Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння
Рассмотрен новый пьезоэлектрический гравиметр автоматизированной авиационной гравиметрической системы (АГС), точность (1 мГал) и быстродействие (полностью автоматизированный) которого выше известных в настоящее время. Описан принцип действия пьезоэлектрического гравиметра, основанный на физическом я...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Геофизический журнал |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України
2015
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103705 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння / О.М. Безвесільна, А.Г. Ткачук, М.А. Войцицький // Геофизический журнал. — 2015. — Т. 37, № 4. — С. 139-144. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859650498098888704 |
|---|---|
| author | Безвесільна, О.М. Ткачук, А.Г. Войцицький, М.А. |
| author_facet | Безвесільна, О.М. Ткачук, А.Г. Войцицький, М.А. |
| citation_txt | Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння / О.М. Безвесільна, А.Г. Ткачук, М.А. Войцицький // Геофизический журнал. — 2015. — Т. 37, № 4. — С. 139-144. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Геофизический журнал |
| description | Рассмотрен новый пьезоэлектрический гравиметр автоматизированной авиационной гравиметрической системы (АГС), точность (1 мГал) и быстродействие (полностью автоматизированный) которого выше известных в настоящее время. Описан принцип действия пьезоэлектрического гравиметра, основанный на физическом явлении прямого пьезоэффекта, и выведена его математическая модель. Показано, что путем подбора конструктивных параметров чувствительного элемента пьезоэлектрического гравиметра можно установить его собственную частоту 0,1 рад/с и избежать необходимости использовать фильтр низких частот в составе автоматизированной АГС. Проанализированы перспективы дальнейшего повышения точности нового пьезоэлектрического гравиметра.
A new piezoelectric gravimeter of automated aviation gravimetric system (AGS), which has higher accuracy (1 mGal) and speed (fully automated) than known to date, is considered in this article. The principle of work of the piezoelectric gravimeter based on the physical phenomenon of direct piezoelectric effect is described and its mathematical model is derived. It has been established that by choosing the design parameters of the piezoelectric sensing element of piezoelectric gravimeter we can set its own frequency of 0.1 rad/s and avoid the need for a low-pass filter in automated AGS. The prospects for further improving the accuracy of a new piezoelectric gravimeter are analyzed.
|
| first_indexed | 2025-12-07T13:32:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
ВИСОКОТОЧНИЙ П’ЄЗОЕЛЕКТРИЧНИЙ ГРАВІМЕТР АВТОМАТИЗОВАНОЇ АВІАЦІЙНОЇ...
Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 139
Постановка проблеми у загальному ви-
гляді та її актуальність. Інформацію про гра-
вітаційне поле Землі, тобто про фізичне поле,
зумовлене тяжінням маси Землі і відцентровою
силою, яка виникає внаслідок добового обер-
тання Землі, використовують у гравіметрії,
сейсмології, авіаційній і космічній техніці,
геології, археології тощо. У класичній фізиці
гравітаційне поле описують одним потенціалом
і напруженістю. Напруженість гравітаційного
поля збігається з прискоренням сили тяжіння
[Веселов, 1968; Безвесільна, Ткачук, 2013].
Для визначення характеристик гравітацій-
ного поля Землі, тобто прискорення сили тя-
жіння gz, найзручніше використовувати авіа-
ційні гравіметричні системи (АГС), чутливим
елементом яких є гравіметр. За допомогою АГС
можна здобути гравіметричну інформацію у
важкодоступних районах земної кулі набагато
швидше та з меншими витратами, ніж за допо-
могою інших гравіметричних засобів або сис-
тем [Безвесільна, 2007; Безвесильная, Ткачук,
2014; Bezvesilna et al., 2014].
Ефективність роботи АГС значною мірою
забезпечується вибором чутливого елемента
системи — гравіметра. Найвідоміші гравіметри
АГС на сьогодні такі: кварцовий ГАЛ-С, роз-
УДК 621.317: 550.34.038.8
Високоточний п’єзоелектричний гравіметр
автоматизованої авіаційної гравіметричної системи
для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння
© О. М. Безвесільна1, А. Г. Ткачук2, М. А. Войцицький2, 2015
1 Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут»,
Київ, Україна
2 Житомирський державний технологічний університет, Житомир, Україна
Надійшла 16 лютого 2015 р.
