Градиентометр ГРБМ-2

19.01.2017

1. Назначение и краткая техническая характеристика прибора. Градиентометр ГРБМ-2 предназначен для измерения горизонтальных составляющих Wxz и Wyz градиента силы тяжести с точностью 5—6 Е. Время наблюдения на одной точке 12 мин. Вес прибора без упаковки 33 кг.
Градиентометр ГРБМ-2 применяют совместно с нивелирным комплектом ВИТР, обеспечивающим высокую скорость учета влияния рельефа на результаты измерений.
2. Устройство прибора. Крутильная система градиентометра представляет собой Z-образное коромысло с плечами длиной по 0,5 см каждое (рис. 18). Грузики 4 прикреплены к коромыслу 1 — один с его левой стороны, другой — с правой. Коромысло подвешено на тонкой вольфрамовой нити 2, один конец которой прикреплен к крутильной головке 3, а другой крепится в середине трубки рычага, несколько выше центра тяжести системы (ЦТ). Положение коромысла в неоднородном гравитационном поле фиксируется при помощи зеркала 5. Для быстрейшего успокоения системы со стороны грузиков есть фигурные демпферные пластины.
Градиентометр ГРБМ-2

В градиентометре имеются четыре описанные выше крутильные системы, повернутые одна относительно другой на 90°. Каждая из них находится в своей герметической камере, а все камеры собраны в одном дюралевом корпусе.
Нижние части крутильных головок имеют конические выступы для арретирования систем. Пружины, расположенные у нижних концов коромысел, при арретировании поднимают коромысла и прижимают их к коническим выступам крутильных головок. Этим самым обеспечивается надежное закрепление систем при транспортировке. Арретирующее устройство для всех четырех систем одно. При работе с прибором оператор переводит прибор из азимута и азимут, включает осветители на короткое время и берет отсчет по четырем шкалам, видимым в зрительной трубе.
Градиентометр ГРБМ-2

Оптическая система градиентометра показана на рис. 19. Лучи света от лампы 1 проходят через конденсор 2, светофильтр 3 и узким ярким пучком попадают на призму 4. На призме нанесены три тонкие параллельные риски, увеличенное изображение которых видно в окуляре после того, как оно пройдет сложный путь через систему линз и призм. После двукратного преломления в призме 4 световой пучок, пройдя через нижнюю призму 5, направляется в главный объектив 6. Из объектива он в виде параллельных лучей падает на подвижное зеркало 7 коромысла, отразившись от которого возвращается в объектив 6 и призму 5. После вторичного преломления в призме 5 световой пучок направляется расходящимися лучами в призму 8, преломляется в ней, после чего попадает в объектив 9 зрительной трубы. Из объектива 9 он выходит в виде параллельных лучей, преломляется в призмах 10 и 11, а затем попадает в объектив 12 зрительной трубы. После объектива 12 световой пучок падает на призму 13, смещающую его к оси зрительной трубы, затем направляется к окуляру 15.
В фокусе окуляра находится сетка 14, называемая коллиматором, с четырьмя шкалами. Шкалы сетки разбиты на 200 делений каждая. На каждой шкале видно изображение трех рисок, нанесенных на соответствующей призме 4. Это и есть подвижный индекс, при помощи которого оператор берет отсчет по шкале. Положение индекса в приборе меняется в соответствии с изменением положения зеркала 7, жестко скрепленного с коромыслом крутильной системы.
В приборе имеются четыре описанные выше оптические системы, зрительная труба одна.
Градиентометр состоит из трех основных частей: собственно градиентометра, колонки и сферического диска (рис. 20).
Градиентометр ГРБМ-2

Сферический диск 5 служит подставкой под колонку и придает прибору устойчивость. Колонка предназначена для установки градиентометра в вертикальном положении, вращения его по азимуту и ориентирования в заданном направлении. Она состоит из основания 4, столика 8, азимутального диска (под столиком), нивелировочных винтов 7. Столик вместе с прибором вращается вокруг оси. Поворот прибора фиксируется азимутальным диском через каждые 90°.
С этой целью на поверхности диска имеются четыре гнезда, расположенные по окружности через 90°, а в специальном углублении столика — шарик, прижимаемый к плоскости диска пружиной. Когда прибор вращается, шарик заскакивает в соответствующие углубления и через каждые 90° поворота затормаживает прибор.
Собственно градиентометр состоит из защитного кожуха 3 и крышки 2. В защитном кожухе расположены корпус градиентометра, вмещающий четыре крутильные системы, и все элементы оптической системы. На кожухе имеются рукоятка арретира, ручка 10 для переноса прибора, окна 9, открывающие доступ к некоторым элементам оптической системы при ее регулировке, штепсельный разъем для подключения аккумуляторов с целью питания осветителей. На крышке 2 установлена труба 1 окуляра для наблюдения за положением подвижного индекса на шкале, гнездо 6 для установки буссоли при ориентировании прибора и окна 11 для наблюдения за положением уровней при нивелировании градиентометра. В качестве осветителей в приборе применяются четыре параллельно соединенные лампы, питаемые от аккумулятора напряжением 6,3 в.
3. Порядок работы с прибором на точке наблюдения. Работу с градиентометром на точке наблюдения проводят в следующем порядке.
1. На землю при твердом грунте ставят сферический диск симметрично колышку, обозначающему точку. Если грунт неустойчивый (болотистый), диск устанавливают на три кол, которые предварительно забивают по специальному шаблону так, чтобы их выступающие концы были в одной горизонтальной плоскости.
2. На сферический диск ставят колонку, которую грубо нивелируют по круглому уровню столика.
3. На столик в соответствии с имеющимися па нем направляющими штифтами устанавливают градиентометр.
4. Столик колонки сцепляют с азимутальным диском в любом из фиксируемых положений (0; 90; 180; 270°).
5. Прибор вместе со столиком и азимутальным диском ориентируют по заданному направлению при помощи буссоли или визируют на веху. По окончании ориентировки азимутальный диск застопоривают. Таким образом прибор оказывается ориентированным в азимуте 0°.
6. Включают осветители и нивелируют прибор по уровням с точностью 0,5 деления. При нивелировке сначала выводят в среднее положение пузырьки уровней, расположенных слева от зрительной трубы. Затем прибор поворачивают на 180° и проверяют местоположение пузырьков второй пары уровней. Пузырьки должны находиться в центрах ампул с точностью 0,5 деления. По окончании нивелировки прибор устанавливают в азимуте 0° и выключают свет.
7. Крутильные системы дезарретируют осторожным поворотом ручки арретира. В журнале записывают время начала успокоения систем.
8. Через 2,5—3 мин после дезарретирования крутильных систем включают свет и при установке индексов на всех шкалах в неподвижное положение записывают показания всех четырех систем последовательно сверху вниз с точностью 0,5 деления.
9. Прибор поворачивают в противоположный азимут при двухазимутальном цикле и наблюдения повторяют. Если наблюдения проводят по четырехазимутальной системе, отсчеты берут попарно в двух противоположных азимутах (0-180°, 90-270°).
10. Записав отсчеты в журнал, сразу же вычисляют вторые производные потенциала силы тяжести и оценивают качество наблюдения по сходимости значений одного и того же градиента. Разница в значениях вторых производных не должна превышать 20 Е.
11. При удовлетворительных результатах крутильные системы арретируют, аккумулятор отключают, и прибор переносят на следующую точку наблюдения.
Если получена недопустимая разница в отсчетах, оператор проверяет нивелировку прибора и повторяет наблюдение.
Оператор должен твердо помнить, что снимать прибор с колонки в дезарретированном состоянии категорически запрещается, так как это ведет к обрыву нитей и выходу прибора из строя.
4. Вычисление вторых производных потенциала силы тяжести. Вторые производные вычисляют по формулам
Градиентометр ГРБМ-2

