Методы и способы повышения точности гравиинерциальной аппаратуры

Леонтьев, Владимир Иванович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Методы и способы повышения точности гравиинерциальной аппаратуры
ВАК РФ 25.00.10, Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых

Автореферат диссертации по теме "Методы и способы повышения точности гравиинерциальной аппаратуры"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ЗЕМЛИ им О.Ю.ШМИДГА

На правах рукописи

УДК 550.831.23:550 312

Леонтьев Владимир Иванович

МЕТОДЫ И СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ГРАВИИНЕРЦИАЛЬНОЙ АППАРАТУРЫ

(Специальность 25.00.10 - геофизика, геофизические методы поиска полезных ископаемых)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 2003

Работа выполнена в Институте физики Земли им. О.Ю.Шмидта РАН

Научный руководитель:

Кандидат физико-математических наук В.Б.Дубовской

Научный консультант:

доктор физико-математических наук В.Г.Буданов

Официальные оппоненты;

доктор технических наук Д.Г Гриднев

кандидат физико-математических наук, доцент ААСавченко

Ведущая организация:

Московский государственный университет

им. М.В.Ломоносова, геологический факультет,

кафедра геофизических методов исследования земной коры.

Защита диссертации состоится « 11 » ноября 2003г.

в 11 часов на заседании Диссертационного Совета К.002.001.02

Объединенного Института физики Земли им. О.Ю Шмидта

Российской Академии Наук (ОИФЗ РАН)

по адресу: 123995, г.Москва, ул. Большая Грузинская, 10.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИФЗ РАН.

Автореферат разослан « <д » 2003г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук —■ Э.А.Боярский

'¿ЬСк -н

Общая характеристика работы.

Основной экспериментальный материал, представленный в работе, получен в Институте физики Земли за период 1976-2002 гг при взаимодействии с ВНИИФТРИ (п.Менделеево Московской обл ), НПО «Рудгеофизика» (Ленинград), ВНИИГеофизика (Москва), Институт кристаллографии РАН, ФИАН (Москва), ЦНИИМАШ. НПО им Лавочкина (Калининград Московской обл), з-д «Вибратор» (Ленинград), з-д Электроизмерительных приборов (Пенза), в/ч 44656

Актуальность исследования.

Развитие высоких технологий в области конструкционных материалов и микроэлектроники за последнее десятилетие привело к быстрому совершенствованию измерительной техники. Применение современных аналоговых и цифровых микросхем позволило существенно увеличить динамический диапазон и линейность различных датчиков, поднять разрешение регистрирующей аппаратуры, по крайней мере, на порздок.

Проблема особенно актуальна в гравиинерциальной аппаратуре Это связано с регистрацией сигналов, относительные величины которых имеют рекордно малые значения. Так при изучении собственных колебаний и приливных деформаций Земли фиксируют относительные изменения силы тяжести до значений Ю^'тЮ45, В гравиоградиентометрии, в полевой высокоточной гравиметрии, акселерометрии, требуются относительные измерения на уровне Ю^-гКГ10 в условиях резких изменений внешней температуры (-30*+40°С). Создание термостабильных условий необходимо для работы большинства измерительных систем. При этом существенно повышается достоверность получаемой информации, упрощается методика измерений.

В зарубежной литературе, особенно в последние годы, приводятся весьма ограниченные сведения о температурных исследованиях гравиметров Информация о теплофизической

конструкции гравиметра и типе правило, является «ноу-хау» фирмы.

как

Вопросом тепловой защиты занимались многие специалисты в области гравиинерциальной аппаратуры В начале 1970-х годов всеобщее признание получили исследования В.А.Тулина и А А Савченко В современных условиях требования к точности гравиинерциальных измерений и, соответственно, к качсств\ тепловой защиты приборов значительно повысились

Кроме теплового воздействия существенное влияние на работу прецизионной аппаратуры оказывает ряд других дестабилизирующих факторов, например, сейсмоакусшческое воздействие, барометрический и адиабатический эффекты, упругое последействие чувствительной системы, уход места горизонта прибора в процессе наблюдений и т д Кроме того, важно знать предельные возможности конкретной конструкции прибора. Расширение ассортимента современных электронных компонентов позволяет оптимизировать устройства регистрации и обработки полезного сигнала, существенно улучшая технические характеристики прибора

Исследование возможности повышения точности гравиинерциальной аппаратуры выполнено на примере кварцевого гравиметра. Каждое гравиметрическое определение представляет собой тонкий физический эксперимент, в котором необходимо учитывать или минимизировать основные источники погрешностей Конструкция гравиметра включает в себя все основные узлы, характерные для гравиинерциальной аппаратуры.

Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы были теоретические и экспериментальные исследования, направленные на повышение точности работы гравиметрической аппаратуры, и модернизация некоторых ее узлов, в том числе термостата, для повышения эффективное™ гравиметрических определений. Основные задачи диссертации.

• Изучение элементной базы для создания датчика температуры с высокой долговременной стабильностью, выбор оптимальной схемы измерения температуры, разработка системы регистрации температуры с предельным разрешением

• Анализ систем терморегулирования и выбор оптимальной системы терморегулирования для организации эффективной тепловой защиты гравиметра.

• Изучение конструктивных погрешностей кварцевого гравиметра и определение способов борьбы с ними

• Исследование возмущающих факторов, дестабилизирующих работу гравиметра, и определение методов их минимизации.

• Реализация разработанных подходов решения проблемы повышения качества термостатирования в конструкции термостата полевого гравиметра ГАГ-3 и оценка его эффективности по результатам лабораторных и полевых испытаний.

• Модернизация гравиметра ГАГ-3 для исследования возможности повышения его точности.

Научная новизна.

• Разработан и внедрен в серийном приборе прецизионный термостат с коэффициентом термостатирования 1/20000

• Разработан оптический датчик перемещения на базе инжекционного лазера, обеспечивающий разрешение полезного сигнала в гравиинерциальной аппаратуре на уровне броуновских шумов,

• Предложены способы минимизации действия возмущающих факторов на чувствительную систему гравиметра и улучшения параметров серийного гравиметра ГАГ-3, которые обеспечили создание макета нового прибора ГАГ-ЗМ, технические характеристики которого находятся на уровне лучших зарубежных полевых гравиметров.

Основные положения, выносимые на защиту.

1 Разработанное аппаратурное и методическое обеспечение позволяет выполнять измерения вариации температуры на уровне

2 Наиболее совершенной системой терморегулирования является система пропорционального терморегулирования с объединенным измерительно-нагревательным мостом.

3 Предложенный подход к выбору материалов для тепловой защиты гравиинерциальной аппаратуры, позволяет оптимально согласовать жесткость конструкции датчика с его тепловой изоляцией.

4 Разработанная конструкция экономичного термостата и методика его настройки обеспечивает коэффициент термостатирования термостата серийного гравиметра менее 1/20000

5 Реализация в гравиметре ГАГ-ЗМ предлагаемых в работе методов и способов снижения конструктивных погрешностей и влияния ряда

вози} щающих факторов обеспечили его технические характеристики на уровне лучших зарубежных гравиметров Практическая значимость работы.

Разработанный и реализованный в серийно выпускаемом гравиметре принцип экономичного термостатирования позволяет значительно уменьшить влияние вариаций внешней температуры на показания гравиинерциальной аппаратуры, уменьшить вес прибора, его энергопотребление, упростить методику гравиметрических определений, повысить производительность геофизических работ и качество получаемой информации.

Разработанные и реализованные в модернизированном гравиметре ГАГ-ЗМ способы уменьшения конструктивных погрешностей гравиметра и снижения влияния ряда возмущающих факторов на его чувствительную систему, представляют собой практические пути повышения точности гравиметрических определений на уровне нескольких микрогалов

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при проектировании и производстве серийного геодезического астазированного гравиметра ГАГ-3 В создании прибора принимали участие ИФЗ АН СССР (Москва) - ведущая организация, НПО «Рудгеофизика» (Ленинград) и в/ч 44656

С помощью гравиметров ГАГ-3 выполнены гравиметрические определения в Болгарии и странах СНГ с целью изучения неприливных вариаций силы тяжести Модернизированные гравиметры ГАГ-ЗМ используются в ИФЗ РАН для гравиметрического мониторинга сложных объектов в Москве и Ленинграде (ЛАЭС) при из>чении плотностных неоднородностей верхних слоев Земли

Технические решения, полученные при выполнении настоящей работы, нашли применение при констр\гировании и исследовании спутниковых акселерометров, которые использовались на орбитальных космических станциях «Салют», «Союз». «Прогресс», «Мир», а в настоящее время являются штатным оборудованием Международной Космической Станции (МКС), в скважинных и наземных инклинометрах, в наземной и спутниковой градиентометрии.

Авторский вклад.

Автором выполнен комплекс исследований по разработке

аппаратурного и методического обеспечения температурные измерений и проведены лабораторные испытания термостата гравиметра ГАГ-3 Совместно с В Б Дубовским выполнены работы по анализу систем термостатирования, конструированию гравиметра ГАГ-3 и чувствительных систем различных датчиков грави инерциальной аппаратуры, исследованию конструктивных погрешностей гравиметра и влияния на него ряда возмущающих факторов Принимал участие в подготовке и проведении всех лабораторных и полевых исследований, приведенных в диссертации Представление результатов и публикации. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на Совещаниях Комиссии по изучению неприливных изменений силы тяжести Межведомственного геофизического комитета при Президиуме АН СССР (1986 и 1988гг., г. Москва), на Общемосковском гравиметрическом семинаре (1989г.), на расширенном семинаре лабораторий ИФЗ РАН (2002г.), на чтениях им.Ю Д-Буланже (2002г)

По теме диссертации опубликовано 11 статей и получено три авторских свидетельств на изобретение. Структура и объём диссертации.

Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения. Она содержит 170 страниц, в том числе 28 рисунков и!0 таблиц Список литературы включает 118 наименований. Благодарности.

Автор глубоко благодарен научному руководителю к.ф.-м.н Дубовскому В Б за огромную помощь в постановке экспериментальных работ и обсуждении их результатов, коллективу лаборатории «Медленных геофизических процессов» ИФЗ РАН за помощь в проведении лабораторных и полевых экспериментов, член* корр. АН СССР Ю.ДБуланже, д ф -м.н. А.С.Алешину, д ф -м.н Буданову ВГ, дт.н ВЛТулину, д.ф.-м.н В.Д.Гладкову, д.ф.-мн М.Г.Когану, д.т.н. В.В.Савичеву. к т.н. Э.А.Боярскому, к.ф -м н В Г Галстяну, к ф -м н А П Бажулину, к.ф -м.н А.Ю Марченкову. к.ф.-м.н С.С.Обыденникову, к ф -м н. Б В.Грану за ценные замечания и рекомендации во время обсуждения отдельных частей и глав диссертации, а также всем тем, кто помогал на различных этапах выполнения работы и всем, кто был внимателен и доброжелателен к автору.

