УДК 62

ИЗОБРЕТЕНИЯ И УСТРОЙСТВА ВОЗМОЖНЫХ РАЗЛИЧНЫХ НАЗНАЧЕНИЙ С ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ

Комаров С.Г.
пенсионер
независимый исследователь, электромеханик

Аннотация
Представлены для ознакомления читателем краткие описания сущности трёх изобретений с их принципиальными схемами на чертежах, которые имели ограничения в публикации. С использованием этих изобретений могут быть спроектированы и изготовлены устройства различного назначения, в том числе, сейсмоприёмники с записью сейсмограмм, гравиметры и приёмники – самописцы электромагнитного излучения, возникающего при динамической деформации горных пород и, вообще, при деформации любых тел, и т. д. Рассматривается возможность построения приёмника гравитационных волн, в том числе, с использованием особой мостовой измерительной цепи с полупроводниковыми антиферромагнетиками с Z-образной характеристикой. При проектировании новых устройств рекомендуется пользоваться копиями описаний изобретений. (См. Источники информации, пункты 1 – 3).

Ключевые слова: гравиметры, изобретения, приёмники – самописцы, сейсмоприёмники с записью сейсмограмм


INVENTIONS AND DEVICES POSSIBLE DIFFERENT APPOINTMENTS WITH THEIR USE

Komarov S.G.
retired
independent researcher, electrician

Abstract
This article is about inventions and devices possible different appointments with their use.

Библиографическая ссылка на статью:
Комаров С.Г. Изобретения и устройства возможных различных назначений с их использованием // Современная техника и технологии. 2013. № 2 [Электронный ресурс]. URL: http://technology.snauka.ru/2013/02/1669 (дата обращения: 07.06.2018).

А. Устройство для измерения малых перемещений (изобретение 1) содержит чувствительный элемент, узел крепления и защиты чувствительного элемента от вредных воздействий, узел возбуждения упругих колебаний в чувствительном элементе, дифракционные решётки, первый источник света, приёмник дифрагированного света, узел управления и узел обработки и регистрации информации, которое, кроме того, с целью повышения чувствительности, снабжено вторым источником света и узлом согласования сигналов по амплитуде и фазе, при этом чувствительный элемент состоит из стержня из магнитострикционного материала и двух дифракционных решёток, размещённых на концах этого стержня, узел возбуждения упругих колебаний состоит из обмоток возбуждения, размещённых на стержне чувствительного элемента, и конденсатора переменной ёмкости, образующих колебательный контур, приёмник дифрагированного света состоит из светособирающего узла, расположенного напротив дифракционных решёток, микроканального усилителя интенсивности светового потока, расположенного на выходе светособирающего узла, преобразователя светового потока в электрический сигнал на суммирующей фотоматрице, расположенного на выходе микроканального усилителя интенсивности светового потока, и усилителя тока, соединённого входом с выходом преобразователя светового потока в электрический сигнал, причём усилитель тока соединён через узел согласования сигналов по амплитуде и фазе с источниками пучков света и узлом возбуждения упругих колебаний, а микроканальный усилитель интенсивности светового потока соединён входами с выходами узла управления. Узел управления в устройстве состоит из генератора импульсов тока, формирователя дельта-импульсов, пересчётного устройства, задатчика амплитудных параметров выходных импульсов пересчётного устройства, многоступенчатого токоограничителя на объединённых в группы зарядных и разрядных коммутирующих токоограничителях, ёмкостных накопителей и источника тока, при этом входы установки ступеней токоограничения каждой группы коммутирующих токоограничителей соединены с соответствующими выходами задатчика амплитудных параметров выходных импульсов пересчётного устройства, зарядные коммутирующие токоограничители подключены информационными входами параллельно к источнику тока, а выходами каждый к своему ёмкостному накопителю, разрядные коммутирующие токоограничители и ёмкостные накопители включены в последовательную цепь, одна из сторон которой соединена с общим электродом микроканального усилителя интенсивности светового потока, а другие его электроды соединены с выходами разрядных коммутирующих токоограничителей.

На чертеже представлена схема этого устройства для измерения малых перемещений.


Б. Устройство для измерения малых перемещений (изобретение 2) отличается от первого устройства для измерения малых перемещения (изобретения 1) тем, что, с целью повышения чувствительности, оно снабжено тремя парами электродов обращённых триодов, двумя мостовыми измерительными цепями, вторыми двумя источниками пучков света, двумя преобразователями интенсивности сета в электрический ток, сумматором тока, источником с двумя нагрузочными элементами и обмоткой вторичного возбуждения упругих колебаний, при этом в обращённых триодах три пары электродов – аноды размещены на торцах стержня чувствительного элемента, катоды, эмиттирующие электроны, присоединены к гибким мембранам, а электропроводные сетки присоединены к катодам изолированно и образуют с анодами дифракционные щели, каждый нагрузочный элемент источника тока включен в последовательную цепь с соответствующими ему анодом и сеткой, первая мостовая измерительная цепь соединена входами с выходами нагрузочных элементов, вторые два источника пучков света и преобразователи интенсивности света в электрический ток попарно установлены с противоположных сторон каждой дифракционной щели, вторая мостовая измерительная цепь соединена входами с выходами преобразователей интенсивности света в электрический ток, сумматор тока соединён входами с выходами мостовых измерительных цепей и усилителя тока, а обмотка вторичного возбуждения упругих колебаний размещена на стержне, причём сумматор тока соединён выходом с узлом обработки и регистрации информации и одновременно с узлом согласования сигналов по амплитуде и фазе, соответствующие выходы которого соединены с параллельно включенными анодами и катодами, обмоткой возбуждения упругих колебаний и вторыми двумя источниками пучков света.

На чертеже представлена схема этого устройства для измерения малых перемещений.


В. Мостовая измерительная цепь (изобретение 3) содержит мостовую схему управления, которая состоит из двух управляемых резисторов и двух датчиков электрических сопротивлений, первый управляемый источник тока, включенный в диагональ питания, и измерительный блок, включенный в измерительную диагональ мостовой схемы управления, причём выходы резисторов и датчиков электрических сопротивлений включены соответственно в первой и во второй паре противоположных плеч мостовой схемы управления, при этом выход измерительного блока образует информационный выход мостовой измерительной цепи, а датчики электрических сопротивлений мостовой схемы управления снабжены первым и вторым информационными входами, которые образуют информационные входы мостовой измерительной цепи для величин, выраженных электрическими напряжениями, при этом в мостовую измерительную цепь, с целью расширения диапазона изменения чувствительности в условиях воздействия низких температур и увеличения чувствительности, введены второй управляемый источник тока, датчики электрических сопротивлений, выполненные в виде разомкнутого на одном участке магнитопровода из магнитострикционного материала, на котором размещены первая и вторая обмотки возбуждения, электрический конденсатор, обкладки которого присоединены к магнитопроводу на участке его размыкания, и два магнитных полупроводника из материала – антиферромагнетика с Z-образной характеристикой, которые установлены между обкладками конденсатора, например, путём крепления к одной из обкладок конденсатора, причём первая обмотка возбуждения образует первый информационный вход мостовой измерительной цепи, вторая обмотка возбуждения соединена с выходом второго управляемого источника тока, обкладки конденсатора образуют второй информационный вход мостовой измерительной цепи или второй информационный выход ёмкостного типа, а выходы магнитных полупроводников образуют выходы датчиков электрических сопротивлений.

На чертеже представлена схема мостовой измерительной цепи.


 

Данные изобретения относятся к измерительной технике и могут найти применение в устройствах для измерения малых и сверхмалых амплитуд колебаний – перемещений, усилий, давлений, изменений ускорений свободного падения, скоростей упругих волн в горных породах, электромагнитных излучений, например, возникающих при всякой динамической деформации тел, в том числе, горных пород, – в гравиметрах, скважинных сейсмографах и прочих сейсмоприёмных устройствах, в сверхчутком приборе – в возможном эксперименте по обнаружению гравитационных волн.

В зависимости от выбираемого практического применения устройства оно может быть выполнено в легко определяемых конструктивных упрощениях (или усложнениях) отмеченных выше устройств (изобретений).

Г. Из незаявленных изобретений автора: «Прибор для приёма гравитационных волн».

На чертеже представлена принципиальная схема этого прибора.


В сверхчутком приборе – приёмнике гравитационных волн чувствительный элемент (гравитационная антенна) выполнен в виде протяжённого стержня С с так называемой «гигантской» магнитострикцией, с размещёнными на его оси рассредоточенными массами (пробными массами), упругие свойства которых заменяют пружины, при этом стержень С жёстко прикреплён в своей середине к несвободной массе НМ (системе отсчёта), которая в свою очередь прикреплена к телу ТПЗ на поверхности Земли с помощью системы особых подвесок (на чертеже не показана), гасителей сейсмических помех.

Стержень С, как механический осциллятор, позволяет растянуть во времени длительность собственных колебаний от воздействия импульса гравитационной волны. Ясно также, что необходимо приложить максимум усилий, для того чтобы защитить (изолировать) пробные массы от силовых воздействий негравитационного происхождения (например, акустических, сейсмических, тепловых шумов и электромагнитных излучений).

На одном конце стержня С размещена обмотка О принудительного возбуждения стержня С, питаемая от генератора Г колоколо-образных импульсов, частота которых соответствует всплеску гравитационного излучения длительностью порядка 10-4 с, а максимальная амплитуда электрического импульса генератора Г – максимальному значению магнитного поля в стержне С, соответствующему «рабочей» точке системы снятия и преобразования магнитного поля в электрический сигнал.

Обмотка О также прикреплена к несвободной массе НМ (на чертеже не показано) и предназначена для возбуждения стержня С на основной собственной частоте (в результате отражения импульса деформации и передачи его от одного торца стержня С к другому и наоборот – от второго торца к первому торцу). При этом на стержне С укладывается половина волны звука, так что в середине стержня С образуется узел смещений стоячей волны. Именно это позволяет закрепить стержень С за его середину к несвободной массе НМ. Крепление стержня С должно быть жёстким потому, что при жёстком креплении меньше потери энергии, и при резонансе амплитуда колебаний возрастает. Но она ограничена прочими потерями в стержне С (за счёт внутреннего трения) и минимальной мощностью электрических импульсов генератора Г.

Система снятия с стержня С магнитного поля и преобразования его в электрический сигнал содержит особую мостовую измерительную цепь МЦ, использующую в вакууме при очень низкой температуре (обеспечиваемой гелиевым криостатом ГК) магнитоуправляемые полупроводниковые антиферромагнетики с Z-образной характеристикой – с очень крутым спадом удельного сопротивления (от выбранной «рабочей» точки – порога срабатывания под влиянием очень малого нарастания управляющего магнитного поля стержня С, вызванного гравитационной волной), устанавливаемые вблизи другого торца стержня С и параллельно плоскости торца.

Если гравитационная антенна – магнитострикционный стержень С направлен своей осью перпендикулярно направлению распространения гравитационной волны, то всплеск гравитационного излучения возбуждает в нём дополнительные механические колебания – стержень С сначала немного удлиняется, а затем укорачивается с образованием малого изменения магнитного поля по оси стержня С, наложенного на исходно принудительно образованное магнитное поле.

Мостовая измерительная цепь МЦ содержит, кроме двух магнитоуправляемых антиферромагнетиков – датчиков электрических сопротивлений, ещё и два управляемые магнитным полем магниторезистора, в своей совокупности с датчиками электрических сопротивлений включенные в соответствующих плечах мостовой измерительной цепи МЦ.

Подача управляющих напряжений на обмотки управляемых магниторезисторов (для образования равновесия – баланса моста) производится от системы управления и обеспечения электропитания СУ. Ею также производится подключение источника тока к диагонали питания мостовой измерительной цепи МЦ.

Выходной ток измерительной диагонали мостовой измерительной цепи МЦ подключен через потенциальный малошумящий усилитель электрического тока с очень высоким коэффициентом усиления на вход регистрирующего устройства РУ, производящего запись результатов измерений.

К примеру, если стержень С выполнен из материала, в котором скорость перемещения деформации порядка 5 · 105 см/с, а всплеск гравитационного воздействия по длительности порядка 10-4 с, то длина стержня С определится как произведение этих величин и составит 50 см. А основная собственная частота свободного стержня С составит: 5 · 105 см/с / 2 · 50 см = 5000 (Гц). Это же значение имеет частота генератора Г электрических импульсов.

Особенностями прибора для приёма гравитационных волн являются высокая стабилизация очень низкой температурой изначального удельного сопротивления магнитоуправляемых антиферромагнетиков – датчиков электрических сопротивлений, возможность обеспечения высокой стабилизации источников тока и выходного напряжения генератора Г по частоте и амплитуде, очень крутой возможный спад (крутизна) удельного сопротивления антиферромагнетиков под влиянием внешнего магнитного поля и возможность управлять изменением удельного сопротивления антиферромагнетиков от «рабочей» точки (порога срабатывания) наложением на принудительное возбуждение магнитного поля задаваемой интенсивности и относительно низкой частоты магнитного поля ничтожной мощности, создаваемого гравитационной волной. Чем самым обеспечивается «фантастическая» чувствительность прибора к изменениям исходного магнитного поля.

Таким образом, представлено новое оригинальное техническое решение. Правда, таковым его можно назвать после серьёзной экспертизы и экспериментальной проверки.

Поскольку в данном техническом решении задача обнаружения малой силы (или малого ускорения, что то же самое) сводится к задаче малого механического смещения, то новые заложенные принципы снятия информации с чувствительного элемента следует сравнивать с известной принципиальной схемой ёмкостного датчика и настройкой генератора в ёмкостном датчике.

Это сравнение может быть произведено учёными из лабораторий, производящих исследования «островной» и «озёрной» концентрации электронов проводимости в антиферромагнетиках при фиксированных очень низких температурах, их сравнения по эффективности между собой, в том числе, с учётом стабильного удержания «рабочей» точки на характеристике удельного сопротивления и его изменения под действием магнитного поля, в том числе, с учётом так называемых «кинематического резонанса» и «эффекта памяти», определяющих значение и частоту требующегося исходного принудительного магнитного воздействия на антиферромагнетики.

Известно, что особенно сильно проявляется разница между двумя конфигурациями («островной» и «озёрной») в реакции полупроводникового кристалла – антиферромагнетика на внешнее магнитное поле. В случае «островной» конфигурации это поле делает весь кристалл ферромагнитным, и поэтому исчезает причина сосредоточения электронов в его отдельных областях. В случае «озёрной» конфигурации электроны, запертые в «озёрах», под влиянием магнитного поля разольются по всему кристаллу, и он станет высокопроводящим. В этом случае требуемое изменение управляющего магнитного поля оказывается весьма небольшим, но и начальная электропроводность кристалла значительна, поскольку острова и так не очень мешали проводимости.

Сказанное определяет необходимость подключения учёных из соответствующих лабораторий к оценке чувствительности антиферромагнетиков и изменения их электропроводности под влиянием внешнего магнитного поля, в том числе, вызванного действием гравитационной волны на протяжённый магнитострикционный стержень, создающий управляющее магнитное поле.

Однако, после известного высказывания гипотезы о значительном превышении скорости тяготения над скоростью света, в отношении существования в природе гравитационных волн возникает большое сомнение. Но, работая над созданием гравитационного детектора, учёными разработаны датчики очень малых механических колебаний, которые уже находят практическое применение.

Так, например, если датчик малых механических колебаний повернуть осью чувствительного элемента по радиусу Земли, то возможно измерять очень малые изменения ускорения силы тяжести Земли и колебания поверхности Земли от продольных сейсмических волн, поскольку с возникновением свободного падения, действующего на любые значения масс одинаково, изменяются (уменьшаются) механические напряжения в чувствительном элементе, которые могут фиксироваться записью сейсмограммы.

Смотрите так же: Комаров С. Г., «Прибор для измерения ускорения силы тяжести», http://web.snauka.ru/issues/2012/01/6469. Этот прибор основан на использовании высокочувствительного преобразователя механической напряжённости в протяжённом магнитострикционном стержне (чувствительном элементе) в электрический ток при исходном принудительном возбуждении механической напряжённости в стержне задаваемой интенсивности и частоты для образования «рабочей» точки при снятии информации об изменении магнитной проницаемости материала стержня, вызванной дополнительным физическим воздействием (силой тяжести).

Ещё одним из способов снятия информации с чувствительного элемента, деформируемого гравитационным излучением, является улавливание возникающего при этом электромагнитного излучения. Известно, что если есть деформация, то есть и электромагнитное излучение. В наше время исследователи уже научились улавливать «голос» от механических воздействий ничтожной, фантастически малой мощности – порядка 10-20 Вт.


Библиографический список
  1. Комаров С. Г. Устройство для измерения малых перемещений, Авторское свидетельство СССР за № 1181494, приоритет изобретения 12. 08. 1983 г. (Не подлежит опубликованию в открытой печати).
  2. Комаров С. Г. Устройство для измерения малых перемещений, Авторское свидетельство СССР за № 1299440, приоритет изобретения 05. 03. 1985 г. (Для служебного пользования).
  3. Комаров С. Г. Мостовая измерительная цепь, Авторское свидетельство за № 1658730, приоритет изобретения 20. 04. 1989 г. (Для служебного пользования).
  4. В. Б. Брагинский, А. Г. Полнарёв Удивительная гравитация, Библиотечка «Квант», выпуск 39, с. 104 – 111.
  5. Э. Л. Нагаев Гетерофазная автолокализация и антиферромагнетики, журнал «Наука и жизнь» № 7, 1985 г. М. Издательство «Правда», с. 30 – 32.
  6. С. Семёнов …И вещи заговорили?! Журнал «Юный техник», № 2, февраль 1983 г., с. 16 – 21.


Все статьи автора «Комаров Станислав Григорьевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: