Reduction of the auto seismic component of error of a ballistic laser gravimeter by excitation of an inductiondynamic catapult from an AC voltage source

Abstract

The purpose of the study is to analyse the influence of the excitation of an induction-dynamic catapult of a ballistic laser gravimeter from an AC voltage source at different frequencies on electromechanical indicators that provide a reduced value of the auto seismic component of error in measuring the gravitational acceleration g due to a decrease in the recoil force. A mathematical model of the gravimeter catapult when excited from an AC voltage source is proposed, taking into account the interrelated electrical, magnetic and mechanical processes. The nature of the electromechanical processes in the catapult of the gravimeter with such excitation has been established. It is shown that a phase shift occurs between the currents in active elements, as a result of which positive (repulsive) pulses of the electrodynamic force alternate with negative (attractive) pulses of force. A criterion for the efficiency of the gravimeter catapult has been introduced, taking into account the maximum value of push of the test body at the smallest values of the electrodynamic force and current of the inductor winding. It was found that the highest efficiency of the gravimeter catapult is provided at a frequency of 250 Hz, at which the catapult efficiency is 3.5 times higher than at a frequency of 50 Hz. It is shown that the transition from the method of excitation of an induction-dynamic catapult with one short pulse to excitation from an AC voltage source makes it possible to reduce the uncertainty in measuring the gravitational acceleration.

Метою дослідження цієї статті є аналіз впливу збудження індукційно-динамічної катапульти балістичного лазерного гравіметра від джерела змінної напруги при різній частоті на електромеханічні показники, що забезпечують знижену величину автосейсмічної складової похибки вимірювання прискорення вільного падіння g за рахунок зменшення сили віддачі. Запропоновано математичну модель катапульти гравіметра при збудженні від джерела змінної напруги, що враховує взаємозалежні електричні, магнітні та механічні процеси. Встановлено характер електромеханічних процесів, які відбуваються при індукційному збудженні динамічної катапульти балістичного лазерного гравіметра. Показано, що між струмами в активних елементах виникає фазовий зсув, внаслідок чого позитивні (ті, що відштовхують) імпульси електродинамічної сили чергуються з негативними (тими, що притягують) імпульсами сили. Позитивні імпульси сили переважають над негативними імпульсами. Введено критерій ефективності катапульти гравіметра, що враховує найбільшу величину підкидання пробного тіла при найменших величинах електродинамічної сили і струму обмотки індуктора. Встановлено, що найбільша ефективність катапульти гравіметра забезпечується при частоті 250 Гц, при якій ефективність катапульти в 3,5 разу вища, ніж при частоті 50 Гц. Показано, що перехід від способу збудження індукційно-динамічної катапульти одним коротким імпульсом до збудження від джерела змінної напруги дозволяє зменшити невизначеність вимірювання прискорення вільного падіння.