Основное содержание работы.

Во введении диссертации обосновывается актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, ее научная новизна и практическая значимость результатов работы, дается краткое содержание глав

В первой главе проведен анализ датчиков температуры и методов её измерения для регистрации вариаций температуры на уровне 10 5—10-6 °С Показано, что при высокоточных измерениях температуры наибольшее распространение получили методы, использующие температурную зависимость электрических параметров материала чувствительных элементов Особое внимание автором уделено изучению долговременной стабильности элементов схемы измерения Исследование квазистатических процессов возможно с помощью платиновых датчиков температуры типа ТСПН-1 Их долговременная стабильность достигает величины (10~3-Н 0^) °С/год В качестве опорных резисторов мостовой схемы рекомендуется применение резисторов из литого микропровода или резисторов, изготовленных самостоятельно из манганинового провода Методика циклической термообработки проволочных резисторов с использованием тока высокой плотности (до 100А/мм2) позволяет за короткое время снять напряжения, стабилизировать структур)' в материале провода и обеспечить их долговременную стабильность до значения 10"6 отнед в год Описывается технология герметизации чипов печатных резисторов фирмы «Вишай» (США), разработанная в ИФЗ РАН, применение которой позволяет использовать потенциальные возможности печатных резисторов Относительная долговременная стабильность таких резисторов достигает величины 4* 10-7 в год Для регистрации кратковременных температурных процессов можно рекомендовать терморезисторы типа ММТ-1 и ММТ-4 Долговременная стабильность состаренных терморезисторов не превышает величины 10~3 °С/месяц Экспериментальные исследования способов соединения элементов мостовой схемы показывают, что соединение методом контактной сварки позволяет исключить влияние термо-ЭДС, обеспечивает минимальное переходное сопротивление соединения (I О"6 Ом) и его долговременную стабильность.

Анализ погрешностей измерения температуры по двух-, трех- и четырехпроводной схемам включения термочувствительного элемента в мостовую схему показывает, что при измерении температуры в узком диапазоне минимальные погрешности обеспечиваются при единой, компактной компоновке всех элементов схемы датчика температуры.

Предложен и экспериментально проверен оригинальный способ определения величины саморазогрева датчика температуры и определения величины теплового сопротивления между исследуемым объектом и датчиком температуры

Один из сложных вопросов выбора высококачественного усилителя постоянного тока автором решен путем усовершенствования серийных фотогальванометрических усилителей (Ф117/5), а также исключением ряда помех, сопровождающих измерения на постоянном токе Характеристики модернизированных усилителей являются рекордными долговременный дрейф приборов находится в пределах 1*5 нановольт в сутки, а его вариации и шумы не превышают 10 нановольт

Рассмотрен ряд помех, влияющих на измерения на постоянном токе, и методы борьбы с ними

В прецизионном термостате была проведена экспериментальная проверка возможности измерения температуры на предельном уровне точности. Она показала, что при принятии мер по максимальному снижению погрешностей измерения, как для элементов схемы, так и для схемы регистрации, средняя квадратическая ошибка часовых измерений сопротивления платинового термометра находится в пределах (4*9)х 10~9 отн. ед. или в температурном эквиваленте для платинового термометра сопротивления - (1~2,5)х10~6оС

Во второй главе анализируются возможности пассивной тепловой защиты для обеспечения термостабильных условий работы датчика ускорений. Качество пассивных термостатов в основном определяется постоянной времени, которая должна быть существенно больше времени внешнего теплового возмущения Модельный расчет зависимости постоянной времени термостата сферической формы от толщины теплоизоляции показывает, что максимальная постоянная времени соответствует варианту, когда отношение толщины теплоизоляции к радиусу сферы близко к единице Коэффициент С/50, в аналитическом выражении для -с позволяет сформулировать рекомендации по выбору формы термостата, а именно,

отношение полной теплоемкости камеры (С) к ее поверхности (Бо) должно быть максимальным Поскольку полная теплоёмкость пропорциональна объёму камеры, необходимо стремиться к том\. чтобы отношение её размеров в трех измерениях возможно меньше отличалось от единицы (примером может быть шар. цилиндр, высота которого равна диаметру, куб) Вопрос о выборе материала для камеры решается неоднозначно Если строгие ограничения накладываются на объем, то целесообразнее применять медь, если важнее ограничения по весу, то лучше использовать алюминий, соответственно увеличивая размеры Наиболее совершенной теплоизоляцией является вакуумная Минимальные тепловые потери имеет многослойная вакуумная изоляция (по литературным данным примерно 1мвт/град).

Модельный расчет показывает, что при тепловых ударах 20 °С в стандартной конструкции кварцевого гравиметра с постоянной времени 10 часов через 0,5 часа изменение температуры достигает величины ГС и более.

Для датчика гравиинерциальной аппаратуры важно с высокой точностью сохранять взаимное положение оси чувствительности и посадочной плоскости прибора Конструктивное решение связи датчика с внешним корпусом должно обеспечивать достаточную жесткость (для исключения действия боковых ускорений) и максимально возможную теплоизоляцию Потери тепла по

штангам длиной а, диаметром с/ при заданном угле разорентирования <р„ датчика ускорений массой т при действии боковых ускорений хо

.... а 1 Я определяется выражением- N = ха —~т--

<Ро Е

При заданной жесткости минимальные потери тепла достигаются в случае изготовления несущих штанг из материала с минимальным отношением коэффициента теплопроводности (Я) к модулю упругости (Е), Сравнивая по параметру Х!Е различные конструкционные материалы, приходим к парадоксальном) вывод} некоторые марки нержавеющей стали (Я«10 вт/м град) являются л^шим теплоизолятором при организации тепловой развязки датчика ускорений от внешней среды (см таблицу 1)

Таблица 1 Сравнение физических характеристик разных

риалов

Материал я, вт/м град Е, кг/мм2 X Е А>ст ^САШЛК т

^стата ^стали

Кварцевое стекло 1,38 7000 0,3 2,3 9

Текстолит 0,23 1000 0,4 30 5

Метилметакрилат 0,12 315-350 0,6 65 8,5

Пенополисгирол 0,12 280-350 0,6 70 9

Сталь(Х13Н25М2) 11,8 20000 1,0 1 1

Титан 16 11800 3,2 2 1,2

Вольфрам 167 40000 7,0 0,5 1,2

Алмаз 460 100000 7,8 0,2 0,09

Медь 390 10000 66,1 2 2,2

В таблице дополнительно показано насколько меняете* соотношение поперечного сечения и массы штанг при организации одной и той же жесткости конструкции из разных материалов Дги полимерных материалов и для кварца отношение НЕ меньше единицы, но поперечное сечение штанг и их масса существенно больше

Применение пассивных систем ограничено, они не могут обеспечить термостабильные условия работы аппаратуры продолжительное время Другим недостатком пассивных термостатов является недопустимость выделения сколько-нибудь значительной мощности электрической схемой, размещаемой внутри термостатируемой камеры.

В третьей главе проводится обоснование выбора систем! терморегулирования и конструкции прецизионного термостата

Из обзора термостатов видно, что, в инструментально! гравиметрии, в основном применяются термостаты релейного типа Это обусловлено высоким КПД и относительной простотой схемь. управления. Максимальный коэффициент термостатиров ан к я рассмотренных термостабилизирующих устройств не превышает величину 1/2000. В силу принципа работы релейной системы, в термостатиру емом объёме создается пульсирующее температурное поле Полностью исключить его влияние на чувствительную систему

и'

нс удается, а меры, принимаемые для сглаживания пульсаций температуры, неизбежно ведут к увеличению габаритов и веса приборов

В системах пропорционального терморегулирования на постоянном токе этот недостаток отсутствует Однако, для их реализации необходимы высококачественные усилители постоянного тока (УПТ)

Системы пропорционального терморегулирования на постоянном токе по схеме включения датчика температуры можно разделить на следующие группы система 1-е независимым питанием датчика температуры (рис 1а), система II - с объединенным измерительно-нагревательным элементом (рис 16), система Ш - с питанием датчика температуры током, пропорциональным тою,7 нагрузки (рис.1в)

Сравнение погрешностей терморегулирования трех систем приведено в таблице 2 В таблице приняты следующие обозначения' 5Т -отклонение температуры датчика от точки баланса моста, IIп-напряжение питания датчика, §11 у -вариации нуля усилителя, К{ и К?-

коэффициенты усиления по напряжению соответственно УПТ 1 и УПТ 2, АТ -разность между температурой точки баланса датчика температуры и внешней температурой, ^-мощность выделяемая в нагревательном элементе, при изменении АТ на 1°С, а~ температурный коэффициент сопротивления датчика температуры, Л,-сопротивление нагревательного элемента, т=ДУДн, Сопротивления К/. Я? К» показаны на рис. 1

Рис.1. Системы пропорционального терморегулирования.

Из выражений для 5Т (табл 2) видно, что все системы имеют

Таблица 2 Сравнение погрешностей пропорциональных систем терморегулирования на постоянном токе.

Система!

Система II

Система Щ

! ТГ _ Т ТТ . V 1 1

и„а и„аК

0, аЬЛ к иш гЩш

аИ, аи,К ш Ш = Ш0 + + ¿5Г, + АГ,

'г^Щт | ъжЛаи,

. + ияа ) V,

ак

и,оК К 2ЛЯУ.

оК

'(£ К а^ящ Т

зи^ы

[ ¿8г=¿/я;

1 оК Л'

^ = ■ Л

«. » 2 2&/ ¿г = дг'1+гг, =-т-г ■. ¡г..--

2 ¿К, 2 Ж,

аКК2 К,

+ 2<я/„ ж, |

+-!1

аК^ЛрДГ3

(¡ет=йзгх+¿5Тг + <1жъ

2Я/.

ж г

^ ~~ аК^Кр&Т

Я/.

__ ¿А7

составляющую STt, не зависящую от изменения внешней температуры и определяемую только электрическими параметрами элементов системы терморегулирования Эта погрешность минимальна для системы II. Для системы I видна прямая зависимость погрешности ST2 от изменения внешней температуры, и она является определяющей и неустранимой.