Представлено членом редколегії В. І. Старостенко
Рассмотрен новый пьезоэлектрический гравиметр автоматизированной авиационной
гравиметрической системы (АГС), точность (1 мГал) и быстродействие (полностью автома-
тизированный) которого выше известных в настоящее время. Описан принцип действия
пьезоэлектрического гравиметра, основанный на физическом явлении прямого пьезоэффек-
та, и выведена его математическая модель. Показано, что путем подбора конструктивных
параметров чувствительного элемента пьезоэлектрического гравиметра можно установить
его собственную частоту 0,1 рад/с и избежать необходимости использовать фильтр низких
частот в составе автоматизированной АГС. Проанализированы перспективы дальнейшего
повышения точности нового пьезоэлектрического гравиметра.
Ключевые слова: пьезоэлектрический гравиметр, авиационная гравиметрическая система,
ускорение силы тяжести, пьезоэффект, чувствительный элемент.
роблений Аерогравіметричною лабораторією
в Інституті фізики Землі Російської академії
наук; кварцовий ГІ 1/1, розроблений «Рамен-
ським приладобудівним заводом»; струнний
«Гравітон-М», розроблений ДНВП «Аерогео-
фізика» разом із МДТУ ім. М. Баумана та
«ВНДІГеофізика»; кварцовий «Чекан-АМ»,
розроблений ВАТ концерн «ЦНДІ «Електро-
прилад»; магнітні МАГ-1 та GT-1A, розроблені
у ПАТ «Гравіметричні технологіі» та «Canadian
Micro Gravity» відповідно; гіроскопічні PIGA 16,
PIGA 25, розроблені у Массачусетському тех-
нологічному інституті. Точність перелічених
гравіметрів недостатня: 3—10 мГал. Швидкодія
їх також мала. Вони не автоматизовані. Резуль-
тати обробляють після польоту літака (ЛА) на
Землі протягом тривалого часу. До того ж ці
гравіметри вимірюють разом із прискоренням
сили тяжіння вертикальне прискорення h . Ви-
сокоточне вимірювання h є складною науково-
технічною проблемою і вимагає застосування
додаткових фільтрів. У НТУУ «КПІ» розробле-
но та досліджено автоматизовані гіроскопічні
вимірювачі gz. Однак точність їх недостатня
(2 мГал) [Безвесільна, Ткачук, 2013; Bezvesilna,
Тkachuk, 2014].
Тому актуальним науково-технічним за-
О. М. БЕЗВЕСІЛЬНА, А. Г. ТКАЧУК, М. А. ВОЙЦИЦЬКИЙ
140 Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015
вданням є підвищення точності та швидкодії
вимірювань прискорення сили тяжіння в ре-
зультаті створення нового гравіметра автома-
тизованої АГС.
Розвиток методів і засобів гравіметричних
вимірювань в Україні. У розвиток методів і за-
собів гравіметричних вимірювань значний вне-
сок зробили наукові школи, сформовані в ННЦ
«Інститут метрології» під керівництвом к. е. н.
О. С. Дудолада, в НТУУ «КПІ» під керівництвом
д-ра техн. наук О. М. Безвесільної [Безвесіль-
на, 2007; Bezvesilna, Тkachuk, 2014; Bezvesilna
et al., 2013a].
Успіхи в авіаційній гравіметрії були б не-
можливими без досягнень у галузі інерціаль-
них систем навігації (ІСН) і чутливих елемен-
тів ІСН, висвітлених у наукових працях шко-
ли видатних учених НТУУ «КПІ» А. А. Один-
цова, М. А. Павловського, О. В. Збруцького,
Б. Б. Самотокіна, В. В. Карачуна, Л. М.Рижкова,
В. М. Мельник та інших.
Мета статті — надати опис конструкції та
особливостей нового п’єзоелектричного гра-
віметра (ПГ) автоматизованої авіаційної гра-
віметричної системи, який має вищі точність
та швидкодію, ніж відомі нині гравіметри.
Викладення основного матеріалу дослід-
ження. На кафедрі приладобудування НТУУ
«КПІ» під керівництвом О. М. Безвесільної
розроблено новий п’єзоелектричний гравіметр
(ПГ) автоматизованої авіаційної гравіметрич-
ної системи [Пат. 99084..., 2012], який має точ-
ність 1 мГал. Чутливий елемент ПГ (рис. 1) скла-
дається із п’єзоелектричного елемента (ПЕ) 5,
що працює на деформації стиснення—розтягу-
вання, ізоляторів 7 на торцях ПЕ та інерційної
маси (ІМ) 6. З метою підвищення надійності та
міцності конструкції чутливий елемент пружно
притиснений до основи 8 гвинтом 10. ПГ за до-
помогою кабелю 11 з’єднаний із операційним
підсилювачем. П’єзоелектричний елемент 5
є багатошаровою конструкцією (п’єзопакет),
що складається із шарів кристалічного ніобату
літію.