где I, II, III, IV — номера крутильных систем; n0°, n90°, n180°, n270° — от счет по шкале данной крутильной системы в соответствующем азимуте; С1, С2, C3, C4 — цена деления соответственно для каждой крутильной системы; цена деления указывается в паспорте прибора и составляет около 8 E/дел.
При вычислениях вторых производных потенциала силы тяжести целесообразно пользоваться табл. 10.
Градиентометр ГРБМ-2

При наблюдениях в двух азимутах получают по два значения Wzx и Wyz; наблюдения в четырех азимутах дают по четыре значения Wxz и Wyz. Из полученных величин обычно вычисляют средние.
В средние значения вторых производных Wzxcp и Wzyср вводят топографическую поправку (Wzx)т, (Wzy)т и поправку за нормальное поле (Wzx)п, (Wzy)п. Топографическую поправку определяют при помощи нивелирного комплекта BH TP.
Поправка за нормальное поле зависит от географической широты φ района работ и от направления ориентировки оси х прибора относительно направления магнитного меридиана А. Направление оси х прибора лежит в плоскости первого коромысла. При ориентировках оси х прибора по направлению магнитного меридиана, т. е. когда ось х направлена на юг, а ось у на запад, величину поправки (Wzx)п можно взять из табл. 11.
Если ориентировка оси х не совпадает с направлением магнитного меридиана, то поправки вычисляют по формулам
(Wzx)' = (Wzx)n cos α, (Wzy)' = -(Wzy)n sin α,

где α — угол между магнитным меридианом А и осью х прибора, отсчитываемый по часовой стрелке от южного направления меридиана; (Wzx)', (Wzy)' — нормальные значения для данных φ и α; (Wzx)п и (Wzy)п — нормальные значения при ориентировке оси х на юг.
Градиентометр ГРБМ-2

Предположим, тачка наблюдения 1, рассмотренная выше, находится на широте 48°, следовательно, поправка за нормальное действие земного сфероида в производную (Wzx)n этой точки будет — 8,1 E, a (Wzy)п = 0.
Топографическую поправку и поправку за нормальное действие земного сфероида алгебраически вычитают. В результате получают аномальные значения вторых производных потенциала силы тяжести.
5. Графическое изображение результатов наблюдения. Результаты наблюдений представляют в виде векторов ∂g/∂S (S — направление профиля) по профилям (рис. 21,6).
Вектор ∂g/∂S строят следующим образом. Величины Wzxa откладывают с учетом знака по оси х, положительный конец которой направлен на юг; значения Wzy откладывают по оси у, положительный конец которой направлен на запад (см. рис. 21, а) Вектор ∂g/∂S является геометрической суммой этих векторов. Например, для точки 1 (см. рис. 21, а) со значениями Wzxa = 30 E и Wzya = -40 E суммарный вектор ∂g/∂S будет иметь величину 50 E и направление, указанные на рисунке.
Обычно масштаб построения векторов принимают 10; 20 и 40 Е/см. Векторы ∂g/∂S выносят по профилю тушью, а построения этих векторов, выполняемые карандашом, опускают.
Градиентометр ГРБМ-2

6. Нивелирный комплект ВИТР. Нивелирный комплект ВИТР (Всесоюзного института техники разведки) предназначен для ускоренного учета влияния дневного рельефа при проведении работ с градиентометром ГРБМ-2. Точность учета влияния топографической поправки на показания градиентометра составляет 3—4 Е. Время наблюдений при работе по четырем лучам 3,5 мин, при работе по восьми лучам 6,5 мин.
В нивелирный комплект входят диоптрический нивелир, специальная нивелирная рейка и шнур.
Диоптрический нивелир состоит из диоптрической трубы 1 (рис. 22), лимба 2, стержня 3 с грузом 8, карданова подвеса 5, треноги 6.
Диоптрическая труба имеет со стороны наблюдателя горизонтальную щель (глазной диоптр), а с противоположной стороны горизонтальную нить (предметный диоптр). Глазной и предметный диоптры автоматически устанавливаются на точке наблюдения в горизонтальное положение благодаря кардановому подвесу 5.
Градиентометр ГРБМ-2

Визирная ось поворачивается на неподвижном лимбе 2 через 45° (при наблюдениях по восьми лучам) или через 90° (при наблюдениях по четырем лучам). Лимб может вращаться, если отпустить стопорный винт 4. Лимб вместе с трубой вращают при установке трубы в заданное первоначальное положение. Для облегчения установки прибора по заданному направлению на верхней образующей трубы имеются прицельная колодка и мушка. Лимб стопорится после того, как визирная ось установлена по заданному направлению. Последовательное изменение направления визирования на 45 или 90° достигается поворотом диоптрической трубы на лимбе.
Стержень 3 может передвигаться в вертикальном направлении, благодаря чему визирная ось трубы на точке наблюдения совмещается с нулевым отсчетом по рейке. Стержень закрепляется стопорным винтом 7.
Нивелирная рейка имеет пять шкал, рассчитанных по определенным формулам (при σ = 1,6 г/см2), позволяющих без каких-либо вычислений получить отсчеты в этвешах. Топографическая поправка определяется в радиусе 5,7 м по четырем или восьми лучам.
По каждому лучу рейка выставляется на расстояниях l = 0,9; 1,5; 2,1; 3,9 и 5,7 м от точки наблюдения. В каждом положении рейки отсчет берется по соответствующей шкале. Цена деления на первой шкале 2 Е, на остальных 1 Е. Три первые шкалы, соответствующие расстояниям 0,9; 1,5 и 2,1 м, нанесены на одной стороне рейки, две другие — на другой. Нулевые линии всех шкал находятся на одной высоте от основания рейки. Деления шкал, идущие вниз от нулевой линии, окрашены в красный цвет, а деления, идущие вверх, — в черный (сами цифры красные). Отсчеты по красным делениям берутся со знаком «плюс», по черным — со знаком «минус».
Шнур имеет пять маркированных узлов в местах постановки рейки и две петли на концах. Петля на одном конце служит для надевания на колышек пикета, на другом — для натяжения и перемещения шнура.
Градиентометр ГРБМ-2

Бригада по нивелировке звездочек состоит из нивелировщика и одного рабочего. Она выполняет следующие операции.
1. Нивелировщик устанавливает нивелир над точкой наблюдения так, чтобы груз находился над колышком. Рабочий надевает на колышек соответствующий конец шнура.
2. Рабочий ставит рейку вертикально возле нивелира, чтобы она касалась края лимба.
3. Нивелировщик устанавливает стержень нивелира по высоте так, чтобы визирная линия трубы находилась против нуля рейки, и закрепляет стержень в этом положении.
4. Вращая лимб вместе с трубой, нивелировщик устанавливает трубу при помощи визирного приспособления по заданному первоначальному положению (например, по направлению магнитного меридиана), после чего лимб закрепляет стопорным винтом. Рабочий натягивает шнур вдоль первоначального направления.
5. Рабочий ставит рейку вертикально у последней марки на шнуре (5,7 м) той стороной к нивелиру, на которой две шкалы.
6. Нивелировщик берет отсчет на соответствующей шкале и записывает его в журнал.
Рабочий переходит на следующую марку шнура. Действия нивелировщика и рабочего повторяются на всех последующих точках стояния рейки по лучу, причем на третьей, второй и первой марках рабочий выставляет рейку той стороной, где нанесены три шкалы.
7. После отработки луча нивелировщик поворачивает на лимбе диоптрическую трубу в следующий азимут и направляет рабочего по следующему лучу.
8. После отработки всей звездочки нивелировщик переносит на следующую точку нивелир, а рабочий — рейку и шнур.
Величину топографических поправок при нивелировке по четырем лучам вычисляют по формулам
Градиентометр ГРБМ-2

где σ — плотность поверхностных отложений; S0°, S90°, S180°, S270° — суммы отсчетов по рейке на точках лучей 0; 90; 180 и 270°.
Пример вычисления топографической поправки приведен в табл. 12.
Градиентометр ГРБМ-2