Анализ частных погрешностей {dST) трех систем показывает, что погрешность dSTc имеет место только в системе I и зависит от качества стабилизации питания независимого датчика температуры Погрешность d<j>Tx, определяемая флуктуациями коэффициента усиления УПТ, принимает минимальное значение в системе II Основную погрешность терморегулирования вызывают вариации напряжения смещения и температурный дрейф УПТ (dST2) Временной дрейф ЭДС смещения у лучших операционных усилителей имеет величину менее 3 мкв, температурный дрейф составляет величину менее 5 мкв/град. Быстрый прогресс микроэлектроники позволяет надеяться на существенное снижение этих параметров. Размещение операционного усилителя в непосредственной близости от термостатируемого объёма, позволяет существенно уменьшить влияния как термо-ЭДС, так и температурного дрейфа входного напряжения усилителя. Современные аналоговые микросхемы имеют регулировку напряжения смещения, поэтому с их помощью весьма просто добиться уменьшения величины SU Погрешность dST.^,

обусловленная вариациями внешней температуры существенна при малой разности температуры термостатирования и внешней температуры У систем II и III эта погрешность может быть у меньшена, по крайней мере, на порядок за счет корректировки SUy

Для системы I такой возможности нет, увеличение U„ датчика приведет к его саморазогреву и искажению температурного поля стабилизируемого объекта. Кроме того, если учесть тепловое сопротивление между датчиком температуры и термосгатируемым объектом, погрешность d6Ti для системы I будет намного больше

Сравнивая коэффициенты передачи мостовых датчиков температуры в различных схемах, видим, что в системе с объединенным мостом он больше других, т.к в нем выделяется максимальная мощность Почти такой же коэффициент передачи 14

имеет система с питанием датчика током, пропорциональным ток> нагрузки, в которой основной нагрев осуществляется за счет датчика а дополнительная нагревательная обмотка используется для компенсации тепловых потерь с участков объекта, не покрытых датчиком. Значительно худшими свойствами обладает система с независимым питанием датчика температуры

Принимая параметры электрической схемы и их вариации одинаковыми для трех схем, можно убедиться, что общая погрешность терморегулирования минимальна для системы с объединенным измерительно-нагревательным элементом

При проектировании прецизионного термостата помимс погрешностей системы терморегулирования следует учитывать конструктивные погрешности устройства К ним относятся погрешности, возникающие из-за наличия теплового сопротивленш между датчиком температуры, элементами конструкции и объектол термостатирования, а также из-за теплообмена с окружающей средой по выводам от элементов схемы. Рассмотренные в работе способы снижения конструктивных погрешностей нашли применение при конструировании макета термостата.

Одной из главных проблем, которую приходится решать пр1 создании термостабильных условий прецизионног гравиинерциального датчика, является минимизация градиенте! температуры в термостатируемом объеме. Возникновение разность температуры между главной пружиной упругой системы и термокомпенсатором исключает действие последнего Так в кварцевом гравиметре, при возникновении указанной разности температуры 0,00! °С, изменение показаний прибора составит величину 0,1 мГал независимо от качества термокомпенсации чувствительной системы. Приведены модельные расчеты изменения температуры по торцу и по длине цилиндрической камеры гравиметра.

Показано, что, при прочих равных условиях, величины градиентов ; термостатируемом объёме пропорциональны мощности, выделяемой нагревательным элементом термостата Применение сосуда Дьюара в качестве внешней теплоизоляции позволяет снизить потребление энергии термостатом более чем на порядок по сравнению с традиционным вариантом теплоизоляции из пенопласта Описываете)-оптимальная конструкция экономичного термостата На конструкции термостата получено авторское свидетельство Приводятся рекомендации по конструированию и методика расчета термостата

Способ экспериментального определения оптимального соотношения мощности нагревателей позволяет организовать однородное температурное поле объекта без вмешательства в мостовую схему датчика температуры

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям гравиметра ГАГ-3, анализу возмущающих воздействий на прибор, анализу его конструктивных погрешностей и описанию способов их минимизации.

Приводятся лабораторные исследования макета прецизионного термостата Погрешность измерения вариации температуры в макетном образце с помощью подвижного датчика температуры на основе терморезисторов ММТ-4 составила величину 2x10-5 °С Оригинальная схема измерения температуры в ключевых точках конструкции опытного образца гравиметра с применением подобранных терморезисторов ММТ-6 позволила детально исследовать влияние внешних тепловых ударов на внутреннюю температуру гравиметра и выполнить работу по организации однородного температурного поля в объёме, занимаемом чувствительной системой. Погрешность измерения вариации температуры не превышала величину ^ЗхЮ"4 °С При изменении внешней температуры на 30 °С изменение внутренней составляло величину менее 0,001 °С. Реакция упругой кварцевой системы на такие тепловые удары показывает, что температура между главной пружиной и термокомпенсатором изменяется на величину 2х 105 °С на каждый градус изменения внешней температуры Промежуток времени между началом теплового воздействия и откликом на него упругой системы находится в полном согласии с экспериментами по исследованию динамики изменения температурного поля гравиметра. Коэффициент термостатировання для макета термостата имеет величину менее 1/30000, при заводском изготовлении термостата этот коэффициент не превышает величину 1/20000. При продолжительном тепловом ударе максимальное изменение показаний гравиметра происходит через 1 час после начала теплового воздействия, не превышает 2 мкгал на 1 градус изменения внешней температуры и практически не зависит от качества термокомпенсации упругой системы Дополнительные исследования термостата показали, что изменение напряжения питания термостата не влияет на показания гравиметра Выход гравиметра в стационарный тепловой режим наступает примерно через 12 часов после его 16

включения При кратковременном отключении питания гравиметра время, необходимое для стабилизации дрейфа нуля, примерно равно времени отключения прибора

На примере гравиметра, приводится комплекс исследований предельных возможностей прибора, влияния на него ряда возмущающих факторов, по модернизации его отдельных узлов с целью повышения точности гравиметрических определений

Исследование микрометрического отсчетного устройства показывает, что среднеквадратическая ошибка (СКО) единичного отсчета для исследуемых гравиметров находится в пределах 0,01мГал

Для исследования тонких гравитационных эффектов требуется более высокое разрешение отсчетного устройства Практическое отсутствие силового воздействия на пробную массу обусловливает предпочтительное использование фотоэлектрических датчиков перемещения В изготовленном макете гравиметра с цифровым отсчетом датчик перемещения на базе инжекционного лазера был заимствован из разработанного нами спутникового акселерометра ИМУ-1П Шумы датчика в широком диапазоне частот 0,1ч- 0,001 Гц не превышают нескольких ангстрем, что соответствует шумам гравиметра При изучении алгоритма работы АЦП была

выявлена возможность регулирования времени интегрирования измеряемого напряжения в каждом цикле путем изменения тактовой частоты встроенного генератора. Время интегрирования было выбрано близким к периоду собственных колебаний маятника чувствительной системы и равнялось 6 секундам, время осреднения отсчётов -2 минутам СКО измерения нулевым методом не превышало величину 0,8 мкГал.

Известно, что при динамическом воздействии на упругую систему гравиметров, как это происходит при транспортировке приборов в полевых условиях, характер смещения нуль-пункта меняется, в некоторых случаях знак смещения меняется на обратный При нелинейном дрейфе нуля прибора значительно увеличиваются ошибки измерений Приводятся рекомендации по работе с

гравиметром, позволяющие снизить влияние этого эффекта и повысить качество полевых измерений

Испытания гравиметров ГАГ-3 на полигоне в зимнее время в условиях больших перепадов внешней температуры (20-5-30 "С) показали, что ошибка, обусловленная уходом места горизонта, может

быть значительной, особенно при измерении методом наклона (до 0,1 мГал для диапазона измерений 100 мГал и 0.3 мГал при измерении равном 500 мГал) Причина явления лежит в температурных деформациях корпуса гравиметра Рекомендуется отказаться от измерения больших Д? методом наклона в условиях низких температур.

Наиболее трудно исключить ошибку, вызываемую действием на маятник чувствительной системы высокочастотных горизонтальных и вертикальных ускорений Действие помех на упругую систему гравиметра типа ГАГ на частоте 20Гц изменяет показания гравиметра до величины 0,3 мГал.

Влияние акустического воздействия на гравиметр также проявляется изменением положения маятника относительно горизонта, либо расфокусировкой изображения блика, при котором невозможно взять отсчет Эксперименты по исследованию акустического воздействия на гравиметры в диапазоне частот от 20 Гц до 20 кГц показали, что у каждого прибора наблюдается более десятка резонансных явлений. Причиной такого поведения упругой системы может быть струнный эффект для пружины нулевой начальной длины.

Гравиметрические определения выполняются в условиях постоянно действующих микросейсмических помех естественного и техногенного происхождения Максимальные амплитуды колебаний на периодах штормовых микросейсм достигают величины 10-И 00 мкм на побережье морей и океанов В глубине континентов (например, в Центральной Азии) их амплитуда редко превышает 1 мкм, интенсивность колебаний по всем направлениям одинакова Широкий спектр геофизических задач приходится решать на фоне техногенных помех, связанных с работой промышленных предприятий, движением транспорта и т.д Их уровень выше, а частотный диапазон существенно шире, чем естественный микросейсмический фон

Среди различных технических средств минимизации микросейсмического воздействия на полевую измерительную аппаратуру наиболее эффективным является применение платформы на вязкоупрутом подвесе Известно, что пассивная платформа может подавлять возмущения с периодами, меньшими, чем собственный период платформы Хотя малое затухание приводит к более сильному подавлению высокочастотных помех, в большинстве случаев

оптимальная степень успокоения близка к критической и равна (О 5-Ю 7) Большая степень успокоения в ряде случаев нежелательна, так как, соответственно, будут увеличиваться фазовые искажения полезного сигнала В ИФЗ РАН были изготовлены макеты как активной, так и пассивной антисейсмической платформы Активная антисейсмическая платформа подавляла горизонтальные и вертикальные ускорения на частоте -100 Гц на 40 дБ. Для пассивной платформы подавление как горизонтальных, так и вертикальных возмущений с периодом меньше 3 с составило величину 20 дБ на октаву Достоинством пассивной платформы является ее способность автоматически сохранять ориентацию в пространстве по вектору силы тяжести

Для макетного образца гравиметра ГАГ-ЗМ была реализована пассивная антисейсмическая подвеска с собственным периодом 0,3-Ю,5 с, которая позволяет на территории города в условиях высокого уровня высокочастотных техногенных помех выполнять гравиметрические определения с погрешностью несколько микрогалов

Управление диапазоном работы чувствительной системы гравиметра, расположенной в вакуумной камере, осуществляется через сильфонные устройства диапазонного и измерительного винтов Изменение атмосферного давления вызывает деформацию винтов Расчеты показывают, что влияние атмосферного давления через диапазонный винт на показания гравиметра ГАГ-3 должно определяться величиной = 0,3 мГал/атм Исследования

гравиметров в барокамере подтвердили расчеты и показали, что их барометрический коэффициент находится в пределах 0,4 мГал/атм Гравиметры с таким коэффициентом не могут обеспечить высокую точность измерений при работе в горных условиях.

