Детектор гравитационных возмущений

Полезная модель относится к регистрации различных гравитационных взаимодействий, как на Земле, так и в космическом пространстве.

Техническим результатом полезной модели является повышение чувствительности, увеличение вероятности регистрации событий, расширение функциональных возможностей при регистрации гравитационных возмущений, регистрация возмущений в заданной азимутальной направленности.

Технический результат достигается тем, в детектор гравитационных возмущений введена система электронной задержки импульса от светового сигнала, выход которой соединен с формирователем тормозных импульсов. На оси волчка установлен с возможностью азимутального перемещения и фиксации его положения настроечный диск из немагнитного материала, в цепь электродвигателя введена первичная обмотка ферритового индукционного датчика импульса тока торможения, а вторичная через нагрузочное сопротивление соединена с одним из входов контрольного прибора. Работа детектора основана на возбуждении собственных колебаний волчка и регистрации максимальной резонансной низкочастотной гармоники упругих стоячих волн.

1 с.п.ф. 2 з.п.ф. 26 илл.

Полезная модель относится к области геофизики, астрономии и астрофизики, к устройствам измерения гравитационных возмущений, обнаружению скрытых масс или объектов к регистрации различных гравитационных взаимодействий, как на Земле, так космическом пространстве.

Известно устройство измерения состояния вращающегося волчка, установленного на технических весах, на стойку которых передают колебательное механическое воздействие, устройство для измерения изменения состояния вращающегося волчка содержит волчок, систему регистрации, систему запуска и вибрации (Козырев Н.А. Избранные труды, Л. Издательство, Ленинградского Университета, 1991 г., с.341-345).

Указанное устройство имеет низкую повторяемость результатов измерений из-за отсутствия синхронизации внесения механического воздействия на волчок с частотой вращения самого волчка.

Известен детектор гравитационных возмущений, содержащий волчок, систему регистрации, систему запуска и вибрации, при этом волчок выполнен в виде цилиндра, насаженного на ось двигателя, на внешней поверхности волчка нанесен светоотражающий сектор, волчок с двигателем установлен на платформе из постоянных магнитов, платформа насаженна на ось, которая закреплена на стационарном постоянном магните, магниты платформы и магнит стационарный установлены друг к другу навстречу одноименными полюсами, система регистрации выполнена в виде индукционного датчика, расположенного между магнитами платформы и магнитом стационарным, причем выход датчика соединен с входом селективного вольтметра, выход которого соединен с самописцем и одним из выходов двулучевого осциллографа, на второй вход которого введен синхроимпульс, а система вибрации содержит

источник света, оптоволоконные световоды, фотоприемник и тормозящую систему. Патент Российской Федерации №2172501, МПК: G 01 V 7/00, 1999 г. Международная заявка: Smirnov Valerie Nikolayevich.

РСТ /RU 00/ 00213, International Publication Number WO 20/000756, 14.12.2000. Прототип.

Недостатком прототипа является низкая чувствительность детектора, вероятностный характер регистрации возмущений.

Полезная модель устраняет недостатки аналогов и прототипа.

Техническим результатом полезной модели является повышение чувствительности, увеличение вероятности регистрации событий, расширение функциональных возможностей при регистрации гравитационных возмущений, регистрация возмущений в заданной азимутальной направленности.

Технический результат достигается тем, что в детекторе гравитационных возмущений, содержащем систему регистрации, систему запуска и вибрации, волчок, выполненный в виде цилиндра, насаженного на ось электродвигателя, и светоотражающий элемент, волчок с электродвигателем установлен на платформе из постоянных магнитов, платформа насажена на ось, которая закреплена на стационарном постоянном магните, магнит платформы подвешен в противополе стационарного магнита, система регистрации выполнена в виде индукционного датчика, расположенного между магнитом платформы и стационарным магнитом, выход индукционного датчика соединен с входом селективного вольтметра, выход которого соединен с графопостроителем и одним из входов двулучевого осциллографа, а система вибрации содержит источник света, оптоволоконные световоды, фотоприемник и тормозящую систему, в которую введен электронный усилитель светового импульса, формирователь тормозных импульсов,

стабилизированный источник постоянного напряжения, выходы которого соединены с двигателем волчка, отличающийся тем, что введена система электронной задержки импульса от светового сигнала, выход которой соединен с формирователем тормозных импульсов, на оси волчка установлен с возможностью азимутального перемещения и фиксации его положения настроечный диск из немагнитного материала, внешняя сторона настроечного диска покрыта светопоглощающим слоем, на котором расположен светоотражающий элемент, выполненный в виде радиальной полосы, в цепь электродвигателя введена первичная обмотка ферритового индукционного датчика импульса тока торможения, а вторичная через нагрузочное сопротивление соединена с одним из входов контрольного прибора, соосно с волчком над настроечным диском с возможностью его азимутального перемещения и фиксации положения установлен диск ориентации оптоволоконных световодов, на оси электродвигателя установлена передаточная втулка, жестко соединенная с волчком, детектор снабжен лазерным источником света, а на магнитной платформе установлен фотоприемник для приема лазерного луча.

