбных площадных гравиметрических съемок дли решения научных и прикладных задач и внедрены в практику работ НИПИокеангеофизика.
Апвобаїікя и публикации. Основные результаты диссертации докидывались на научншс семинарах 1Ш АН СССР и на Сбщетоскокском семинаре по гравиметрии /І990/.
Основное содержание работы отражено в научно-технических отчетах к статьях. По теме диссертации опубликовано 7 статей.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, эйкшочедия и описка использованной литературы. Ее общий объел составляет 182 страницу из которых 114 страниц составляет машинописный текст, 65 страниц отведено под иллюстрации и таблицы. Список литературы содержит 62 наименования.