Для опытных образцов гравиметра ГАГ-3 было разработано диапазонное устройство более высокой жесткости с цанговым зажимом Применение нового устройства позволило значительно снизить барометрическое влияние на отсчёт гравиметра для всех испытанных приборов оно не превышало величину 0,05-0,1 мГал/атм В гравиметрах, оснащенных традиционной конструкцией диапазонного устройства, при ударных воздействиях на прибор

при транспортировке или установке на штатив скачки отсчётов часто достигают величины 1мГал Максимальные изменения отсчетов, наблюдаемые при ударах по диапазонному винту гравиметров ГАГ-3, находились в пределах 0,1 мГал Экспериментальная проверка гравиметров с новым, цанговым диапазонным устройством показала, что в аналогичных условиях регистрируемого изменения отсчётов не наблюдается

Показания исследуемой аппаратуры в барокамере могут сильно искажаться из-за адиабатического эффекта Резкое изменение атмосферного давления вызывает изменение температуры газовой среды, в которой находится гравиметр и. соответственно, изменение температуры корпуса гравиметра независимо от того имеет он систему активного термостатирования или нет Исследование гравиметров в барокамере показали, что в случае использования только пассивного термостатирования, температура внутри гравиметра может изменяться на 5 °С при скорости изменения давления в барокамере в одну атмосферу за 10 минут В приборах с активным термостатированием изменение внутренней энергии газа несколько компенсируется системой автоматического регулирования Однако вызываемые этим процессом градиенты температуры на корпусе гравиметра выравниваются в достаточной мере через 1-2 часа Возмущения отсчетов гравиметров в зависимости от их конструктивных особенностей колеблются в пределах (0.1-1) мГал при изменении давления в камере на 1 атмосферу в течение 10-Н 5 минут. Экспериментально показано, что при испытании прибора в барокамере скорость изменения давления в барокамере необходимо поддерживать на уровне 103 Па/мин.

Приводится анализ результатов полевых гравиметрических определений, выполненных в условиях резкого изменения внешней температуры (до 30°С). Показано, что коэффициент корреляции между СКО приборосвязи и амплитудой изменения внешней температуры равен всего 0,04, и погрешности измерений обусловлены, в основном, погрешностями сггсчетного устройства гравиметра Результаты измерений подтверждают высокое качество тепловой защиты ГАГ-3

Для повышения точности гравиметрических определений в процессе наблюдений необходимо учитывать явление упругого последействия На практике оно проявляется в нелинейном дрейфе нуля гравиметра на пункте с момента начала наблюдения Ошибка наблюдения может достигать величины (0,01-0.1) мГал Полученная 20

на основе экспериментов функциональная зависимость величины упругого последействия от времени (в пределах 30 минут), позволяет при автоматизированной системе съёма информации учитывать нелинейность смещения нуля прибора и поднять качество измерений

Наиболее простой способ исключения нелинейного смещения нуль-пункта при наблюдениях разной длительности заключается в снятии отсчета через один и тот же промежуток времени после выведения маятника в горизонт

Ошибки гравиметрических определений часто связаны с неточностью осреднения положения маятника в процессе наблюдений и обусловлены как малым разрешением оптической системы, так и большим уровнем низкочастотных микросейсм с амплитудами (0,01-Ю,1) мГал в зависимости от силы морских и океанических волнений Наиболее эффективным методом осреднения для гравиметра с фотоэлектрическим преобразователем перемещения является адаптивная цифровая фильтрация Эта задача была решена путем изменения тактовой частоты АЦП и изменения тем самым времени интегрирования отсчета, как это описано выше Экспериментальная проверка этого метода показала, что за время осреднения 2-3 минуты, погрешность осреднения положения маятника при регулярном сейсмическом воздействии не превышает О 4-М) 8 мкГал.

Неустранимым источником ошибки любой измерительной системы являются броуновские шу мы Для упругой системы типа ГАГ-3 при времени осреднения отсчетов (т) равном 6 сек эта ошибка

составляет 1,6 мкГал: при Травном 3,5 мин -0,3 мкГал

Эти значения является теоретическим пределом точности существующих сухопутных кварцевых гравиметров с массой маятника порядка 0.02 г Величина броуновского шума обратно

пропорциональна ■\jQAfT (здесь ^-Добротность упругой системы, М-

пробная масса, Г-период собственных колебаний) и времени измерений В стандартной упругой системе для уменьшения уровня броуновского шума необходимо увеличивать пробную массу гравиметра

На основе проведенных исследований были модернизированы основные узлы ГАГ-3, реализованы способы снижения влияния на у пругую систему внешних возму щений и создан макет гравиметра

ГАГ-ЗМ В приборе была организована электромагнитная обратная связь на основе высококоэрцитивного постоянного магнита, которая обеспечила высокую линейность системы и возможность регулировки рабочего диапазона прибора

Приведен ряд примеров, которые дают представление о технических характеристиках нового гравиметра В лабораторных условиях модифицированный гравиметр ГАГ-ЗМ подключали к цифровой системе сбора информации Сигнал гравиметра оцифровывали до 0,01мкГал, фильтрацию осуществляли фильтром конечных импульсных характеристик с частотой среза 0,009 Гц Из спектрального анализа полученной информации выяснилось, что в области низких частот с помощью модифицированного гравиметра ГАГ-ЗМ возможно выделение периодических сигналов на уровне 0,01мкГал При времени реализации 5+10 суток вполне реально выделение собственных колебаний Земли в широком частотном диапазоне при магнитуде землетрясения 7 баллов

Качество работы гравиметра ГАГ-ЗМ в целом характеризует запись лунно-солнечных приливов (рис 2)

Прибор находился в действующей лаборатории в центре города, в у словиях сильных техногенных помех

При измерении вертикального градиента силы тяжести с помощью ГАГ-ЗМ над массивным бетонным столбом в лаборатории института СКО одной приборосвязи не превышала 1,5 мкГал

Для сравнения даны ошибки подобных измерений, выполненных в Париже группой современных приборов (15 гравиметров LCR модели D и G и 4 гравиметра Scintrex SCG-3M) Средние квадратические ошибки одной приборосвязи составили 2+5 мкГал для гравиметров LCR и 7 мкГал для гравиметров Scintrex Отдельные «отскоки» результатов этих измерений (до 15мкГал), по мнению авторов, былч вызваны сильным микросейсмическим шумом Интересные результаты измерения вертикального градиента с помощью гравиметра ГАГ-ЗМ были получены во время работы по прокладке подземного туннеля на третьем транспортном кольце г Москвы Измерения проводились на открытом воздухе в феврале, при температуре воздуха -5 °С, при сильном порывистом ветре, в условиях ощутимой вибрации грунта и интенсивного движения тяжелого грузового транспорта СКО единичного определения разности ускорения силы тяжести на двух уровнях находилась в пределах 1.5-^3 мкгал

Маршрутная гравиметрическая съёмка, выполненная в рамках геофизических изысканий площадки fia Ленинградской АЭС, показала, что СКО одной приборосвязи не превышает 5 мкГал

Таким образом, лабораторные и полевые испытания показывают, что характеристики гравиметра ГАГ-ЗМ по точности измерения Ag превосходят характеристики лучших зарубежных полевых гравиметров.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации:

1 Комплексные теоретические и экспериментальные исследования, направленные на выявление возможности измерения температуры на предельном уровне, а также применение предлагаемых способов улучшения параметров измерительной схемы, позволили в лабораторных условиях регистрировать изменение температуры с помощью платинового датчика на уровне 2х106 "С.

2 Анализ систем терморегулирования показывал, что общая погрешность терморегулирования минимальна для системы пропорционального терморегулирования с объединенным измерительно-нагревательным мостом.

3. Выполненные исследования конструктивных погрешностей гравиметра внедрены в серийно выпускаемом гравиметре ГАГ-3

4 Реализация принципов построения прецизионного термостата, изложенные в главе Ш, позволила достигнуть в макете термостата

коэффициента термостатирования 1/30000. Коэффициент термостатирования термостата гравиметра серийного производства не превышает 1/20000 Конструкция термостата защищена авторским свидетельством

5 Предложенный критерий (7/Е) выбора конструктивных материалов для тепловой развязки датчика ускорений позволяет оптимально согласовать жесткость конструкции датчика с его тепловой изоляцией и повысить эффективность прецизионных гравиинерциальных определений.

6 Трансформация отсчетного устройства гравиметра ГАГ-3 с применением оптического датчика перемещения на основе инжекционного лазера позволила реализовать чувствительность у пругой системы гравиметра на уровне броуновских шумов (0,3 мкГал)

7 Электромагнитная обратная связь на основе высококоэрцитивных постоянных магнитов обеспечила высокую линейность измерительной системы гравиметра (до 10"5)

8 Барометрический коэффициент гравиметра с новой конструкцией диапазонного устройства не превышает значения 0,05-0.1 мГал/атм. Эта величина на порядок меньше, чем у стандартных приборов.

9 Для минимизации микросейсмического и акустического воздействия на гравиметр эффективен метод вязкоупругой развязки прибора от внешней среды в целом. Разработанная подвеска для гравиметра ГАГ-ЗМ обеспечила автоматическое выведение прибора в горизонт и возможность выполнения высококачественных измерений при микросейсмических возмущениях, на два-три порядка превышающих фоновые.

10 Модернизация серийного гравиметра ГАГ-3 путем введения в его состав оптического датчика перемещений, системы электромагнитной обратной связи и реализация комплекса мер по снижению влияния на прибор внешних возмущающих воздействий и у меньшению ряда конструктивных погрешностей, привели к созданию макета гравиметра ГАГ-ЗМ нового уровня качества. Лабораторные и полевые испытания показывают, что характеристики ГАГ-ЗМ по точности не уступают характеристикам лучших зарубежных полевых гравиметров В лабораторных условиях измерение ^ осуществляется на уровне 0 5 мкГал.

Основные результаты диссертации опубликованы в

следующих работах:

1 Дубовской В Б, Леонтьев В И, Зайончковский М А Экономичное термостатирование геодезического гравиметра ГАГ-3 Измерение силы тяжести - М Наука-1981 -с 76-84.

2 Дубовской В Б, Грушинский А.И., Зайончковский М А., Леонтьев В И Антисейсмическая защита геофизических приборов. В кн Измерение силы тяжести М , Наука, 1981, с.71-74

3 Певзнер Б Н, Дубовской В Б, Леонтьев В И Термостат Ав св. Xs 997006, tui.G 05D 23/30, Бюллетень изобретений -1983.-Xs6

4 Глазов М С , Дубовской В Б, Кузнецов МВ., Леонтьев В И, Панфилов В А Ас № 230520 от 2 01 1986.

5 Глазов М С, Дубовской В Б, Леонтьев В.И, Чижов О А Ас № 239398 от 1.07.1986.

6 Дубовской ВБ, Леонтьев ВИ, Зубков В.А , Нижний ИВ, Панфилов В А,, Удинцев В.Г Лабораторные исследования гравиметра ГАГ-3 -В кн. Повторные гравиметрические наблюдения (Сб научн тр ) М, изд.МГК, 1988, с. 54-56.

7 Дубовской ВБ, Леонтьев ВИ, Зубков В.А., Нижний И.В., Панфилов В А, Удинцев В.Г Предельные возможности кварцевых сухопутных гравиметров -В кн Повторные гравиметрические наблюдения (Сб научн тр ) М., изд МПС, 1988, с. 50-53

8 Леонтьев В И Лабораторные исследования термостата гравиметра ГАГ-3 -В кн * Повторные гравиметрические наблюдения (Сб научн. тр.) М., изд МГК, 1988, с 60-74,

9 Дубовской В Б, Леонтьев В Я, Обыдеиников С С, Савичев В В , Севастьянов А Б О физических условиях на борту космического аппарата Труды XVI чтений К Э Циолковского -Калуга ' Наука -1981 с 65-74.

10 Гран В Б, Де мьянова Т Е, Зубков В.А Леонтьев В И, Макаров ЕМ, Рыльский ИИ, Мараховская Л.А., Удинцев В.Г Полевые испытания гравиметра ГАГ-3 -В кн Повторные гравиметрические наблюдения (Сб. научн тр ) М , изд.МГК, 1988, с 57-59

11 Дубовской В Б, Леонтьев В И Термостатирование геофизической аппаратуры -В кн Сейсмические приборы (Сб научн тр).вып 36. М ,ОИФЗ РАН, 2001,с 56-66

12 Цубовской ВБ, Леонтьев ВИ, Удыицев В.Г. Мониторинг деформационных процессов Институт планетарной геофизики: Основные результаты работы в 1992-1993 гг Том 1 М ОИФЗ РАН. 1994.с 147-164

13 Дубоеской В Б, Леонтьев В И, Маслов П А , Сбитнев А В Антисейсмическая защита -В кн Сейсмические приборы (Сб научн тр ), вып. 36, М ,ОИФЗ РАН: 2001,с 67-74

14 Дубоеской В Б, Зиангиров P.C., Леонтьев В И, РашитовР А Использование микрогравиразведки в геоэкологических задачах // Сб. тр Междунар. конф "Геологическая и геофизическая экология" Дубна ВНИИГеосистем, 1998, с 89-93.

Издательство ОИФЗ Лицензия ЛР № 040959 от 19 апреля 1999 г. Усл. печ л. 1,1. Тираж 80 экз.

РНБ Русский ¿¡(Mi ;

2006-4 37410

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Леонтьев, Владимир Иванович

Введение.

Глава I Датчики температуры и методы её измерения.

§ 1. Датчики температуры.

§ 2. Опорные резисторы.

§ 3. Возможности мостового метода измерения температуры.

1.3.1 Двухпроводнаясхема.

1.3.2 Трехпроводнаясхема.

1.3.3 Четырехпроводная схема.

§ 4 Измерение предельно малых напряжений разбаланса мостовых схем на постоянном токе.

Выводы.

Глава II Пассивное термостатирование.

§ 1. Требования к выбору конструкции и материала тепловой защиты.

§ 2. Влияние информационных каналов.

§ 3 Жесткость конструкции термостата.

§ 4. Границы применения пассивного термостатирования.

Выводы.

Глава III Активное термостатирование.

§ 1. Обзор активных термостатов.

§ 2. Анализ систем активного термостатирования.

§ 3. Конструктивные погрешности термостата.

§ 4. Конструкция термостата.

§ 5. Методика расчета термостата.

Выводы.

Глава IV Экспериментальные исследования гравиметра.

§ 1 Конструкция термостата гравиметра ГАГ-3.

§ 2 Лабораторные исследования термостата гравиметра ГАГ-3.

§ 3 Исследование конструктивных погрешностей гравиметра.

IV.3.1. Погрешности регистрирующего устройства.

IV.3.2. Нелинейность отсчетного устройства.

IV.3.3. Нелинейность смещения нульпункта.

IV.3.4. Уход места горизонта гравиметра.

IV.3.5. Кросс-каплинг эффект и акустическое возмущение.

IV.3.6. Микросейсмическое воздействие.

IV.3.7. Барометрический эффект.

IV.3.8. Адиабатический эффект.

IV.3.9. Произвольные скачки отсчетов.

IV.3.10. Тепловые удары.

IV.3.11. Упругое последействие кварцевой системы.

IV.3.12. Неточность осреднения положения маятника.

IV.3.13. Броуновские шумы.

§ 4 Опыт работы с гравиметром ГАГ-ЗМ.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Методы и способы повышения точности гравиинерциальной аппаратуры"

Развитие высоких технологий в области конструкционных материалов и микроэлектроники за последнее десятилетие привело к быстрому совершенствованию измерительной техники. Внедряются новые методы обработки и хранения информации, разрешение регистрирующей аппаратуры повысилось, по крайней мере, на порядок. Применение современных аналоговых и цифровых микросхем позволило за счет введения обратных связей существенно расширить динамический диапазон и линейность различных датчиков.

Однако, прогресс в повышении точности измерительной аппаратуры не столь очевиден. Это связано с тем, что погрешности измерений обусловлены действием на датчики возмущающих факторов. Из многих факторов, дестабилизирующих работу чувствительной системы любого прецизионного датчика, влияние вариаций внешней температуры является наиболее значительным. Действительно, до настоящего времени не существует материала, у которого в широком диапазоне изменения внешней температуры физические параметры не имеют температурной зависимости. Проявление термозависимости элементов измерительной системы, а именно: упругости, линейного и объёмного расширения, электрических параметров электронных и магнитных компонентов и т.д. приводит к искажению показаний измерительных приборов. Например, у постоянных магнитов с высокой коэрцитивной силой, которые применяются в современных электромагнитных приборах и в системах электромагнитной обратной связи, температурный коэффициент остаточной магнитной индукции ( ) составляет величину примерно 4x10^* ГС для магнитов типа ЮНДК, Ю-3 ГС - для магнитов типа железо-кобальт-ниодим. У термостабилизированного магнита типа самарий-кобальт-годолиний этот коэффициент немногим менее 10"4 ГС Диапазон температурных коэффициентов материалов, применяемых в чувствительных системах, достаточно широкий: у резисторов -^-=10~3ч-10-7 ГС, коэффициенты

RdT линейного и объёмного расширения соответственно —=10" -ь5х 1(Г7 ГС и

IdT dV =\0~3-^3х 10-6 ГС и т.д.

VdT

Создание термостабильных условий необходимо для работы большинства измерительных систем. При этом существенно повышается достоверность получаемой информации, упрощается методика измерений.

Проблема особенно актуальна в гравиинерциальной аппаратуре. Это связано с регистрацией сигналов, относительные величины которых имеют рекордно малые значения. Так при изучении собственных колебаний и

II 1 приливных деформаций Земли фиксируют значения отн.ед. В полевой высокоточной гравиметрии, гравиоградиентометрии, акселерометрии, требуются относительные измерения на уровне 1(Г8-г1(Г10 отн. ед. в условиях резких изменений внешней температуры (-30-^+40 °С).

Вопросом тепловой защиты занимались многие специалисты в области гравиинерциальной аппаратуры. Например, в начале 1970-х годов всеобщее признание получили исследования В.А.Тулина и А.А.Савченко. Однако в современных условиях требования к точности гравиинерциальных измерений и соответственно к качеству тепловой защиты приборов повысились на один-два порядка.

Существует два метода борьбы с температурными возмущениями: термокомпенсация и термостатирование чувствительной системы. Увеличение постоянной времени тепловой защиты упругой кварцевой системы не исключает влияния на неё вариаций внешней температуры и приводит к неопределенности при введении температурных поправок в показания прибора. При производстве полевых работ для получения удовлетворительных результатов стремятся использовать известный 4 методический приём. Суть его заключается в организации для гравиметра таких температурных условий работы, при которых, во-первых, изменение внешней температуры было бы минимально, во-вторых, в течение рейса изменение температуры происходило бы монотонно и с одним знаком. Реализовать такой методический приём удаётся далеко не всегда. Эффективное снижение влияния внешней температуры на упругую систему гравиметра обеспечивается с помощью активной системы термостатирования. Прецизионный термостат представляет собой гармоничное сочетание оптимальной теплофизической конструкции прибора и системы автоматического регулирования, принцип действия которого вносит минимальные искажения в процесс терморегулирования. При термостатировании кварцевых гравиметров особое значение имеет решение проблемы обеспечения однородного температурного поля в объёме, занимаемом упругой системой, при вариации внешней температуры.

Проблема защиты от внешних воздействий стоит не только при создании кварцевых приборов. Она актуальна и для аппаратуры с чувствительной системой из металла специального сплава, термоупругий коэффициент которого на два порядка меньше, чем у кварца. Этим объясняется тот факт, что все современные зарубежные гравиметры имеют активную систему термостабилизации.

В зарубежной литературе, особенно в последние годы, имеются весьма скудные сведения о температурных исследованиях гравиметров. Информация о теплофизической конструкции гравиметра и типе применяемого термостата является секретом фирмы.

Быстрое развитие науки и техники за последнее десятилетие привело к появлению новой элементной базы в электронике. Разрешающая способность регистрирующей аппаратуры повысилась, по крайней мере, на порядок, поэтому несовершенство тепловой защиты чувствительной системы гравиметра становится сдерживающим моментом в процессе повышения точности гравиметрических определений.

Организация оптимальной тепловой защиты датчика гравиинерциальной аппаратуры является необходимым, но не достаточным условием повышения её точности. Каждый тип датчика ускорений имеет свои индивидуальные особенности. Однако существует ряд общих конструктивных погрешностей, минимизация которых, в итоге, приводит к совершенствованию приборов. Прогресс в области повышения точности гравиинерциальной аппаратуры невозможен без учета все более тонких возмущающих воздействий на чувствительную систему, как в процессе её исследования, так и в процессе эксплуатации. Такими возмущениями могут являться барометрический и адиабатический эффекты, сейсмоакустическое воздействие, упругое последействие чувствительной системы, уход места горизонта прибора в процессе наблюдений и т.д. Кроме того, важно знать предельные возможности конкретной конструкции прибора. Расширение ассортимента современных электронных компонентов позволяет модернизировать устройства регистрации и обработки полезного сигнала, существенно улучшая характеристики прибора.