Розглянемо коливальну систему ПГ, яка
включає такі елементи: ІМ (m), елемент жор-
сткості (k) та демпфірувальний елемент (n)
(рис. 2). Останнім є повітря, яке створює опір
руху ІМ. Елемент жорсткості характеризуєть-
ся пружними властивостями ПЕ [Безвесільна,
Ткачук, 2013].
На ІМ діє сила, яка, відповідно до другого
закону Ньютона, дорівнює
zG mg= , (1)
де G — сила тяжіння, яка діє на ІМ; m — вага ІМ.
Під час руху ІМ на неї діють також сила
пружності ПЕ, сила опору руху та інерційна
сила від дії вертикального прискорення ЛА.
Сила пружності ПЕ, відповідно до закону
Гука, дорівнює
F x , (2)
де F — сила пружності ПЕ; κ — коефіцієнт
пружності, який залежить від властивостей ПЕ.
Сила F опору руху ІМ становить
dxF n
dt
, (3)
де n — коефіцієнт опору (затухання).
З урахуванням рівнянь (1)—(3) отримаємо
z
dxmg n x
dt
.
Кінцеве рівняння руху ПГ з урахуванням
інерційної сили
2
2i
d xF m
dt
= матиме вигляд
Рис. 1. Конструкція п’єзоелектричного гравіметра: 1 —
п’єзоелектричний елемент; 2 — ізолятори; 3 — інерційна
маса; 4 — основа; 5 — герметичний корпус; 6 — гвинт;
7 — вивідний кабель.
Рис. 2. Коливальна система п’єзоелектричного гравіметра.
ВИСОКОТОЧНИЙ П’ЄЗОЕЛЕКТРИЧНИЙ ГРАВІМЕТР АВТОМАТИЗОВАНОЇ АВІАЦІЙНОЇ...
Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 141
2
2 z
d x dxm n x mg
dtdt
.
Через інерційність конструкції ПГ двома
першими складовими у подальшому нехтува-
тимемо. Запишемо рівняння руху ПГ за умов
установки на Землі:
zg x
m
.
За умов установки ПГ на ЛА складову
2
2
d xm
dtтреба враховувати.
Розглянемо рівняння руху автоматизо-
ваної АГС для визначення аномалії приско-
рення сили тяжіння Δg [Безвесільна, 2007;
Безвесильная, Ткачук, 2014]:
2 2
2 sin1 2 1 2cos 1
2z
v kg f e
r
2 sin cos 2 cos sin 2ev k h v k
r
2 202 cos
h
h h
r
,
де fz — вихідний сигнал ПГ; v — швидкість ЛА;
r — радіус місцезнаходження ЛА; — стиск
еліпсоїда; ϕ — географічна широта; k — курс
ЛА; ω — кутова швидкість обертання Землі;
h — висота ЛА над еліпсоїдом; h — вертикаль-
на швидкість ЛА; h — вертикальне прискорен-
ня ЛА; γ0 — довідкове значення прискорення
сили тяжіння.
Запишемо рівняння руху АГС у вигляді
0z ,
де fz — вихідний сигнал гравіметра АГС;
2 2
2 sin1 2 1 2cos 1
2
v kE e
r
2 sin cos 2 cos sin 2ev k h v k
r
— поправка Етвеша;
2 202 cos
h
r
— поправка за висоту; 0 0 (1+0,0052884sin2ϕ–
–0,0000059sin22ϕ) — довідкове значення приско-
рення сили тяжіння; 0 =9,78049 м/с2 — довід-
кове екваторіальне значення прискорення
сили тяжіння.
Вихідний сигнал гравіметра АГС після об-
числення і введення поправок E, A та 0можна
записати у вигляді
z z hT f g ,
де h — похибка від впливу вертикального при-
скорення ЛА.
У публікаціях [Безвесільна, 2007; Безвесіль-
на, Коваль, 2013] наведено аналітичні вирази
спектральних щільностей корисного сигналу
( )gG і вертикального прискорення ЛА ( )hG
та побудовано їх графіки (рис. 3).
Із рис. 3 видно, що за частот, менших за
0,1 рад/с, система літак—автопілот суттєво
зменшує ефекти впливу вертикального при-
Рис. 3. Графік спектральної густини корисного сиг-
налу (2) і вертикального прискорення ЛА (1)
скорення; за частот понад 0,1 рад/с спектраль-
на густина вертикального прискорення прямує
до нескінченності. Тому необхідно забезпечи-
ти процес фільтрації вихідного сигналу ПГ із
частотою 0,1 рад/с. Найпоширенішим методом
конструктивної реалізації цього процесу у відо-
мих гравіметрів є використання низькочастот-
них фільтрів із частотою зрізу 0,1 рад/с. Однак
за умов, за якими передбачена експлуатація
ПГ, робота електронних компонентів фільтра
стає нестабільною, що змінює його частоту
зрізу. Зрештою фільтр починає пропускати
завади на вихід ПГ або не пропускати части-
ну корисного сигналу взагалі. Тому наявність
фільтра низьких частот як окремого блока у
складі гравіметра суттєво зменшує насамперед
надійність приладу та точність.
О. М. БЕЗВЕСІЛЬНА, А. Г. ТКАЧУК, М. А. ВОЙЦИЦЬКИЙ
142 Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015
Запропоновано спосіб фільтрації вихідно-
го сигналу ПГ за рахунок створення чутливого
елемента нового гравіметра автоматизованої
АГС у вигляді п’єзопакета, частота власних ко-
ливань 0 якого дорівнює найбільшій частоті
гравітаційних прискорень, що може бути ви-
міряна на фоні перешкод, — 0,1 рад/с:
0
n ns E
h m
,
де m — вага інерційної маси; s , E і h — пло-
ща, модуль пружності матеріалу і висота
п’єзоелемента відповідно.
Саме за допомогою низькочастотної філь-
трації з частотою зрізу 0,1 рад/с можна відо-
кремлювати gz від h із точністю 1 мГал. При
цьому у вихідному сигналі ПГ також усува-
ються інші компоненти збурень, переважна
частота яких більша за 0,1 рад/с. До таких збу-
рень належать поступальні віброприскорення,
переважна частота яких 3140 рад/с; кутові ві-
броприскорення, переважна частота яких по-
над 0,1 рад/с [Пат. 105949..., Bezvesilnaya et al.,
2013b, 2014].
Перспективи подальшого підвищення точ-
ності та швидкодії нового п’єзоелектричного
гравіметра автоматизованої АГС. Чутливий
елемент нового ПГ [Пат. 99084..., 2012], як уже
зазначалось, є одноканальним і виконаний у
вигляді набору п’єзопластин. Частота влас-
них коливань чутливого елемента дорівнює
0,1 рад/с. При цьому п’єзопластини ПГ вико-
нують функції чутливого елемента та фільтра
низьких частот одночасно, відокремлюючи
корисний сигнал прискорення сили тяжіння
від високочастотних завад (переважно це вер-
тикальне прискорення ЛА). Однак конструк-
ція нового ПГ не передбачає компенсацію
інструментальних похибок від впливу зміни
температури, вологості та тиску зовнішнього
середовища, що є значними за екстремальних
умов, якими характеризуються гравіметричні
вимірювання на ЛА.
Тому для компенсації інструментальних
похибок запропоновано зробити новий ПГ
двоканальним. Для цього чутливий елемент
виконано з двома каналами, в кожному з яких
установлено по одному п’єзоелементу. П’єзо-
елементи обох каналів є ідентичними і вико-
нані у вигляді п’єзопластин та інерційної маси,
що закріплені один на одному. П’єзоелемент 3
одного каналу розташовано п’єзопластинами
вниз, а п’єзоелемент 4 іншого каналу —
п’єзопластинами вгору. Виходи п’єзопластин
обох каналів з’єднані з входами суматора 5, ви-
хід якого з’єднаний із входом пристрою 2 об-
числення вихідного сигналу гравіметра (рис. 4).
Двоканальний ПГ працює у такий спосіб. На
п’єзоелементи обох каналів діє прискорення
сили тяжіння gz, вертикальне прискорення h
ЛА та інструментальні похибки Δi від впливу
Рис. 4. Структурна схема двоканального п’єзоелектричного гравіметра.
ВИСОКОТОЧНИЙ П’ЄЗОЕЛЕКТРИЧНИЙ ГРАВІМЕТР АВТОМАТИЗОВАНОЇ АВІАЦІЙНОЇ...
Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015 143
залишкової неідентичності конструкцій од-
накових п’єзопластин і мас, від впливу зміни
температури, вологості і тиску зовнішнього
середовища. Якщо спроектувати всі ці впливи
на вимірювальну вісь Oz ПГ і врахувати те, що
п’єзоелемент 3 одного каналу працює на стис-
нення, а п’єзоелемент 4 іншого каналу — на
розтяг, то отримаємо
( )1 zu k mg mh i ;
( )2 zu k mg m h i ,
де u1 — вихідний електричний сигнал
п’єзопластин одного каналу; u2 — вихідний
електричний сигнал п’єзопластин іншого кана-
лу; m — вага інерційної маси у кожному каналі;
k — п’єзоелектрична стала.
Вихідні електричні сигнали u1 та u2 п’єзо-
пластин обох каналів підсумовуваються у су-
маторі 5:
1 2 2 zu u u kmg= + = ,
де u — вихідний сигнал суматора 5.
Вихідний сигнал u суматора 5 подається у
пристрій 2 обчислення вихідного сигналу граві-
метра, де він обчислюється за певний інтервал
часу. У кінцевому результаті отримуємо вихід-
ний сигнал пристрою 2 обчислення вихідно-
го сигналу ПГ, який містить подвоєний сигнал
прискорення сили тяжіння. У ньому повністю
відсутні такі похибки вимірювань, які спричи-
нені впливом вертикального прискорення h та
інструментальних похибок Δi. Отже, точність
двоканального ПГ буде значно вищою.
Висновки. Розглянуто новий п’єзоелектрич-
ний гравіметр автоматизованої АГС, який має
більші точність (1 мГал) та швидкодію (повніс-
тю автоматизований), ніж відомі на сьогодні.
Описано принцип дії п’єзоелектричного гра-
віметра та виведено його математичну мо-
дель. Підбором конструктивних параметрів
чутливого елемента п’єзоелектричного граві-
метра можна встановити його власну частоту
0,1 рад/с і уникнути необхідності використо-
вувати фільтр низьких частот у складі авто-
матизованої АГС. Проаналізовано перспек-
тиви подальшого підвищення точності нового
п’єзоелектричного гравіметра шляхом реаліза-
ції процесу компенсації інструментальних по-
хибок від впливу зміни температури, вологості
та тиску зовнішнього середовища, значного за
екстремальних умов, якими характеризуються
гравіметричні вимірювання на ЛА.
Список літератури
Безвесільна О. М. Авіаційні гравіметричні системи
та гравіметри. Житомир: ЖДТУ, 2007. 604 с.
Безвесильная Е. Н., Ткачук А. Г. Авиационная гра-
виметрическая система. Сборка в машинострое-
нии, приборостроении. 2014. № 6. С. 32—37.
Безвесільна О. М., Ткачук А. Г. П’єзоелектричний
гравіметр авіаційної гравіметричної системи.
Житомир: ЖДТУ, 2013. 240 с.
Безвесільна О. М., Коваль А. В. Двогіроскопний граві-
метр автоматизованої авіаційної гравіметричної
системи. Житомир: ЖДТУ, 2013. 252 с.
Безвесільна О. М., Остапчук O. O., Тимчик Г. С. Ав-
томатизований лазерний балістичний гравіметр.
Житомир: ЖДТУ, 2014. 180 с.
Веселов К. Е. Гравиметрическая разведка. Москва:
Недра, 1968. 512 с.
Пат. 99084 Україна. П’єзогравіметр. О. М. Безве-
сільна, А. Г. Ткачук. Опубл. 10.07.2012, Бюл. № 13.
Пат. 105949 Україна. Авіаційна гравіметрична сис-
тема для вимірювань аномалій прискорення сили
тяжіння. О. М. Безвесільна, А. Г. Ткачук. Опубл.
10.07.2014, Бюл. № 13.
Bezvesilna О. М., Tkachuk A. G., 2014. Corrected
gyrocompass synthesis as a system with changeable
structure for aviation gravimetric system with
piezoelectric gravimeter. Aviation (18), 134—140.
doi:10.3846/16487788.2014.969878.
Bezvesilna О. М., Tkachuk A. G., Chepyuk L. O.,
Ostapchuk O. O., 2013a. Angle measurement device
for posting the sensitivity axis of aviation gravime-
ter. Adv. Sci. J. (12), 31—37.
