<<
>>

Зарубежная маятниковая аппаратура

Прибор Штернека. Первым удачно сконструированным маятниковым прибором, применявшимся при измерениях силы тяжести относительным методом, был прибор австрийского геодезиста Штернека (1881 г.) с маятниками его имени.

Маятники прибора полусекундные, длиной около 30 см, вес 1,5 кг. Призма маятника (агат или сталь) закреплена в головке средней частью, которая плотно пригнана к прямоугольному гнезду и закреплена пластиной четырьмя винтами. Стержень диаметром 8,5 см и чечевица бронзовые. Чечевица навинчена на стержень и пропаяна. Во избежание коррозии вся поверхность маятника покрыта хромом или золотом. Угол ребра призмы составляет 80°. Прибор одномаятниковый, штатив был стенной и столбовой.

Для измерения периода и амплитуды колебаний маятника использовался электромагнитный счетчик, устройство которого заключается в следующем. Свет от лампочки накаливания прерывается заслонкой, управляемой контактами хронометра. Образованные таким образом блики поступают на зеркало маятника и возвращаются в зрительную трубу, с помощью которой наблюдатель визуально фиксирует моменты перехода бликов через нить трубы. Ошибка измерений с прибором Штернека составляла около 10-15 мГал. По оценке Н.Н. Парийского, по измерениям на Кавказе ошибка составляла 4 мГал. Основные недостатки прибора: большой температурный коэффициент маятников, недостаточно плотное закрепление призмы в головке маятника, приводящее к плохому поведению маятников и к большому температурному последействию их.

Прибор Штюкрата. В 1890 г. берлинский механик Штюкрат создал свой маятниковый прибор, в дальнейшем получивший его имя. Приборы такого типа с небольшими конструктивными отличиями выпускали фирмы Бамберг, Аскания Верке, Фехнер, в СССР Аэрогеоприбор. Усовершенствованные приборы такого типа применялись до 1970 г. (ГДР, ПНР).

Прибор представляет собой массивную отливку диаметром 35 см с центральной вертикальной колонкой, на которой укреплена опорная плита с агатовыми площадками, на которые опираются маятники своими призмами.

Внизу отливки расположены подъемные винты, рукоятки для арретирования маятников и рычаги для задания маятникам амплитуд с последующим пуском. В середине вертикальной колонны проходит стержень, управляемый рукояткой внизу прибора через диск и червячную передачу. Вверху стержень при вращении рукоятки перемещает вертикально лагеры, на которые опираются маятники своими нерабочими частями. Тем самым происходит арретирование маятников. Внизу прибора

расположены пусковые рычаги маятников. Прибор герметично закрывается металлическим колпаком. Некоторые приборы допускают откачку воздуха.

У маятников этих приборов чечевица и стержень такие же, как и у маятника Штернека. Головка имеет форму стремени, в паз типа «ласточкин хвост» которой с помощью температурной посадки запрессован агатовый нож своей средней частью. Материал стремени, стержня и чечевицы — латунь или инвар. В комплект прибора включаются также счетчик, термометры, барометры, уровни и другое оборудование. Первые приборы были 3-маятниковые. На рубеже XX столетия 3-маятниковые приборы были заменены 4-маятниковыми, которые качались двумя парами в противофазе. Основные недостатки прибора: бронзовые маятники имели большой температурный коэффициент (более 15 мГал на градус), инварные маятники более чувствительны к магнитным полям, отсутствие термостата. Приборы этого типа применялись более 20 лет.

Упругие маятники Леже. Прибор состоит из кварцевого стержня диаметром 4 мм, укрепленного вертикально на тонкой (0,02 мм) плоской ножке из эльинвара. Длина стержня-маятника 6 см, полупе- риод колебаний его около 3 с. На стержне укреплен грузик, перемещая который можно регулировать период колебаний маятника. Наблюдения проводят с помощью микроскопа.

Кембриджский маятниковый прибор. Кроме описанных выше приборов наиболее известны следующие маятниковые приборы, применявшиеся, ориентировочно, до 1970-х годов: Кембриджский (Англия), Фирмы Галф (США), Географического института Японии (GSI), Итальянской геодезической комиссии, Обсерватории Доминиона [Сливин 1973а, б], Польский маятниковый прибор, Маятниковый прибор ГДР.

Результаты измерений с первыми пятью приборами были использованы для создания Европейско- Африканского, Северо-Американского, Западно-Тихоокеанского гравиметрических эталонных полигонов, а также для создания Международной гравиметрической стандартизованной сети (IGSN-71), используемой в настоящее время. Приборы Польский и ГДР применялись при создании полигона Таллин- София в 1968 г.

Кембриджский маятниковый прибор постоянно находился в эксплуатации с 1930 г. за исключением военных лет 1939-47 гг. Прибор двухмаятниковый, вакуумированный (до ~25 мм рт. ст.), не термо- статирован. В приборе применены полусекундные маятники конструкции Ленокс-Конингема, чечевица, стержень и головка которых изготовлены из одного куска инвара и представляют единое целое. Призма из твердой стали закреплена в теле головки коническими латунными втулками. В качестве зеркала служит отполированная боковая поверхность призмы. Маятники позолочены. Начальная амплитуда колебаний маятников составляет около 30'. Опорные площадки выполнены из агата.

Фотографическая регистрация периода колебаний маятников, примененная в этом приборе, повысила точность измерений и устранила личные ошибки наблюдателей, возникающих при визуальных наблюдениях. Для получения отметок времени применяют кварцевый генератор с частотой 100 кГц и синхронный мотор. При наблюдении периода колебаний маятников производят четырехминутные записи в начале и в конце серии качаний, которая длится 60 минут. Остаточное давление в приборе около 25 мм рт. ст. Оно определяется с помощью манометра с точностью до 0,5 мм рт. ст. В 1962 г. прибор усовершенствован: заменены некоторые ферромагнитные части, введена фотоэлектронная регистрация периода колебаний маятников, в комплект введено кольцо Гельмгольца, соленоид для размагничивания маятников, кварцевый хронометр. Погрешность измерений составляет около 0,5 мГал. Основные недостатки прибора: влияние магнитных полей на инварные маятники (применение катушки Гельмгольца с целью устранения этого влияния усложнило работу с прибором), перевозка маятников отдельно от прибора.

Маятниковый прибор фирмы Галф (США). Прибор находится в эксплуатации с 1932 г., с ним выполнено наибольшее число измерений при создании мировой сети IGSN-71. Прибор двухмаятниковый, вакуумирован и термостатирован. В 1959 г. он значительно усовершенствован. В нем применены минимальные маятники стержневого типа, изготовленные из плавленого кварца, сечение 54x19 мм, длина 32,5 см (приведенная длина 20 см, вес 590 г, период колебаний 0,45 с). Опорная призма маятника, изготовленная из пирекса, прикреплена к стержню с помощью плотной посадки и приклеена специальным цементом. Угол заточки лезвия призмы 120°. Маятники постоянно находятся в приборе.

а на время транспортировки блокируются специальным устройством. Опорные площадки выполнены также из пирекса. Разность периодов одиночных маятников не превышает 2х10“6 с. Воздух внутри прибора осушается фосфорным ангидридом и ионизируется радиоактивной солью для уменьшения электростатического влияния на маятники. Постоянство температуры обеспечивается с точностью 0,05°С. Наблюдения выполняют при давлении 1-5 мм рт. ст. Постоянство пусковых амплитуд поддерживается с точностью 0,3%, а разность фаз — равной 180±2°. Период колебаний маятников определяется за 58 минут, запись колебаний маятников производится на фотобумагу в течение 2,5 минут в начале и в конце серии наблюдений фотоэлектронным методом с применением 14-канального шлейфного осциллографа. Фотоумножитель заменен на фотодиод. Погрешность определений с прибором составляет около 0,3 мГал. Основные недостатки прибора: большое температурное последействие маятников, применение опорных устройств маятников, изготовленных из пирекса.

Маятниковый прибор географического института Японии. Прибор разработан в 1952 г., трехмаятниковый, вакуумирован и термостатирован, оптическая схема и метод регистрации периодов колебаний маятников приняты по Венинг-Мейнесу. Минимальные маятники стержневой формы, сечение стержня 40x20 мм, длина 400 мм, изготовлены из плавленого кварца.

В отверстие стержня с помощью сварки закрепляется кварцевая пластина, одна сторона которой полируется. К этой стороне также полированной гранью прижимается стальной нож и скрепляется с пластиной винтами. Вес маятника 1 кг, период колебаний ~0,51 с. При арретировании и дезарретировании маятников для уменьшения срабатывания лезвия ножа, возникающего вследствие ударов об опорную агатовую площадку при дезарретировании и вследствие разворота на площадке при арретировании, применяются вспомогательные стальные площадки, укрепленные на специальной вилке, которые касаются лезвий своими плоскостями в моменты посадки маятников на агатовые площадки и подъема с них.

Прибор не имеет блокирующего устройства и при транспортировке маятники перевозятся отдельно от прибора. Наблюдения выполняют при остаточном давлении 0,1 мм рт. ст. и при постоянной температуре, которая поддерживается с точностью до ±0,1 °С. Применена фотоэлектронная регистрация периодов колебаний маятников с помощью искрового хронографа. Регистрируются два фиктивных и один действительный (средний) маятник. Продолжительность наблюдения одной серии 10 минут.

В 1963 г. прибор был усовершенствован: внутрь прибора введена радиоактивная соль, введены 5 термисторов для определения температуры, для измерения давления введена трубка Пирани, изготовлен новый термостат.

В 1973 г. прибор снова совершенствовался и был разработан новый регистратор периодов колебаний маятников. Точность измерений с прибором оценивается средней квадратической ошибкой около 0,4 мГал. Основные недостатки прибора: недостаточно жесткое крепление призмы маятника, перевозка маятников отдельно от прибора, громоздкость прибора (вес прибора без термостата 65 кг).

Итальянский маятниковый прибор. Трехмаятниковый прибор Итальянской геодезической комиссии изготовлен в 1954 г. фирмой «Сальмоираги». Прибор вакуумирован, но не термостатирован. Его особенностью является то, что для управления маятниками применяется гидравлический привод. Применены минимальные стержневые маятники из молибдена.

Диаметр стержня 20 мм, длина 400 мм, вес 1,3 кг, период колебаний ~0,49 с. Стальная или агатовая призма крепится к стержню с помощью специальной мастики. Имеется устройство для блокировки маятников на время перевозки. Наблюдения периодов колебаний маятников выполняют при давлении около 15 мм рт. ст. Температура в приборе отсчитывается с ошибкой 0,01°С. Периоды колебаний маятников определяются с помощью фотоэлектронного устройства и шлейфного осциллографа (осциллограф Хэтэуэя). Регистрирующее устройство устанавливается на расстоянии 175 см от маятникового прибора. Регистрируются два фиктивных и один действительный маятники, начальная амплитуда колебаний 35 минут. Продолжительность серии наблюдений около двух часов. Погрешность измерения одной приборосвязи составляет около 0,4 мГал. Основные недостатки прибора: отсутствие термостата, сложная и громоздкая система регистрации периода колебаний маятников.

Маятниковый прибор обсерватории Доминиона. В 1956 г. Л.Г.О. Томсон сконструировал 2- маятниковый вакуумированный и термостатированный прибор. В 1960-1967 гг. Г.В. Вальянт модернизировал прибор. В приборе применены бронзовые позолоченные маятники Т. Менденхалла, изготовленные в 1920 г. Чечевица их имеет обтекаемую форму для уменьшения влияния плотности воздуха, вес 1,2 кг, период колебаний 0,5 с. Периоды колебаний маятников уравнены между собой до 5хЮ“6 с. Отличительной особенностью этих маятников является то, что они несут на себе опорные агатовые площадки, а агатовые призмы укреплены на плите прибора. Маятники качаются в противофазе с амплитудами, равными 26'. Маятники перевозятся отдельно от прибора. Периоды колебаний маятников определяют фотоэлектронным способом с помощью 30-канального регистратора. Периоды колебаний маятников от подвески на разные ножи могут изменяться до нескольких единиц шестого знака секунды. Температура в приборе поддерживается постоянной с погрешностью 0,01°С, датчиками температуры служат термисторы. Температурный коэффициент маятников равен 45 единицам седьмого знака секунды на один градус Цельсия. Давление внутри прибора поддерживается равным около 1 мм рт. ст. Погрешность измерений с прибором после модернизации составляет 0,08-0,15 мГал. Основные недостатки прибора: большой температурный коэффициент маятников и укрепление опорной площадки на маятнике.

Польский маятниковый прибор. В шестидесятых годах в ПНР был усовершенствован маятниковый прибор фирмы Аскания с целью повышения точности. Был изготовлен новый регистратор периодов колебаний маятников с использованием фотодиода и интегральных элементов, применены кварцевые часы, реконструированы и другие узлы прибора. Во время измерений давление внутри прибора было около 1 мм рт. ст. Для измерения давления разработан электронный вакуумметр. Для транспортировки маятников изготовлен термостат. Погрешность измерений по данным авторов около 0,07 мГал. Основные недостатки прибора: отсутствие термостата и перевозка маятников отдельно от прибора. 

<< | >>
Источник: Бровар B.В.. ГРАВИМЕТРИЯ И ГЕОДЕЗИЯ. 2010

Еще по теме Зарубежная маятниковая аппаратура:

  1. Гравиметрическая аппаратура, используемая для решения задач геодезии
  2. Зарубежная маятниковая аппаратура
  3. Отечественные маятниковые приборы
  4. Метрологическое обеспечение гравиметрических работ
  5. 6.4.1 Общая часть
  6. Зарубежные работы ИФЗ АН и ЦНИИГАиК
  7. О методах гравиинерциальной навигации