Сущность полезной модели поясняется на фиг.1÷26.

На фиг.1 представлена схема динамической системы на магнитной подвеске с ее функциональными связями, где:

1 - латунный волчок, 2 - электродвигатель, 3 - ось электродвигателя, 4 - дюралевый настроечный диск, покрытый светопоглощающей краской, 5 - светоотражающая (зеркальная) полоска, 6 - магнитная платформа рабочего модуля, 7 - стационарный магнит, 8 - дюралевое основание магнита, 9 - диск из оргстекла для ориентации оптоволоконных световодов, 10 - оптоволоконные световоды (пара), 11-источник света, 12 - фотодиод, 13 - фотоприемник, 14 - лазерный луч, 15 - импульсный электронный усилитель, 16 - электронная временная задержка импульса светового сигнала, 17 - формирователь

прямоугольных импульсов торможения, 18 - драйвер, 19 - источник электропитания драйвера 18 и двигателя 1, 20 - двухпроводная линия электропитания двигателя, 21 - селективный усилитель, 22 -графопостроитель, 23 - первичный информационный преобразователь (индукционный датчик).

На фиг.2, в качестве примера увеличения чувствительности и точности измерения, представлены два графика, характеризующие одно и тоже событие, а именно изменение проекции земной оси на солнечный диск. В первом случаи - позиция (а) момент наступления летнего равноденствия 21.06.02, а во втором случае - позиция (б) момент наступления зимнего равноденствия 21.12.05. Во втором случае хорошо видно, что отношение сигнал/шум значительно меньше первого случая, а, кроме того видна тонкая структура происходящего процесса.

На фиг.3 представлена развернутая схема регистрации ожидаемых сигналов с помощью двух индукционных датчиков: первичного информационного преобразователя (индукционный датчик) и ферритового индукционного датчика импульса тока торможения, где: 2 -электродвигатель, 6 - магнитная платформа рабочего модуля, 7 -стационарный магнит, 18 - драйвер, 19 - источник электропитания драйвера 18 и электродвигателя 2, 21 - селективный усилитель (У2-8), 22 - графопостроитель, 23 - первичный информационный преобразователь (индукционный датчик), 24 - высокочастотный кабель, 25 - экран кабеля из тонкой пермалоевой ленты, 26 - двулучевой осциллограф, 27 - систематизатор вращения волчка (15, 16, 17), 28 - частотомер, 29 -ферритовый индукционный датчик импульса тока торможения, 30 -сопротивление нагрузки ферритового датчика.

На фиг.4 показана зависимость длительности тормозного импульса от периода вращения волчка. Выбор произвольной длительности тормозного импульса без учета периода вращения приводит к потере детектором своей чувствительности.

На фиг.5 представлен разрез волчка 1, изготовленного из латуни в виде чашеобразного цилиндра (по существу волчок 1 представляет собой твердотельный резонатор для низкочастотных гармонических колебаний).

На фиг.6 _{а, в, с} схематично показаны этапы работы трехполюсного электродвигателя 2 постоянного тока, где: 31, 32, 33 - ламели коллектора якоря электродвигателя 2, 34 - токонесущие щетки.

На фиг.7 показана осциллограмма импульса тока в момент окончания действия импульсного тормозного напряжения на обмотках I, II, III якоря. Импульс тормозного тока имеет крутой срез. Фронт импульса отображает переходной процесс в обмотках якоря, а срез импульса начало пуска электродвигателя.

На фиг.8 представлена осциллограмма, где на нижнем луче осциллографа показаны прямоугольные тормозные импульсы инвертированного напряжения.

На фиг.9 в увеличенном масштабе показано расстояние между токовыми пиками, которое характеризует время действия торможения.

На фиг.10 представлена осциллограмма возбужденных колебаний с незначительным затуханием (развертка луча 5,0 мс./см.), на которой видны положительные импульсы тормозного тока, полученные с ферритового индукционного датчика импульса тока торможения 29 и возбужденные низкочастотные колебания в теле волчка 1, полученные с индукционного датчика 23.