Исследование возможности повышения точности гравиинерциальной аппаратуры выполнены на примере кварцевого гравиметра. Уровень полезного сигнала, который необходимо регистрировать с помощью

8 —10 гравиметра, находится на уровне 10 ч-10 отн. ед. Каждое гравиметрическое определение представляет собой тонкий физический эксперимент, в котором необходимо учитывать или исключать все возможные источники погрешностей. В то же время конструкция гравиметра включает в себя все основные узлы, характерные для гравиинерциальной аппаратуры.

Целью настоящей работы были теоретические и экспериментальные исследования, направленные на повышение точности работы гравиметрической аппаратуры, и модернизация некоторых её узлов, в том числе термостата, для повышения эффективности гравиметрических определений.

Основные задачи диссертации.

• Изучение конструктивных погрешностей кварцевого гравиметра и определение способов борьбы с ними.

• Модернизация гравиметра ГАГ-3 для исследования возможности повышения его точности.

Используемые материалы.

В диссертации использовались материалы лабораторных и полевых исследований, полученные в лаборатории экспериментальной гравиметрии ИФЗ АН СССР и лаборатории медленных геофизических процессов ИФЗ РАН в период с 1976 и по настоящее время при непосредственном участии автора.

Научная новизна.

• Разработан и внедрен в серийном приборе прецизионный термостат с коэффициентом термостатирования 1/20000.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Разработанное аппаратурное и методическое обеспечение позволяет выполнять измерения вариации температуры на уровне Ю-6 °С.

2. Наиболее совершенной системой терморегулирования является система пропорционального терморегулирования с объединенным измерительно-нагревательным мостом.

3. Предложенный подход к выбору материалов для тепловой защиты гравиинерциальной аппаратуры, позволяет оптимально согласовать жесткость конструкции датчика с его тепловой изоляцией.

4. Разработанная конструкция экономичного термостата и методика его настройки обеспечивает коэффициент термостатирования термостата серийного гравиметра менее 1/20000.

5. Реализация в гравиметре ГАГ-ЗМ предлагаемых в работе методов и способов снижения конструктивных погрешностей и влияния ряда возмущающих факторов обеспечили его технические характеристики на уровне лучших зарубежных гравиметров.

Практическая значимость работы.

Разработанный и реализованный в серийно выпускаемом гравиметре ГАГ-3 принцип экономичного термостатирования позволяет значительно уменьшить влияние вариаций внешней температуры на показания прибора. При этом существенно упрощается методика гравиметрических определений, повышается производительность геофизических работ и качество получаемой информации.

Разработанные и реализованные в модернизированном гравиметре ГАГ-ЗМ способы уменьшения конструктивных погрешностей гравиметра и снижения влияния ряда возмущающих факторов на его чувствительную систему представляют собой практические пути повышения точности гравиметрических определений на уровне нескольких микрогалов.

Реализация работы.

Результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы при проектировании и производстве серийного геодезического астазированного гравиметра ГАГ-3. В создании прибора принимали участие ИФЗ АН СССР (Москва) - ведущая организация, НПО «Рудгеофизика» (Ленинград) и в/ч 44656.

С помощью гравиметров ГАГ-3 выполнены гравиметрические определения в Болгарии и странах СНГ с целью изучения неприливных вариаций силы тяжести. Модернизированные гравиметры ГАГ-ЗМ используются в ИФЗ РАН для гравиметрического мониторинга сложных объектов в Москве и Ленинграде (ЛАЭС) при изучении плотностных неоднородностей верхних слоев Земли.

Технические решения, полученные при выполнении настоящей работы, нашли применение при конструировании и исследовании спутниковых акселерометров, которые использовались на орбитальных космических станциях «Салют», «Союз», «Прогресс», «Мир», а в настоящее время являются штатным оборудованием Международной Космической Станции (МКС), в скважинных и наземных инклинометрах, в наземной и спутниковой градиентометрии.

Обсуждения и публикации.

Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на Совещаниях Комиссии по изучению неприливных изменений силы тяжести Межведомственного геофизического комитета при Президиуме АН СССР (1986 и 1988гг., г. Москва), на Общемосковском гравиметрическом семинаре (1989г.), на расширенном семинаре лабораторий ИФЗ РАН (2002г.), на чтениях им.Ю.Д.Буланже (2002г.)

По теме диссертации опубликовано 11 статей и получено три авторских свидетельств на изобретение.

Структура объём диссертации.

Работа состоит из введения, четырёх глав, заключения. Она содержит 169 страниц машинописного текста, в том числе 28 рисунков, 10 таблиц. Список литературы включает 118 наименований.

Краткое содержание работы.

Во введении диссертации показана актуальность проблемы, сформулированы цели и задачи работы, её научная новизна, отражена практическая значимость результатов работы.

В первой главе проведен анализ элементной базы, теоретические и экспериментальные исследования возможности прецизионного измерения приращения температуры на уровне 106оС. Рассматриваются погрешности и помехи, возникающие при измерении температуры и методы снижения их влияния на результаты измерений.

Во второй главе обсуждаются возможности пассивной тепловой защиты гравиметра. Предлагается принцип выбора материала для датчика ускорений, обеспечивающий при максимальной жесткости конструкции датчика максимальную тепловую развязку от внешней среды.

В третьей главе приводится обзор активных термостатов для гравиметров, анализируются погрешности различных систем терморегулирования, а также конструктивные погрешности активных термостатов и предлагаются методы их минимизации. Приводятся общие рекомендации по конструированию термостата.

Четвертая глава содержит экспериментальный материал по исследованиям гравиметра ГАГ-3. Рассматриваются конструктивные погрешности гравиметра и методы их снижения. Анализируется ряд возмущающих факторов, дестабилизирующих работу чувствительной системы, и предлагаются способы их минимизации. Приводятся описание модернизированного гравиметра ГАГ-ЗМ и результаты его лабораторных и полевых испытаний.

В заключении подводятся итоги выполненной работы. Формулируются основные выводы по результатам исследований. Подчеркивается, что результаты исследований, выполненные в ИФЗ РАН и изложенные в настоящей работе, нашли применение при серийном выпуске гравиметра ГАГ-3, а также при создании макета модернизированного гравиметра ГАГ-ЗМ. Характеристики гравиметра ГАГ-ЗМ находятся на уровне лучших зарубежных аналогов.

Благодарности.

Автор глубоко благодарен научному руководителю к.ф.-м.н. Дубовскому В.Б. за огромную помощь в постановке экспериментальных работ и обсуждении их результатов, коллективу лаборатории «Медленных геофизических процессов» ИФЗ РАН за помощь в проведении лабораторных и полевых экспериментов, член-корр. АН СССР Ю.Д.Буланже, д.ф.-м.н. А.С.Алешину, д.ф.-м.н. Буданову В.Г., д.т.н. В.А.Тулину, д.ф.-м.н. В.Д.Гладкову, д.ф.-м.н. М.Г.Когану, д.т.н. В.В.Савичеву, к.т.н. Э.А.Боярскому, к.ф.-м.н. В.Г.Галстяну, к.ф.-м.н. А.П.Бажулину, к.ф.-м.н. А.Ю.Марченкову, к.ф.-м.н. С.С.Обыденникову, к.ф.-м.н. Б.В.Грану за ценные замечания и рекомендации во время обсуждения отдельных частей и глав диссертации, а также всем тем, кто помогал на различных этапах выполнения работы и всем, кто был внимателен и доброжелателен к автору.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика, геофизические методы поисков полезных ископаемых", Леонтьев, Владимир Иванович

Выводы.

1. Применение методических приемов высокоточного измерения температуры (гл. I) позволило с высокой степенью достоверности оценить температурное поле гравиметра и динамику его изменения при исследовании термостата.

2. Реализация принципов построения прецизионного термостата (гл. II и III) позволили в макете термостата достигнуть коэффициента термостатирования 1/30000.В серийно выпускаемых гравиметрах ГАГ-3 коэффициент термостатирования не превышает величину 1/20000.

3. При неблагоприятном тепловом воздействии на гравиметр, а именно, при продолжительном тепловом ударе, изменение отсчетов гравиметра составляет менее 2-х мкГал на градус изменения внешней температуры.

4. Дополнительные исследования термостата показывают его высокие эксплуатационные характеристики: быстрый выход прибора в стационарный тепловой режим и отсутствие влияния на показания гравиметра изменения напряжения питания.

5. Выполнен комплексный анализ конструктивных погрешностей гравиметра и действия на него ряда возмущающих факторов. Предложены и осуществлены на практике технические и методические решения, позволившие существенно улучшить технические характеристики гравиметра ГАГ-3.

6. В модернизированном гравиметре ГАГ-ЗМ с оптическим датчиком перемещения на основе инжекционного лазера и цифровым отсчетом реализована чувствительность упругой системы, близкая к уровню броуновских шумов. Испытания прибора показали, что в лабораторных условиях точность измерения Ag возможна на уровне 0,5 мкГал.

Электромагнитная отрицательная обратная связь на основе высококоэрцитивных постоянных магнитов обеспечивает линейность измерительной системы гравиметра на уровне Ю-5 от рабочего диапазона.

Экспериментальные работы в лабораторных и полевых условиях показывают, что технические характеристики гравиметра ГАГ-ЗМ находятся на уровне лучших зарубежных гравиметров.

Заключение.

Действие возмущающих факторов на чувствительную систему и конструктивные элементы датчика гравиинерциальной аппаратуры рассмотрены на примере кварцевого гравиметра. Предлагаемые способы и методы повышения точности измерений применимы для любого типа гравиинерциальной аппаратуры.

По результатам выполненной работы можно сделать следующие выводы.

1. Комплексные теоретические и экспериментальные исследования, направленные на выявление возможности измерения температуры на предельном уровне, а также применение предлагаемых в главе I способов улучшения параметров измерительной схемы, позволили в лабораторных условиях регистрировать изменение температуры с помощью платинового датчика на уровне 2><10~6оС.

2. В прецизионной аппаратуре пассивное термостатирование не может обеспечить удовлетворительные термостабильные условия работы датчика продолжительное время.

3. Анализ систем терморегулирования показывает, что общая погрешность терморегулирования минимальна для системы пропорционального терморегулирования с объединенным измерительно-нагревательным мостом.