Bezvesilna О. М., Tkachuk A. G., Kozko K. S., 2013b.
System for airborne gravimetry. Eur. Appl. Sci. J.
(5), 37—40.
Bezvesilna О. М., Tkachuk A. G., Chepyuk L. O.,
Ostapchuk O. O., 2014. Electromechanical
gravimeter. Adv. Sci. J. (7), 45—48, doi: 10.15550/
ASJ.2014.07.045.
О. М. БЕЗВЕСІЛЬНА, А. Г. ТКАЧУК, М. А. ВОЙЦИЦЬКИЙ
144 Геофизический журнал № 4, Т. 37, 2015
Bezvesilna O. N., 2007. Aviation gravimetric systems and
gravimeters. Zhytomyr: ZSTU, 604 p. (in Ukrainian).
Bezvesilnaya Е. N., Tkachuk A. G., 2014. Аviation gra-
vimetric system. Sborka v mashinostroenii, pribo-
rostroenii (6), 32—37 (in Russian).
Bezvesilna O. M., Tkachuk A. G., 2013. Piezoelectric gra-
vimeter of aviation gravimetric system. Zhytomyr:
ZSTU, 240 p. (in Ukrainian).
Bezvesilna O. M., Koval A. V., 2013. Twogyro gravimeter
of automated aviation gravimetric system. Zhyto-
myr: ZSTU, 252 p. (in Ukrainian).
Bezvesilna O. M., Ostapchuk O. O., Tymchyk G. S., 2014.
Automated laser ballistic gravimeter. Zhytomyr:
ZSTU, 180 p. (in Ukrainian).
Veselov K. E., 1968. Gravimetric exploration. Moscow:
Nedra, 512 p. (in Russian).
Pat. 99084 Ukraine, 2012. Piezogravimeter. O. M. Bez-
vesilna, A. G. Tkachuk. Published 10.07.2012. Bull.
№ 13 (in Ukrainian).
High-precision piezoelectric gravimeter of automated
aviation gravimetric system for measurements
of anomalies of gravity acceleration
© E. N. Bezvesilna, A. G. Tkachuk, M. A. Voytsitskiy, 2015
A new piezoelectric gravimeter of automated aviation gravimetric system (AGS), which has higher ac-
curacy (1 mGal) and speed (fully automated) than known to date, is considered in this article. The principle
of work of the piezoelectric gravimeter based on the physical phenomenon of direct piezoelectric effect
is described and its mathematical model is derived. It has been established that by choosing the design
parameters of the piezoelectric sensing element of piezoelectric gravimeter we can set its own frequency
of 0.1 rad/s and avoid the need for a low-pass filter in automated AGS. The prospects for further improving
the accuracy of a new piezoelectric gravimeter are analyzed.
Key words: piezoelectric gravimeter, aviation gravimetric system, gravity acceleration, piezoelectric
effect, sensor element.
References
Pat. 105949 Ukraine, 2014. Aviation Gravimetric system
for measuring the gravity anomalies. O. M. Bezvesil-
na, A. G. Tkachuk. Published 10.07.2014. Bull. № 13
(in Ukrainian).
Bezvesilna O. M., Tkachuk A. G., 2014. Corrected gy-
rocompass synthesis as a system with changeable
structure for aviation gravimetric system with piezo-
electric gravimeter. Aviation (18), 134—140. doi:10.
3846/16487788.2014.969878.
Bezvesilna O. M., Tkachuk A. G., Chepyuk L. O., Ostap-
chuk O. O., 2013a. Angle measurement device for
posting the sensitivity axis of aviation gravimeter.
Adv. Sci. J. (12), 31—37.
Bezvesilna O. M., Tkachuk A. G., Kozko K. S., 2013b.
System for airborne gravimetry. Eur. Appl. Sci. J.
(5), 37—40.
Bezvesilna O. M., Tkachuk A. G., Chepyuk L. O., Ostap-
chuk O. O., 2014. Electromechanical gravimeter. Adv.
Sci. J. (7), 45—48, doi: 10.15550/ASJ.2014.07.045.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-103705 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0203-3100 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-07T13:32:55Z |
| publishDate | 2015 |
| publisher | Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Безвесільна, О.М. Ткачук, А.Г. Войцицький, М.А. 2016-06-23T07:13:16Z 2016-06-23T07:13:16Z 2015 Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння / О.М. Безвесільна, А.Г. Ткачук, М.А. Войцицький // Геофизический журнал. — 2015. — Т. 37, № 4. — С. 139-144. — Бібліогр.: 12 назв. — укр. 0203-3100 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103705 621.317: 550.34.038.8 Рассмотрен новый пьезоэлектрический гравиметр автоматизированной авиационной гравиметрической системы (АГС), точность (1 мГал) и быстродействие (полностью автоматизированный) которого выше известных в настоящее время. Описан принцип действия пьезоэлектрического гравиметра, основанный на физическом явлении прямого пьезоэффекта, и выведена его математическая модель. Показано, что путем подбора конструктивных параметров чувствительного элемента пьезоэлектрического гравиметра можно установить его собственную частоту 0,1 рад/с и избежать необходимости использовать фильтр низких частот в составе автоматизированной АГС. Проанализированы перспективы дальнейшего повышения точности нового пьезоэлектрического гравиметра. A new piezoelectric gravimeter of automated aviation gravimetric system (AGS), which has higher accuracy (1 mGal) and speed (fully automated) than known to date, is considered in this article. The principle of work of the piezoelectric gravimeter based on the physical phenomenon of direct piezoelectric effect is described and its mathematical model is derived. It has been established that by choosing the design parameters of the piezoelectric sensing element of piezoelectric gravimeter we can set its own frequency of 0.1 rad/s and avoid the need for a low-pass filter in automated AGS. The prospects for further improving the accuracy of a new piezoelectric gravimeter are analyzed. uk Інститут геофізики ім. С.I. Субботіна НАН України Геофизический журнал Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння Высокоточный пьезоэлектрический гравиметр автоматизированной авиационной гравиметрической системы для измерений аномалий ускорения силы тяжести High-precision piezoelectric gravimeter of automated aviation gravimetric system for measurements of anomalies of gravity acceleration Article published earlier |
| spellingShingle | Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння Безвесільна, О.М. Ткачук, А.Г. Войцицький, М.А. |
| title | Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння |
| title_alt | Высокоточный пьезоэлектрический гравиметр автоматизированной авиационной гравиметрической системы для измерений аномалий ускорения силы тяжести High-precision piezoelectric gravimeter of automated aviation gravimetric system for measurements of anomalies of gravity acceleration |
| title_full | Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння |
| title_fullStr | Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння |
| title_full_unstemmed | Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння |
| title_short | Високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння |
| title_sort | високоточний п’єзоелектричний гравіметр автоматизованої авіаційної гравіметричної системи для вимірювань аномалій прискорення сили тяжіння |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/103705 |
| work_keys_str_mv | AT bezvesílʹnaom visokotočniipêzoelektričniigravímetravtomatizovanoíavíacíinoígravímetričnoísistemidlâvimírûvanʹanomalíipriskorennâsilitâžínnâ AT tkačukag visokotočniipêzoelektričniigravímetravtomatizovanoíavíacíinoígravímetričnoísistemidlâvimírûvanʹanomalíipriskorennâsilitâžínnâ AT voicicʹkiima visokotočniipêzoelektričniigravímetravtomatizovanoíavíacíinoígravímetričnoísistemidlâvimírûvanʹanomalíipriskorennâsilitâžínnâ AT bezvesílʹnaom vysokotočnyipʹezoélektričeskiigravimetravtomatizirovannoiaviacionnoigravimetričeskoisistemydlâizmereniianomaliiuskoreniâsilytâžesti AT tkačukag vysokotočnyipʹezoélektričeskiigravimetravtomatizirovannoiaviacionnoigravimetričeskoisistemydlâizmereniianomaliiuskoreniâsilytâžesti AT voicicʹkiima vysokotočnyipʹezoélektričeskiigravimetravtomatizirovannoiaviacionnoigravimetričeskoisistemydlâizmereniianomaliiuskoreniâsilytâžesti AT bezvesílʹnaom highprecisionpiezoelectricgravimeterofautomatedaviationgravimetricsystemformeasurementsofanomaliesofgravityacceleration AT tkačukag highprecisionpiezoelectricgravimeterofautomatedaviationgravimetricsystemformeasurementsofanomaliesofgravityacceleration AT voicicʹkiima highprecisionpiezoelectricgravimeterofautomatedaviationgravimetricsystemformeasurementsofanomaliesofgravityacceleration |