На фиг.11 показана осциллограмма фрагмента фиг.10 при развертке луча осциллографа равной 2,0 мс./см.ь

На фиг.12 показана форма импульса тормозного тока, вызывающая наибольшую амплитуду низкочастотных колебаний в теле волчка 1. Масштаб временной развертки луча равен 0,5 мс./см. время нарастания фронта импульса за счет переходных процессов в обмотках якоря и инерции вращения волчка составляет примерно 1,2·10^-3 с.

На фиг.13 показан фрагмент среза импульса тормозного тока (фиг.12) при масштабе временной развертки луча 50 мкс./см. длительность среза около 20 мкс.

На фиг.14 представлен фрагмент фиг.1, где: вращающийся волчок - 1, на оси которого расположен настроечный диск - 4 со светоотражающим элементом - полосой 5; диск 9 ориентации оптоволоконных световодов 10 со стрелочными индикаторами 35, указывающими направление действия сил (F); внешняя азимутальная шкала - 36, выраженная в градусах, схематично показана плоскость действия тормозящих сил 37, предполагаемый источник гравитационных возмущений 38 и его проекция 39 на плоскость действия сил 37.

На фигурах: 15a,b,c,d,e показаны временные диаграммы импульсов различного вида торможений.

На фиг.15а показан импульс естественного торможения 40. На фиг.15b показан импульс искусственного (рабочего) торможения 41 от системы электроники.

На фиг.15с показан суммарный импульс 42 (суперпозиция) при временном совпадении импульса естественного торможения 40 и рабочего тормозного импульса 41.

На фиг.15d показано положение искусственного тормозного импульса 41, смещенного под действием гравитационных возмущений.

На фиг.15е приведена суперпозиция импульса естественного торможения 40 (фиг.15а) и искусственного тормозного импульса 41(фиг.15d), смещенного под действием гравитационных возмущений.

На фиг.16, 17, 18. представлены осциллограммы, показывающие характер изменения среза импульса тока при изменении временной задержки.

На фиг.18, в качестве примера, показана осциллограмма импульса тока торможения при большой временной задержке.

На фиг.19. Частное полутеневое лунное затмение 19.11.02-20.11.02, фаза затмения 0,884...01 ч 46,6 мин.

На фиг.20. Прохождение Венеры по диску Солнца, 08.06.04...09 ч.51 мин

На фиг.21. Ориентация по азимуту на Солнце, 01.06.05, угол азимута +16°, 14 ч. 30 мин.

На фиг.22. Афелий Земли... 05.07.05...06 ч. 30 мин., расстояние до Солнца 1,0167415990 а.е.=152102378,3 км.

На фиг.23. Предвесник... 30.06.05 землетрясения на острове Суматра силой 6,75 балла произошедшего 05.07.05.

На фиг.24. Ориентация по азимуту на Луну... 13.09.05., угол азимута - 44°...18 ч. 30 мин.

На фиг.25. Солнечное затмение, наблюдаемое в Москве...03.10.05, фаза затмения ˜0,14-0,18, начало... в 13 ч. 40 мин. окончание... в 13 ч. 51 мин.

На фиг.26. Заход Юпитера 21.10.05....в 18 ч. 21 мин., азимут - 73°.

Работа детектора гравитационных возмущений определена следующими условиями:

Детали детектора (кроме рабочего модуля и стационарного магнита) выполнены из немагнитных материалов, а сам детектор устанавливают далеко от магнитных аномалий.

Провода электропитания двигателя медные, отожженные диаметром 0,09 мм и не ограничивают механические степени свободы рабочего модуля.

Сигнальные и функциональные СВЧ-кабели имеют дополнительную защиту от электромагнитных помех в виде бронирования их тонкой пермалоевой лентой.

Детектор гравитационных возмущений расположен на массивном деревянном основании, установленном на песчаную подушку из кварцевого песка (диаметр песчинок ˜1,0 мкм.) массой 500 кг, демпфирующую механические помехи.

Лабораторная электросеть выполнена кручеными проводами, бронированными пермалоевой лентой.

Лабораторный земляной контур электрически не связан с нулем трехфазной сети, а присоединен к самостоятельному заземлению, вне стен здания.

Измерительная аппаратура по электропитанию развязана от других функциональных устройств и электрически они запитаны от разных фаз трехфазной сети.

Каждая фаза трехфазной сети имеет собственный сетевой фильтр и собственный стабилизатор напряжения.

Для понимания основы процесса измерений и работы детектора гравитационных взаимодействий рассмотрим этапы работы трехполюсного электродвигателя 2 постоянного тока волчка 1, приведенные на (фиг.6а,в,с) Римскими цифрами I, II, III обозначены обмотки якоря двигателя 2. На коллекторе якоря расположены ламели 31, 32, 33, к которым присоедины концы обмоток I, II, III. Через токонесущие щетки 34 на ламели 31,32,33 подают напряжение, а через них уже и на обмотки I, II, III. _а,в,с - угловая частота вращения якоря.