4. Реализация в макете термостата принципов построения прецизионного термостата, изложенных в главе III, позволили достигнуть коэффициента термостатирования 1/30000. В серийно выпускаемом гравиметре ГАГ-3, в разработке которого в качестве головной организации участвовал Институт физики Земли АН СССР, коэффициент термостатирования термостата не превышает 1/20000 Конструкция термостата защищена авторским свидетельством. Предлагаемый критерий (VE) выбора конструктивных материалов для тепловой развязки датчика позволяет оптимально согласовать жесткость конструкции датчика с его тепловой изоляцией. Трансформация отсчетного устройства гравиметра ГАГ-3 с применением оптического датчика перемещения на основе инжекционного лазера позволила реализовать чувствительность упругой системы гравиметра на уровне броуновских шумов. При испытании приборов в условиях вакуума следует учитывать адиабатический эффект. При скорости изменения давления в барокамере 103 Па/мин. изменение температуры прибора в процессе откачки воздуха становится пренебрежимо малым. Барометрический коэффициент гравиметра с новой конструкцией диапазонного устройства не превышает значения 0,05-Ю, 1 мГал/атм. Эта величина на порядок меньше, чем у стандартных приборов. Для исключения микросейсмического и акустического воздействия на гравиметр эффективен метод вязкоупругой развязки прибора от внешней среды в целом. Разработанная и реализованная антисейсмическая подвеска гравиметра ГАГ-3 обеспечивает автоматическое выведение прибора в горизонт и возможность выполнения высококачественных измерений в условиях сильных техногенных возмущений.

Эффективным методом осреднения положения маятника чувствительной системы для прибора с электрической системой регистрации является адаптивная цифровая фильтрация. При этом интегрирование входного сигнала производится за промежуток времени, кратный периоду основной моды возмущающих колебаний.

Применение в гравиметре ГАГ-3 новых технических решений (изложенных в настоящей работе) позволило в итоге создать макет гравиметра ГАГ-ЗМ более высокого уровня. Измерение A g гравиметром в лабораторных условиях осуществляется с точностью 0,5 мкГал. По этому параметру он превосходит лучшие образцы зарубежных полевых гравиметров.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Леонтьев, Владимир Иванович, Москва

1. Аки К., Ричарде П. Количественная сейсмология: Теория и методы. Т.1. Пер. с англ.-М.:Мир,1983 .-520с.

2. Абашидзе В.Г., Кацанадзе Д.А., Ниаури Г.А., Цагурия Т.А. Термические эффекты в гравиметрах ГНУ и ГАГ-2. -В кн.: Повторные гравиметрические наблюдения (Сб. научн. тр.) М., АН СССР, 1983, с. 77-85.

3. Алиева Ф.З. Градуировка платинового термометра сопротивления в 2-х точках. Измерительная техника, 1962, № 11, с 30-33.

4. Ахчинский В.В. Автоматическое поддержание равенства температур двух сред. Приборы и техника эксперимента, 1958, № 5.

5. Бартон. Применение транзисторов и полупроводниковых диодов для измерения температуры. Электроника, 1962, т. 35, № 18.

6. Бахмутский В.Ф. Способ измерения температуры. А.с. СССР, G о1к, 42i 4/05 № 154685.

7. Безверхняя Н.С. и др. Термометрические характеристики кремниевых полупроводниковых диодов. Ин-т высоких энергий, ПЭФ 75-140, Серпухов, 1975.

8. Бекси и Бирлейн. Простой регулятор температуры с контактным термометром, использующий принцип Гуи. Приборы для научных исследований, 1967, № 4, 92с.

9. Брагинский В.Б., Манукин А.Б. Измерение малых сил в физических экспериментах. М., Наука.-1974, 151с.

10. Ю.Братасюк Н.М., Гриценко А.Л., Магда И.Н. Дилатоконденсаторные датчики температуры с продольно-изгибающей обкладкой. Изв. ВУЗов. Приборостроение, 1967, 10, №9.

11. П.Бродский А.Д. Радиочастотные методы измерения температуры. Тр. ин-тов Комитета, Стандартгиз, 1962, вып. 63 (123).

12. Варфоломеев С.Ф. Малогабаритный платиновый термометр с повышенной механической прочностью. Тр. ВНИИФТРИ, выл. 21 (51), М., 1975.

13. Вейд, Слутски. Кварцевый кристаллический термометр. Приборы для научных исследований, 1962, № 2.

14. Вейник А.И. Приближенный расчет процессов теплопроводности. Госэнергоиздат, 1959.

15. Герловин И.Л., Котенко Г.И. Устройство для измерения температуры. А.с. СССР, кл. Gol к, 42i, 10/03, № 157536.

16. Гладков В.Д., Громов С.С., Никитин Н.В. Анализ конструктивных погрешностей системы термостатирования кварцевых генераторов. Труды ВНИИФТРИ, вып. 3(33), 1970, 139 150.

17. Гладков В.Д., Громов С.С., Никитин Н.В. Исследование датчиков температуры прецизионных систем термостатирования высокостабильных кварцевых генераторов. Тр. ВНИИФТРИ, вып. 3 (33), М., 1970, с. 128-138.

18. Гладков В.Д., Громов С.С., Никитин Н.В. Методы термостатирования радиотехнических устройств. Стандартгиз, М., 1971.

19. Гладков В.Д., Громов С.С., Никитин Н.В. Расчет основных параметров прецизионных термостатов по заданным метрологическим характеристикам. Труды ВНИИФТРИ, вып. 3(33), 1970, с. 151 168.

20. Гладков В.Д., Громов С.С., Никитин Н.В. Анализ погрешностей пропорциональных систем терморегулирования высокостабильных кварцевых генераторов. Труды ВНИИФТРИ,вып. 3(33), 1970, 169- 188.

21. Глазов М.С., Дубовской В.Б., Кузнецов М.В., Леонтьев В.И., Панфилов В.А. А.с. №230520 от 2.01.1986.

22. Глазов М.С., Дубовской В.Б., Леонтьев В.И., Чижов О.А. А.с. № 239398 от 1.07.1986.

23. Голембо В.А., Гнатив Я.Н. Пьезоэлектрический датчик температуры. А.с. СССР, Gol к, 42i, 10/20, № 193754.

24. Головский Е.А., Цымарский В.А., Яковлев Г.Д. Широкодиапазонный регулятор температуры. Приборы и техника эксперимента, 1967, № 5.

25. Гран В.Б., Демьянова Т.Е., Зубков В.А., Леонтьев В.И., Макаров Е.М., Рыльский И.И., Мараховская Л.А., Удинцев В.Г. Полевые испытания гравиметра ГАГ-3. .-В кн.: Повторные гравиметрические наблюдения (Сб. научн. тр.) М., изд.МГК, 1988, с.57-59.

26. Григорьянц В.В., Жаботинский М.Е. Расчет и конструирование термостатов высокой точности. Приборы и техника эксперимента, 1958, № 1, 106- 109.

27. Давыдов М.С., Рябиков Ю.К., Пикало В.Е. Прецизионный экономичный термостат гравиметра ГМТ. В кн. »Разведочная геофизика», вып.53, М., «Недра», 1972, с. 105-110.

28. Дивиш К., Олейник К, Трегер Л. Температурные исследования термостатов гравиметров Шарп CG-2 (Шарп) № 174 и 280. Геодезический и картографический обзор 25, №2, Прага,стр 45-47.

29. Дубовской В.Б. Труды конф. по теме "Прецизионное термостатирование". ИФЗ АН СССР, М.,1975.

30. Дубовской В.Б. Явление упругого последействия в кварцевых системах гравиметров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук. М., ИФЗ АН СССР, 1970, 90с.

31. Дубовской В.Б., Грушинский А.Н., Зайончковский М.А., Леонтьев В.И. Антисейсмическая защита геофизических приборов. В кн.: Измерение силы тяжести. М., Наука, 1981, с.71-74.

32. Дубовской В.Б., Зиангиров Р.С., Леонтьев В.И., Рашитов Р.А. Использование микрогравиразведки в геоэкологических задачах // Сб. тр. Междунар. конф. "Геологическая и геофизическая экология". Дубна: ВНИИГеосистем, 1998. С. 89-93.

33. Дубовской В.Б., Леонтьев В.И. Термостатирование геофизической аппаратуры. "Сейсмические приборы" Сб. науч.трудов , вып. 36, М.,ОИФЗ РАН 2001, 56-66.

34. Дубовской В.Б., Леонтьев В.И., Зайончковский М.А. Экономичное термостатирование геодезического гравиметра ГАГ-3. Измерение силы тяжести. М.: Наука.-1981.-е. 76-84.

35. Дубовской В.Б., Леонтьев В.И., Зубков В.А., Нижний И.В., Панфилов В.А., Удинцев В.Г. Лабораторные исследования гравиметра ГАГ-3. .-В кн.: Повторные гравиметрические наблюдения (Сб. научн. тр.) М., изд.МГК, 1988, с. 54-56.

36. Дубовской В.Б., Леонтьев В.И., Зубков В.А., Нижний И.В., Панфилов В.А., Удинцев В.Г. Предельные возможности кварцевых сухопутных гравиметров. В кн.: Повторные гравиметрические наблюдения (Сб. научн. тр.) М., изд.МГК, 1988, с. 50-53.

37. Дубовской В.Б., Леонтьев В.И., Обыденников С.С., Савичев В.В., Севастьянов А.Б. О физических условиях на борту космического аппарата. Труды XVI чтений К.Э.Циолковского.-Калуга.: Наука.-1981, с. 65-74.

38. Дубовской В.Б., Леонтьев В.И., Удинцев В.Г. Мониторинг деформационных процессов. Институт прикладной геофизики: Основные результаты работы в 1992-1993 гг. Том 1. М.: ОИФЗ РАН, 1994, с. 147-164.

39. Ингберман М.И. Фромберг Э.М.,Грабой Л.П. Термостатирование в технике связи.,М.,Связь, 1979.

40. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Изд-во " Энергия", 1965.

41. Каганер М.Г. Теплоизоляция с использованием вакуума. Обзор. ЦИНТИ, М, 1963.

42. Кампе-Немм А. А. Изодромное корректирующее устройство к двухпозиционным регуляторам с плавной или ступенчатой настройкой времени изодрома. Приборостроение,!958, № 12, 6-9.

43. Кампе-Немм А.А. Динамика двухпозиционного регулирования. Госэнергоиздат, 1955.

44. Карслоу Г., Егер Д. Теплопроводность твердых тел: Пер. с англ. Под ред. А.А.Померанцева. -М.: Наука, 1964

45. Кейн В.Н. Конструирование терморегуляторов. М. " Советское радио ",1971, 150с.

46. Кнеллер В.Ю., Соколов Л.Н. Мостовые преобразователи сопротивления емкости и индуктивности в частоту. Измерительная техника, 1963, № 6.

47. Кобцев Ю.Д. Полупроводниковые термосопротивления для широкого температурного интервала. Изв. ВУЗов, Радиотехника, 1963, № 2.

48. Кондратьев Г.М. Регулярный тепловой режим. Гостехиздат, 1954.

49. Костина Е.Н., Синюхии Ю.А., Ярмольчук Г.Г. Радиоционный струнный датчик низких температур. Приборы и системы управления, 1967, № 8.

50. Кривоносов А.И. Полупроводниковые датчики температуры. М. Энергия, 1974, 175с.

51. Кутателиадзе С.С., Боришанский И.М. Справочник по теплопередаче. Госэнергоиздат, 1959.

52. JTa Форс, Равитц, Кенбалл. Прибор для точного измерения малых изме нений температуры. Приборы для научных исследований, 1964, 35, № 6.

53. Леонтьев В.И. Лабораторные исследования термостата гравиметра ГАГ-З.-В кн.: Повторные гравиметрические наблюдения (Сб. научн. тр.) М., изд.МГК, 1988, с. 60-74.

54. Макнамара А.Г. Полупроводниковые диоды и транзисторы как электрические термометры. Приборы для научных исследований, 1962, № 3.

55. Микина В.Д. О погрешности поверки калориметров. Тр. ин-тов Комитета, Стандартгиз, 1962, вып. 63 (123).

56. Минц М.Б. Гальванометрические приборы. Энергоиздат, Ленинград, 1982, 181с.

57. Михеев М.А. Основы теплопередачи. Госэнергоиздат,1956.

58. Народицкий И.А. Частотно-измерительный комплекс для измерения высокой стабильности частоты и температуры. Тр. Омского ин-та инж.жел.дор.трансп., Омск, 1968, т. 59.

59. Неберов П.А. Исследование геодезического астазированного гравиметра ГАГ. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. М.,ИФЗ АН СССР, 1971г.

60. Нестеренко А.Д. Основы расчета электроизмерительных схем уравновешивания. Изд-во АН УССР, Киев, 1960, 716с.

61. Орлова М.П. Низкотемпературная термометрия. Изд.Стандартов, М., 1975.

62. Патент ГДР, кл. 42i 12/01,п. 19990

63. Певзнер Б.Н., Дубовской В.Б., Леонтьев В.И. Термостат. Ав.св. № 997006, icn.G 05D 23/30, Бюллетень изобретений.-1983.-№6.

64. Попов Е.И. Исследование кварцевых систем гравиметров. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физ.-мат. наук.,М.Д956, 139с.

65. Похило Н.П., Будько О.А., Трофименко Г.А. Регулятор температуры повышенной точности для термостатов. Научные записки Одесск. Политехи. Института,. 1962, 38, 64-69.

66. Романовский В.Р. Кварцевые термометры с цифровым отсчетом и разрешающей способностью до 10-4° С. Приборы и средства автоматизации, 1966, №4.

67. Ротберт И.Л., Удалов Н.П. Датчики температуры на полупроводниковых диодах и триодах. Приборостроение, 1963, № 10.

68. Савченко А.А. Исследование контактных термометров. Труды ИФЗ АН СССР, № 29 (196), М.,АН СССР, 1963, с.134-141.

69. Савченко А.А. Установка для точного измерения температуры внутри гравиметров. Геодезия и картография, № 7, 1957.

70. Смирнов А.И. Тепловой расчет радиотехнических термостатов. Вопросы радиоэлектроники. Серия XII, вып. 23, 1961, 84 97.

71. Смит, Спенсер. Кварцевый термометр для измерения колебаний температуры порядка Ю^-Ю"6 град. Приборы для научных исследований, 1963, №3.

72. Температура, и ее измерение. Сб.докл. Перевод с англ. под ред. А.А. Арманда и К. Вульфсона. Изд. иностр лит-ры, I960.

73. Тулин В.А. О некоторых путях повышения точности кварцевого гравиметра с горизонтальной крутильной нитью. Диссертация на соискание учен, степени к.т.наук. ИФЗ АН СССР, М., 1961, 254с.

74. Тулин В.А. О принципиальных возможностях термостата с релейным регулированием. Труды ИФЗ АН СССР №24 (191). М.:АН СССР,1962; с. 45-58.

75. Тулин В.А. Опыт построения прецизионного полевого термостата с применением ртутных контактных термометров. Изв. АН СССР, 1962, серия геофизическая, № 8, 1056-1059.

76. Тулин В.А. Термостат с непрерывным регулированием. Известия АН СССР, серия геофизическая, 1960, № 10, 1499-1503.

77. Тулин В.А. Гравиметр ГАЭ-4. Труды ИФЗ АН СССР №29 (196),. М 1963, с.85.

78. Тулин В.А. О влиянии наружной температуры на упругую систему гравиметра ГАЭ-3. Труды ИФЗ АН СССР №29 (196),. М 1963, с.94.

79. Удинцев В.Г. Учет реологических характеристик вещества в сейсмологических и гравиметрических измерениях. Актуальные проблемыгеофизики. Материалы 3-ей Всесоюзной конференции молодых ученых.-М.: Наука, 1986.

80. Уманцев B.C. Печатные сопротивления и приборы наивысшей точности. Сб. докладов на конгрессе по измерит, приборам. Варшава, 1967, ч.2, 50-164.

81. Фогельсон И.Б. Измерение и регулирование температуры с помощью транзисторов. Полупроводниковые приборы и их применение, 1963, вып. 9.

82. Французский патент кл. Go5d,п. 1325830.

83. Фромберг Э.М., Шевчук P.M. Некоторые вопросы теории радиотехнического термостата с двухпозиционным регулированием. Радиотехника и радиосвязь на жел.дор.транспорте. Научные труды Омского института инженеров жел.дор.транспорта. Омск, 1968, т. 59, 82 89.

84. Черепанов А. А. Об улучшении качества двухпозиционного регулирования. Автоматика и телемеханика, 1958, №5, 471 474.

85. Черепанов А.И. Оценка погрешности при расчете процессов двухпозиционного регулирования упрощенным методом. Приборостроение, №9. -М., 1963.

86. Черешнев С.П. Определение параметров автоколебательного режима двухпозиционного регулирования температуры. Промэлектроника, №1 -М.,1968.

87. Шалберов Н.А. ЖТФ,1958, т.1, вып. 6, 509-545.

88. Шестопалов JI.A. Термобиметаллический датчик с повышенной чувствительностью. А.с. СССР, кл. 42i ,4/04, № 147342.

89. Шефтель И.Т. Терморезисторы, М., Наука, 1973.

90. Шлыков Ю.П., Ганин Е.А., Царевский С.Н. Контактное термическое сопротивление. М.; Энергия, 1977, 328 с.

91. Шорин С.Н. Теплопередача. Изд-во "Высшая школа", 1964.

92. Штерн Э.Т. Об эффективности использования сосудов Дьюара для теплоизоляции малогабаритных кварцевых термостатов. "Электронная техника" сер. IX, Радиокомпоненты, 1968, вып.З.

93. Ярмольчук Г.Г. Дилатометрический датчик температуры. А.с СССР, кл. Gol к, 42i ,4/03, № 152325.

94. Ярышев Н.А., Андреева Л.Б. Тепловой расчет термостатов. Энергоатомиздат, Л.,1984, 173 с.

95. Balwell A.I. Conacitance transducer measures records temperature "Design News", 1963, 18, N17.

96. Bohumil Chan . Novy typ thermostatu pro Gravimetr Sharp. Sbornik referatu u seminare « Problemy soucasne gravimetrie »., Liblicich, 1976 str. 231.

97. Chan В., Pick M : Thermostat for the Sharp CG-2 Gravimeter. Studia Geophysica et Geodaetica 16, №4 Praha, 1972.

98. Csapo G. Thermostat for the Sharp Gravimeter. Budapest, 1978 ( Hungarian Geophysical Institute ) «Roland Eotvos».

99. Dimick P.C , Trezer G.I. Photodiode asa sensitire temperature probe. Rev. Scient. lnstrum., 1963, 34, N 9.

100. Hamblin D.I., Karasz F.Z. Temperature controller for nse in calorimetry. J. Scient. lnstrum. 1962, 39, N 2.

101. Hammond D.L., Benjaminson A. "lEEESpectrum", 1969, v 6, N 2.

102. Hammond D.L., Benjaminson A. Linear quartz thermometer. lnstrum. and Control syst., 1965, 38, N 10, P.I.

103. Hazel Rymer. A contribution to precision microgravity data analysis using La-Coste-Romberg gravity meters. Geophysical Journal., 1989, 97, 311-322.

104. Improvement inor relating to temperature measurment.Англ.Патеht.GI N (Golk),N 1077381.

105. James W.A. New method of improving furnace temperature control. J. Of Scient. lnstrum., 1954, v. 31, №1, 23 25.

106. Kanngieser Erich. Investigation of calibration function, temperature and trasportation effect at La Coste-Romberga gravimeter. Proceeding of General Meeting of the IAG, Tokyo, May 7-15, 1982, 385-396.

107. Larsen N.T. 50 microdegree temperature controller. P. Scient. Instrum., 1968, 39. N 1.

108. Malanowski Kozimierz. Pomiarowy magnetyczhy wzmacniacz kaskadowy do termoelementu. Pomlary Automat Kontrola, 1962, 8, N 11.

109. Schulze A. und Eicke H., Uber Gold- Chrom-Normalwiderstande, Phis. Zeits., Bd. 4,1952, S. 321.

110. Schulze A., Elektrische und thermische Untersuchungen Manganin, Phis. Zeits., Bd. 39, 1939, S. 300.

111. Stanislaus Jallec. Stetigwirkender Temperaturreglermit Bimetall-fuhler. Патент ФРГ. кл. 42 g, 2/03 (Go5d), N 1104746.

112. Stanislav Holub. Nektere z poznatku о gravimetru Gs-15 № 228. "Problemy soucasne gravimetrie ". Liblicich, 1976,str. 117.

113. Technical Discription of IGS-2./ CG-4 Autograv. SCINTREX. 222 Snidercroft Road, Concord Ontario Canada.

114. Wahobi El.A., Ducarme В., van Ruymbeke M. : Humidity and temperature effects on La Coste & Romberg gravimeters. The 14-th International Symposium on Earth Tides (ETS 2000), Mizusava, Aug.28-Sept.l, 2000: Program and Abstr. Mizusava 2000., c.2.

115. Walesch Walter, Backer Fridrich. Kontinuierliche Temperoturregelung mit Helte eines optischgesteuerten Regelthermometer. Z.phys. Chem., 1961, 2g, N 5-6.

116. Wenzel H.G. Stability of temperature in transformed Askania gravimeter. Prezented to the XYIIUGG ( I AG) General Assambly Grenoble, 1975.

117. Woten F.T. A proposed ultra-sensitive miniature temperature sensor. Proc. IEEE, 1967, 55, N4.

Информация о работе

Леонтьев, Владимир Иванович
кандидата физико-математических наук
Москва, 2003
ВАК 25.00.10

Диссертация

Методы и способы повышения точности гравиинерциальной аппаратуры - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы