В.Л. Пантелеев - ИЗМЕРЕНИЕ СИЛЫ ТЯЖЕСТИ НА ПОДВИЖНОМ ОСНОВНИИ (1186115), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Как показывает практика,показания гравиметра ГМН при такой системе управления рычагом упругой системыстановится устойчивым.16.Выпишем уравнения, описывающие динамику гравиметра ГМН:τϕ& + ϕ = ν 0 (∆g − ∆g к + wz ) ,ϕτ 1ϕ& + ϕ = ,ν0s& = v0 signϕ ,∆g к = s + τ 2 s& .Первое уравнение описывает движение рычага под действием вертикального ускорения.Оно мало чем отличается от уравнения τϕ& + ϕ = ν 0 (∆g + wz ) , описывающего движениерычага, построенного по разомкнутой схеме.
Это связано с тем, что ∆gк содержитмедленную составляющую, которая определяется изменением силы тяжести ∆g, ибыструю, связанную с качкой корабля. Последняя очень мала по амплитуде, т.к. скоростьотработки микровинта (0,2 – 0,8 мГал/с) много меньше скорости изменения wz (десяткитысяч миллигал за секунду). Из этого следует, что наличие в ∆gк составляющей спериодом качки корабля не влияет на вынужденные колебания рычага упругой системы.Следовательно, обратная связь не уменьшает амплитуды вынужденных колебанийупругой системы гравиметра.17.Третье уравнение системы говорит о том, что в случае идеального реле скоростьизменения отсчета по абсолютному значению равна v0 (0,2 – 0,8 мГал/с), что обычнобывает больше наблюдаемой скорости изменения силы тяжести на борту движущегосясудна.
При скорости судна в 10 – 20 узлов, последняя, как правило, не превышает 0,1мГал/с. Скорость изменения отсчета, заключенная в пределах− v0 < s& < v 0 ,принципиально возможна лишь при условии ϕ = 0 . Отсюда следует, что ϕ = ϕ& = 0 и∆g = ∆g к . Тогда из последнего уравнения следует, что s + τ 2 s& = ∆g . Это и есть уравнение,определяющее зависимость отсчета гравиметра от изменения силы тяжести. Оно являетсяуравнением первого порядка с передаточной функцией Г( p ) = (1 + τ 2 p) −1 . Отметим, чтоэто уравнение справедливо только для медленных процессов, для оценки влияния качкикорабля это уравнение непригодно.18.Следует отметить, что динамические искажения не зависят ни от постояннойвремени УСГ, ни от динамических параметров ФНЧ. Это означает, что без ущерба дляточности и быстродействия можно применять упругие системы с очень большойпостоянной времени (1000 с и более).
Объясняется это тем, что в рабочем режиме среднееположение рычага неизменно (ϕср = 0), а постоянную величину никакие фильтры неискажают.6819.Основной недостаток гравиметра ГМН – отсутствие устройств для цифровойзаписи и обработки информации. Вся регистрация производится на самописец. Этотнедостаток преодолевается самими сотрудниками лабораторий и организаций,использующих этот прибор для съемки. Еще один недостаток – существеннаянелинейность структурной схемы гравиметра, связанная с релейным преобразователем.Этот недостаток и некоторые другие были учтены в последующей модификации этогогравиметра, который получил название ГМН-КМ (Флагман).
Рассмотрим вопрос огармонической линеаризации, введенной в этот гравиметр.20.Суть гармонической линеаризации системы заключается в том, что кроме сигнала сФНЧ на релейный преобразователь РП подается переменное напряжение с некоторойчастотой (8 – 10 Гц), которое “сканирует” релейную характеристику преобразователя.Среднее значение выходного сигнала в этом случае будет зависеть не только от знака ϕ ,но и от значения сканирующего сигнала. Пусть линеаризующий сигнал представляетсобой гармоническое колебание с частотой f и амплитудой a. Тогда на выходе РП будемиметь:s& = v0 sign(ϕ + a cos 2πft ) .После дальнейшего прохождения сигнала через динамическую систему он неизбежносглаживается, поэтому высокочастотной частью s& можно пренебречь. Для “медленной”части s& при малых значениях ϕ можно приближенно записать:s& = q(a )ϕ ,где q(a) – коэффициент гармонической линеаризации.
В теории автоматическогорегулирования доказано, что в данном случае2v 0.πaq(a ) =Так как эта величина имеет размерность обратную времени, то введем обозначениеτ3 =πa2v 0.21.С учетом сделанных замечаний третье уравнение, описывающее динамикугравиметра ГМН s& = v 0 signϕ , будет заменено линеаризованнымs& = q(a)ϕ =ϕ,τ3и вся система уравнений приобретет вид:τϕ& + ϕ = ν 0 (∆g + wz − ∆g к ) ,ϕτ 1ϕ& + ϕ = ,ν0∆g к = s + τ 2 s& ,τ 3 s& = ϕ .69Последовательно заменяя ϕ на ϕ, а ϕ на s, получим:τ (τ 1ϕ&& + ϕ& )ν 0 + (τ 1ϕ& + ϕ )ν 0 = ν 0 (∆g + wz − ∆g к ) ,τ (τ 1τ 3&s&& + τ 3 &s&) + (τ 1τ 3 &s& + τ 3 s&) + τ 2 s& + s = ∆g + wz .Обозначивa1 = τ 2 + τ 3 ,a 2 = (τ + τ 1 )τ 3 ,a3 = ττ 1τ 3 ,получим дифференциальное уравнение третьего порядкаa3&s&& + a 2 &s& + a1 s& + s = ∆g + wz .Следовательно, передаточная функция гравиметра имеет вид:Г( p ) = (1 + a1 p + a 2 p + a3 p ) −1 .22.Конструкция гравиметра позволяет по желанию оператора изменять параметры τ иτ3, добиваясь наилучших, в определенном смысле, динамических характеристик системы.Так, при τ = 560 с, τ1 = 40 с, τ2 = 250 с, τ3 = 50 с, a = 10 мГал, v0 = 0,314 мГал/с полосапропускания составляет около 0,01 с-1, а переходная характеристика при данной полосепропускания – самая короткая.
Динамические искажения в этом случае эквивалентныфильтру, составленному из последовательной цепочки трех апериодических звеньевпервого порядка. Аналогичным образом можно настроить параметры так, что системабудет эквивалентна, например, фильтру Баттерворта третьего порядка.Лекция 14. Методика морской гравиметрической съемки и обработки наблюдений.1.Измерение силы тяжести на подвижном основании развивалось как съемка наморских судах, а измерение силы тяжести на самолетах и вертолетах до сих пор носятхарактер опытно-методических работ.
Следствием этого является то, что методикаморской гравиметрической съемки хорошо разработана в отличие от методикиаэрогравиметрической, которая имеет свои специфические особенности, связанные, восновном, с высокими скоростями носителя, с вопросами определения высотных иплановых координат самолета (вертолета). Тем не менее, как морская, так иаэрогравиметрия, имеют многие общие положения, которые находят свое отражение вметодике съемки. Более подробно остановимся на особенностях методики морскойсъемки.2.Измерения силы тяжести на море производятся относительным методом.
Как и приназемной съемке, морские измерения должны быть приведены к Мировойгравиметрической сети. Это означает, что первоначальные опорные наблюдения,выполненные в исходном порту, и конечные опорные наблюдения, выполненные в портузахода, должны быть привязаны к пунктам Мировой опорной сети. Очень частопродолжительность рейса, в течение которого выполняются гравиметрические измерения,70составляет 2 – 4 месяца, а иногда и больше. Очень важно, чтобы за это время сползаниенуль-пункта гравиметра было линейным, а само сползание было бы минимальным.3.Следующая особенность морских гравиметрических исследований – большойдиапазон изменения силы тяжести. Это требует тщательного эталонирования приборов.Ошибка в определении цены деления (масштабного коэффициента) морского гравиметраможет привести к значительным систематическим ошибкам в определении приращениясилы тяжести. Таким образом, большая продолжительность рейса, широкий диапазонизменения силы тяжести требуют применения такой методики съемки, которая позволялабы надежно контролировать как линейность сползания нуль-пункта, так и величинумасштабного коэффициента.
Очевидно, что для такого контроля необходимыпромежуточные заходы в порты, где известны значения силы тяжести.4.Помимо промежуточных заходов в порты с пунктами с известными опорнымизначениями силы тяжести, применение группы приборов может также помочь выявитьслучайные ошибки в определении масштабных коэффициентов. Выявить такие ошибкивозможно на основе анализа показаний гравиметров и расхождения показаний во времени.Кроме того, применение группы гравиметров дает возможность оценить качество(точность) съемки, хотя для независимого контроля необходимо сопоставить измеренныезначения силы тяжести со значениями, полученными в других экспедициях (независимыйконтроль).5.Так как основной вклад в изменение аномального поля силы тяжести вноситрельеф морского дна, то необходимо, чтобы морские гравиметрические наблюдениясопровождались непрерывным эхолотированием.6.Важной особенностью морской гравиметрической съемки является необходимостьточного определения координат, скорости и курса судна.
От знания этих параметровзависит точность учета поправки за нормальное поле Земли при вычислении аномальныхзначений силы тяжести, и что самое главное, точность вычисления поправки Этвеша.7.Таким образом, для успешного проведения гравиметрических работ на моренеобходимо выполнение нескольких условий:- наличие специально оборудованной гравиметрической лаборатории, в которойможет располагаться группа приборов;- лаборатория должна располагаться вблизи центра масс корабля с цельюуменьшения влияния качки судна, и оснащена кондиционером для поддержанияпостоянной температуры;- для наблюдения за смещением нуль-пункта гравиметров необходимы заходы наконтрольные пункты. В промежутках между заходами линейность дрейфа нульпункта должна быть гарантирована;- гравиметры должны обладать широким диапазоном измерения силы тяжести;- судно должно быть оборудовано точным глубоководным эхолотом и совершеннойсистемой навигации.8.Совершенно очевидно, что успех гравиметрических наблюдений во многомопределяется качеством подготовки приборов к гравиметрическому рейсу.
Как правило,этот подготовительный этап начинается за 2 – 3 месяца до начала экспедиции. На этомэтапе проверяется готовность приборов к работе, определяются их основные параметры,которые используются при обработке результатов наблюдений. Работы по подготовкеприборов к работе включают в себя эталонирование (определение масштабногокоэффициента измерительной пружины), определение динамических параметров,71испытание на стендах горизонтальных и вертикальных колебаний, а также наорбитальном стенде. Помимо этого, в процессе подготовки гравиметра к работепроизводится юстировка уровней прибора, определяется характер сползания нуль-пунктагравиметра, исследуется работа термостата и характер температурной зависимости, и т.д.Рассмотрим перечисленные этапы работы.9.Эталонирование гравиметров, т.е.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