Рассмотрим фиг.6_а, обозначив ее условно как нулевую фазу вращения. В этой нулевой фазе обмотка якоря - I короткозамкнута токонесущей щеткой (+) плюс, которая перекрывает технологический зазор между ламелями 31 и 33, и, следовательно, напряжение на обмотке отсутствует. В этом случае работают только две обмотки - II и III, которые запитаны напряжением параллельно от источника ЭДС. Обмотка якоря II через ламели 31 и 32, а обмотка якоря III соответственно через ламели 32 и 33. Общее активное сопротивление этих обмоток становится в два раза меньше и равняется R/2 (R - сопротивление одной обмотки), а потребляемый ток от источника ЭДС в два раза больше.

На фиг.6 _в приведено положение ламелей 31, 32, 33 относительно щеток 34 при повороте якоря на 30°. Напряжение подается на все три обмотки якоря I, II, III одновременно. Но, обмотки якоря I и II соединены последовательно и напряжение на них поступает через ламели 32 и 33, а

обмотка якоря III через эти же ламели 32 и 33 запитана напрямую от источника ЭДС. Общее сопротивление обмоток увеличилось и составляет 2/3R, следовательно, уменьшился и потребляемый ток.

На фиг.6_с приведено положение ламелей 31, 32, 33 относительно токонесущих щеток при повороте якоря еще на 30°. Общая фаза поворота равняется 60°. При этом варианте теперь уже обмотка якоря II оказывается короткозамкнутой и напряжение на нее не подается, т.к. токонесущая щетка (-) минус перекрывает зазор между ламелями 31 и 32. Обмотки якоря I и III запитаны напряжением параллельно от источника ЭДС обмотка I якоря через ламели 31 и 33, а обмотка якоря III через ламели 32 и 33.

Через каждые 60° одна из обмоток обязательно становится короткозамкнутой и исключается из активного процесса вращения. Такая ситуация за один период вращения повторяется шесть раз. Наибольший же крутящий момент на валу электродвигателя возможен тогда, когда в работе участвуют все три обмотки фиг.6 _в и только в этом случае электродвигатель 2 максимально увеличивает свои обороты.

В течение продолжительности действия импульса полярность электропитания на электродвигателе 2 инвертируется, т.е. происходит изменение полярности напряжения на токонесущих щетках 34. Таким образом, меняется направление вращения, что приводит к торможению вращающегося якоря электродвигателя 2.

В момент прекращения действия импульса, (фиг.10, 11) т.е. на его срезе происходит пуск электродвигателя 2 и это создает механический удар по якорю, а, следовательно, и по оси 3 электродвигателя 2.

Механический удар возбуждает как в теле якоря, так и в волчке 1 низкочастотные гармонические колебания.

Исходя из проведенного анализа особенностей электропитания обмоток якоря I, II, III фиг.6, можно сделать вывод, что момент механического удара происходит, когда одна из обмоток якоря короткозамкнута токонесущей щеткой 34 (положение щеток фиг.6_а ).

В этом случае происходит естественное торможение (фиг.15а, импульс 40), на которое накладывается еще и искусственное импульсное торможение (фиг.15b, импульс 41), общая эффективность торможения повышается из-за параллельного электропитания двух оставшихся обмоток якоря.

Настройкой импульса торможения добиваются максимальной чувствительности детектора гравитационных возмущений, которая зависит от амплитуды возбужденных колебаний в теле волчка 1.

Рассмотрим работу детектора гравитационных колебаний.

Для выполнения настройки использован ферритовый индукционный датчик 29, показывающий структуру переходных процессов во время торможения на всех фазах вращения и взаимосвязь частоты вращения, длительности импульса торможения, формы импульса тока торможения и амплитуды возбужденных низкочастотных колебаний в волчке 1. Ферритовый индукционный датчик 29 выполнен на ферритовом кольце. На ферритовом кольце с большой магнитной проницаемостью и с внутренним диаметром 30 мм намотаны две обмотки - первичная обмотка содержит 5 витков и через нее осуществляется электропитание двигателя 2, вторичная содержит около 5000 витков и ее концы присоединены к нагрузочному сопротивлению R_н. 30. (фиг.3). В момент торможения, в цепи этой первичной обмотки возникает импульсный тормозной ток, который индуцирует во вторичной обмотке импульсную ЭДС, наблюдаемую на одном из лучей осциллографа 26. Небольшое количество витков не сказывается на передаче формы наведенного импульса, кроме того, первичная обмотка выполняет функции фильтра и защищает электронную систему от возможных помех со стороны электродвигателя 2.

Использование ферритового индукционного датчика 29 импульса тока торможения облегчило настройку детектора гравитационных возмущений.

Из формы импульса тормозного тока получают информацию о фазах вращения якоря. О том, как запитаны постоянным напряжением обмотки якоря I, II, III (фиг.6), о роли технологических зазоров между ламелями 31,

32, 33 коллектора, о выборе необходимой частоты вращения и длительности импульса торможения. По амплитуде токового импульса и оценивают величину тормозного тока. Перечисленные параметры влияют не только на амплитуду, но и на частоту возбужденных низкочастотных колебаний в теле волчка 1.

Волчок 1 вместе с электродвигателем 2, расположен на магнитной платформе 6, и в целом представляют рабочий модуль устройства.

Сигналы с индукционного датчика 29 (фиг.3) или с фотоприемника 13 (фиг.1) поступают на селективный усилитель 21, который из всего спектра возбужденных колебаний выделяет необходимую гармонику низкочастотных колебаний, возникшую в теле волчка 1. Преобразованный в постоянное напряжение сигнал с одного из выходов селективного усилителя 21 поступает на вход графопостроителя 22, а не преобразованный гармонический сигнал на вход осциллографа 26 (фиг.3) для контроля и дальнейшей настройки детектора.

В схему управления вращением волчка 1 входит электронное устройство, состоящее из системы электронных блоков: 15, 16, 17, (фиг.1), которые представляют собой, систематизатор вращения волчка 27.

Импульс света, отраженный от зеркальной полосы 5 диска 4, по оптоволоконному световоду 10 воздействует на фотодиод 12. Сигнал с фотодиода 12 усиливают (импульсным усилителем 15) и предают на электронную временную задержку импульса светового сигнала 16, а после нее на формирователь рабочих прямоугольных импульсов торможения 17 и на драйвер 18, который питает электродвигатель 2 постоянного тока и управляет его вращением, используя импульсную переполюсовку электропитания.

Волчок 1 изготовлен из латуни в виде чашеобразного цилиндра (фиг.5) и представляет собой твердотельный резонатор.

Если в такой резонансной системе возбудить низкочастотные колебания, то в теле резонатора (в волчке 1) возникают упругие стоячие волны, которые

деформируют внутреннюю структуру резонатора. Эта деформация приводит к потере волнами своей энергии, т.е. происходит диссипация энергии при преодолении внутреннего трения, при изгибной деформации.

Вращение само по себе не приводит к образованию в волчке 1 (резонаторе) упругих колебаний. Однако, при возбуждении колебаний, с помощью какого-либо воздействия, их дальнейшая динамика оказывается зависимой от вращения. Северов Л.А. Механика гироскопических систем. - М. МАИ, 1996 г., с.117-130.

Одним из показателей эффективности детектора является его поперечное сечение для поглощения энергии гравитационных волн. Энергия стационарных колебаний диссипирует за счет внутреннего трения с определенной скоростью, превращаясь во внутреннюю энергию детектора. В колебательной системе механических детекторов гравитационного излучения ее чувствительность характеризуется поперечным сечением, являющейся функцией массы тела, собственной частоты и антенного параметра. Мизнер Ч, Торн К, Уилер Дж. Гравитация. 1997, Т.3., с.249, 253-280. В этой работе рассмотрены колебательные механические детекторы гравитационного излучения, лишь теоретически.

Для обеспечения работы детектора гравитационных взаимодействий важным обстоятельством является использование импульсного торможения вращения волчка 1.

Рассмотрим роль тормозного импульса в процессе вращения якоря электродвигателя 2.

Известно, что обмотка с током, уложенная в пазы якоря, испытывает механическое воздействие. Значение сил, действующих на обмотку в пазу пропорциональны току, умноженному на векторное произведение длины витка и магнитной индукции (формула Ампера). Отсюда следует, что на каждый элемент с током действует сила, направленная ко дну паза, т.е. к оси якоря электродвигателя 2. Если, например, величина такой силы в штатном режиме была Р, то в момент пуска двигателя токи в пазу существенно

возрастают и при десятикратном всплеске тока сила, действующая на дно паза, будет увеличена в сто раз (100Р). Эти силы настолько велики, что могут даже привести к разрыву пазовой изоляции. Инкин А.И. Электромагнитные поля и параметры электрических машин, учебное пособие, Новосибирск, Издательство ЮКЭА, 2002 г., с.138, 139.

Это отрицательное механическое воздействие, происходящее в якоре электродвигателя 2 в данном детекторе гравитационных возмущений, носит основополагающий позитивный характер.

В момент торможения на оси 3 электродвигателя 2 за счет механического удара возникает целый спектр низкочастотных колебаний, который возбуждает в волчке 1, как в твердотельном резонаторе упругие стоячие волны. В дальнейшем система регистрации, использующая селективный усилитель 21 и первичный датчик, в нашем случае индукционный датчик 23, расположенный в зазоре между магнитами 6 и 7, позволяет выделить конкретную гармонику этих колебаний.

Определяющим фактором чувствительности детектора гравитационных возмущений является получение максимальной амплитуды этих возбужденных колебаний.

Эта задача решается введением дополнительного диска 4 (фиг.1), установленного с возможностью вращения на одной оси 3 с волчком 1.

Настроечный диск 4 выполнен из дюраля толщиной 1,0 мм и диаметром, превышающим диаметр волчка 1. Поверхность диска 4 покрыта светопоглощающей краской (черной), на которую нанесена тонкая толщиной 0,1 мм и шириной 2,5 мм светоотражающая (зеркальная) полимерная пленка. Диск 4 со светоотражающей полосой 5 имеет возможность азимутального плавного поворота, относительно верхней торцевой поверхности волчка 1 и фиксирования в этом положении за счет упругих упоров о поверхность (аналог гроверных шайб), что не позволяет диску 4 во время совместного вращения с волчком 1 изменять свое пространственное положение. Такой

поворот адекватен повороту диска 4 относительно ламелей 31, 32, 33 якоря электродвигателя 2.

Ширина полосы 5, как и частота вращения, определяет скорость и точность регистрации, т.к. уменьшается длительность стартового (отраженного светового) импульса, что, в свою очередь, позволяет рассмотреть тонкую структуру гравитационных событий. С этой целью ширина полосы 5 не превышает диаметр светового луча, а сам луч формируют на краю настроечного диска 4, где максимальна линейная скорость вращения.

Электродвигатель 2 постоянного тока по существу является электромеханическим усилителем регистрируемых гравитационных воздействий. Регистрация этих событий производится индукционным датчиком 29 или фотодатчиком - 13, от которого общий уровень помех ниже, чем в индукционном датчике 23.

На фиг.8 представлена осциллограмма, где на нижнем луче осциллографа 26 показаны прямоугольные тормозные импульсы инвертированного напряжения, которые с драйвера 18 подаются на электродвигатель 2. На верхнем луче показаны соответствующие импульсы тормозного тока, между которыми видны небольшие пики тока. Временная развертка луча - 5,0 мс./см. Появление пиков обусловлено процессом вращения якоря. Только за один период трехполюсного якоря электродвигателя 2, концы каждой из его обмоток дважды закорочены токонесущими щетками 34, т.о. их общее число за один период равняется шести. Когда одна из обмоток не принимает участие в процессе вращения, то в этот момент наступает небольшое естественное торможение якоря. Любое изменение вращения в магнитном поле электродвигателя индуцирует в обмотках якоря появления ЭДС., что и видно на фиг.9 в увеличенном масштабе, как по амплитуде так и по длительности развертки 2,0 мс./см. Расстояние между токовыми пиками характеризует время действия такого торможения.

Ширина технологического зазора между ламелями коллектора электродвигателя=0,0325 см., что при периоде вращения Т=14,40·10^-3 с.

соответствует времени прохождения токонесущими щетками любого из этих зазоров 200 мкс.-250 мкс., что и видно на осциллограмме (фиг.9).

Импульсное торможение, как отмечалось, осуществляет механический удар по оси 3 вращения якоря, через которую в свою очередь возбуждаются низкочастотные колебания в волчке 1.

На фиг.10 представлена фотография осциллограмм, на которой видны положительные импульсы тормозного тока, полученные с ферритового индукционного датчика 29 и возбужденные низкочастотные колебания в теле волчка 1, полученные с первичного индукционного датчика 29. На фиг.11, при развертке луча осциллографа равной 2,0 мс./см. показана осциллограмма фрагмента фиг.10.

Наибольшая амплитуда колебаний соответствует форме импульса тормозного тока, показанного на фиг.12. Масштаб временной развертки луча равен 0,5 мс./см. время нарастания фронта импульса за счет переходных процессов в обмотках якоря и инерции вращения волчка составляет примерно 1,2·10^-3 с. Срез импульса равняется 20 мкс., его фрагмент показан на фиг.13 в дополнении с небольшим фрагментом плоской части вершины. Масштаб временной развертки луча 50 мкс./см.

Именно срез импульса определяет пуск электродвигателя 2 и именно в этот момент происходит механический удар по оси якоря. В этой ситуации тормозной импульс совпадает по времени, когда одна из обмоток якоря короткозамкнута. На естественное торможение накладывается еще и искусственное торможение.

Выбор необходимой рабочей длительности торможения определяется скоростью вращения волчка 1. Эта длительность должна равняться или только незначительно превышать временное расстояние между пиками тока (фиг.9).

Необходимым техническим требованием для получения максимальной амплитуды колебаний непосредственно в теле волчка 1 является передача этих колебаний от источника (якоря) к волчку 1. Для этого необходимо увеличить площадь тела, передающего низкочастотные колебания.

В нашем случае ось якоря электродвигателя 2, выполнена из стали. Имеет диаметр 0,2 см., длину 0,7 см., площадь поверхности 0,44 см ². Для увеличения площади, передающей низкочастотные колебания, на ось якоря плотно насажена латунная втулка с внешним диаметром 1,0 см., которая противоположным облуженным концом так же плотно посажена и притерта в теле волчка 1 в углублении (фиг.5). Общая площадь контактной поверхности увеличивается более чем в три раза и составляет ˜1,6 см²., т.е. выполнены условия возбуждения низкочастотных колебаний в теле волчка.

Результаты экспериментальных работ, представленных графиками, показали, что в момент начала какого-либо исследуемого астрономического события происходит изменение периода вращения волчка 1, т.е. изменение его кинетической энергии.

Такое изменение возможно лишь при условии внешней подпитки энергией, т.е. частичной или полной компенсацией потери энергии волчком 1, выступающим в качестве колебательной системы.

Любой волновой процесс обладает одним, только ему присущим свойством, а именно - направленностью на источник излучения (антенный параметр).

Ранние экспериментальные исследования с детектором гравитационных взаимодействий обнаружили зависимость чувствительности детектора от пространственного положения, что и дало основание говорить о его пространственной направленности. Таким антенным параметром стала пара сил (F), в векторной плоскости которых происходит диссипация энергии (в определенном телесном угле).

В астрономических ежегодниках приведены сведения, как о времени наступления астрономических событий (восходы, заходы Солнца и Луны, планет Солнечной системы, новолуния, полнолуния, затмения и др.) так и азимуты начала и окончания этих событий.

Точкой отсчета углов принято считать направление на Южный географический полюс с последующим отсчетом углов по часовой стрелке.

Известно, что существует разница между магнитным и географическим полюсом. Так, например, Северный географический полюс находится восточней магнитного и для Москвы эта величина составляет ˜7°.

Зная время и азимуты восходов и заходов источника гравитационных возмущений (например, Солнца) вычисляют скорость азимутального изменения положения этого источника на небесной сфере, а при этой известной скорости определяют азимут на заданное время и на него настраивают детектор.

На фиг.14 показан пример такой настройки. В момент начала действия импульса торможения, как отмечалось, на волчок 1 действует пара тормозящих сил F, плоскость S является плоскостью этих векторов. Направление этих сил 35 непосредственно на источник гравитационных воздействий 38 (как оптический телескоп) в силу конструктивных особенностей пока невозможен и поэтому азимутальная ориентация происходит на проекцию 39 этого источника 38. Направление стрелочных индикаторов на диске 9 на азимутальные углы параллельно действию сил F. Угол это угловое расстояние от источника до линии горизонта. Только в моменты восходов и заходов этот угол равен нулю и тогда детектор непосредственно направлен на источник 38.

Следующий шаг, после выбора азимута ориентации и фиксации этого направления, это настройка детектора на собственные физические параметры, которая выполняется в несколько этапов:

Первым необходимым условием является совмещение искусственного импульса торможения с импульсом естественного торможения, т.е. с моментом когда одна из обмоток якоря короткозамкнута токонесущей щеткой 34, позиции фиг.15а и фиг.15в. На фиг.15а показан импульс силы естественного торможения длительностью (t2-t1) с амплитудой тормозной силы F1. На фиг.15в изображен импульс искусственной силы торможения с амплитудой тормозной силы F2 и той же длительности (t2-t1). При временном их совпадении амплитуды тормозных сил суммируется фиг.15с.

Задача совмещения этих двух импульсов решается с помощью настроечного диска 4 фиг.1. Поворачивая вручную диск 4, при остановленном вращении волчка 1, методом последовательных приближений подбирают такое положение светоотражающей полосы 5, относительно фаз вращения якоря, пока оно не совпадет с моментом закорачивания токонесущими щетками 34 одной из обмоток катушек якоря. Контроль за этой настройкой осуществляют по контрольным импульсам на осциллографе 26, полученным с ферритового индукционного датчика тока 29. Этим приближением достигают момент получения импульс тока торможения, представленного на фиг.12, а соответственно срез импульса как на фиг.13. Поскольку только в этом случае амплитуда возбужденных низкочастотных колебаний будет максимальной в виду резкой крутизны среза импульса тормозного тока. На фиг.10 представлена осциллограмма возбужденных колебаний с незначительным затуханием.

Физический процесс компенсации диссипируемой энергии, в каком бы количестве она не осуществлялась, только увеличивает кинетическую энергию вращения. Отсюда следует, исходя из этапов вращения якоря фиг.6, можно подобрать такой режим работы электродвигателя 2, когда незначительное увеличение скорости вращения, наоборот приведет к торможению якоря электродвигателя 2.

На фиг.16 представлена осциллограмма среза импульса тормозного тока с двумя ступенями переходного процесса. Величина общей временной задержки составляет 100 мкс., - по 50 мкс.на каждую ступень, что соответствует четверти времени контакта токонесущей щетки с технологическим зазором между ламелями коллектора якоря.

Во время компенсации диссипативной энергии обороты волчка 1 должны увеличиваться, а, следовательно, искусственно выбранная временная задержка должна уменьшиться.

Рассмотрим фиг.15d,e. На позиции (d) показан основной, рабочий импульс торможения задержанный по времени относительно естественного

импульса торможения на величину t=(t3-t1). В момент компенсации диссипативной энергии, когда увеличивается скорость вращения, естественный импульс торможения по временной оси сместится в сторону временного местоположения основного задержанного импульса торможения -позиция (е) и по мере увеличения компенсации временная фиксированная задержка уменьшится и в итоге импульсы совпадают по времени.

Срез импульса представленный на фиг.16 становится одноступенчатым фиг.17, в этом случаи временная задержка уменьшилась на 50 мкс., а при дальнейшей задержке еще на 50 мкс. становится таким, как показан на фиг.13 с крутым срезом, а следовательно с сильным возбуждением низкочастотных колебаний и уменьшением скорости вращения. В этот момент якорь электродвигателя автоматически попал в режим наибольшего торможения - позиция (в) фиг.6.

На фиг.18 показана осциллограмма импульса тока торможения при большой временной задержке, на ней видны три ступени, что соответствует переходным процессам во время действия основного импульса торможения сразу на три обмотки якоря. В данном случае в процессе вращения задействованы сразу три обмотки.

Скорость вращения увеличивается, но сама эффективность торможения незначительна, что приводит к потере чувствительности детектора.

Результатом полезной модели является повышение чувствительности измерений, что привело к возможности регистрировать такие астрономические события как: момент захода Юпитера (˜9·10^8 км.), афелий Земли (˜15·10^7 км.), момент нижней кульминации Луны (Южное полушарие), подвижки крупных тектонических масс, которые являются предвестниками землетрясений. Определен антенный параметр, который позволяет оценить направление на географические координаты этих подвижек во временном интервале от 5 до 12 дней до начала землетрясения.

Детектор гравитационных возмущений, содержащий систему регистрации, систему запуска и вибрации, волчок выполненный в виде цилиндра, насаженного на ось электродвигателя, и светоотражающий элемент, волчок с электродвигателем установлен на платформе из постоянных магнитов, платформа насажена на ось, которая закреплена на стационарном постоянном магните, магнит платформы подвешен в противополе стационарного магнита, система регистрации выполнена в виде индукционного датчика, расположенного между магнитом платформы и стационарным магнитом, выход индукционного датчика соединен с входом селективного вольтметра, выход которого соединен с графопостроителем и одним из входов двулучевого осциллографа, а система вибрации содержит источник света, оптоволоконные световоды, фотоприемник и тормозящую систему, в которую введен электронный усилитель светового импульса, формирователь тормозных импульсов, стабилизированный источник постоянного напряжения, выходы которого соединены с двигателем волчка, отличающийся тем, что введена система электронной задержки импульса от светового сигнала, выход которой соединен с формирователем тормозных импульсов, на оси волчка установлен с возможностью азимутального перемещения и фиксации его положения настроечный диск из немагнитного материала, внешняя сторона настроечного диска покрыта светопоглощающим слоем, на котором расположен светоотражающий элемент, выполненный в виде радиальной полосы, в цепь электродвигателя введена первичная обмотка ферритового индукционного датчика импульса тока торможения, а вторичная через нагрузочное сопротивление соединена с одним из входов контрольного прибора, соосно с волчком над настроечным диском с возможностью его азимутального перемещения и фиксации положения, установлен диск ориентации оптоволоконных световодов на оси электродвигателя установлена передаточная втулка, жестко соединенная с волчком, детектор снабжен лазерным источником света, а на магнитной платформе установлен фотоприемник для приема лазерного луча.