重力梯度仪用石英挠性加速度计伺服线路噪声分析

高分辨率加速度计是重力梯度测量的核心传感器,其中石英挠性加速度计是目前重力梯度测量中主要使用的加速度计,对其噪声性能有严格的要求。为此提出一种新型基于交流恒压激励的差分电容检测原理的石英挠性加速度计低噪声伺服前放电路,在此基础上,结合加速度计表体参数和伺服线路校正参数,研制出完整的伺服线路。在系统工作频率上对伺服系统带来的噪声影响做出定量分析,其对系统的总体噪声影响约为1.0×10-10g/槡Hz(0.5 Hz),可以满足10 E以上分辨率的重力梯度测量需要。     

旋转加速度计重力梯度仪重力梯度信号仿真

在介绍旋转加速度计重力梯度仪仿真系统构成的基础上,依据旋转加速度计重力梯度仪测量原理,给出重力梯度信号仿真方法。信号仿真流程为:由计算机产生加速度计数字输出,经数模转换、模拟信号运算、放大、模数转换和数字解调,得到重力梯度数值。采用这种重力梯度信号仿真方法,可以详细研究旋转加速度计重力梯度仪的信号特征、参数调整、误差补偿以及信号处理方法,为重力梯度仪系统设计研发提供方法指导。     

航空重力梯度试验标度场的建立方法研究

航空重力梯度测量受飞行区气流及飞机加速度等因素的影响,需要选择异常较弱的高度进行补偿飞行。为评价梯度仪测量效果和确定补偿飞行高度,需要建立相应高度的标准梯度场作为参考。笔者研究了利用地面重力数据通过曲面延拓和梯度转换建立标度场的方法,并开展了模型验证。利用该方法建立了吉林—黑龙江某航空重力梯度试验区在精度试验飞行高度和拟补偿飞行高度处的标度场,并确定了拟补偿飞行高度选取的可行性。此外,笔者还将延拓转换建立的重力梯度场和起伏地形正演场进行了比较。结果表明,两种方法建立的标度场均可用于梯度仪的测量精度评价和补偿飞行高度的选择。     

世界重力梯度仪的研究现状

在对地下结构的探测过程中,重力梯度仪器的研制及其科学的布设方式已经成了一个世界关注的研究课题。笔者介绍了目前世界上存在的基于扭矩和差分加速度计两种测量原理的重力梯度仪,并对其测量原理进行简要描述。然后对基于光学和原子干涉重力梯度测量仪器进行描述,最后介绍了作者提出的重力梯度测量光路,为自主研发绝对重力梯度仪提供技术参考。     

激光干涉重力梯度仪设计方案

介绍两类自由下落式重力梯度测量方法:激光干涉法和原子干涉法,分析对比后发现虽然两种干涉的测量方法不同,但具有相同的潜在精度。通过笔者的自由下落重力梯度测量的初步实验,提出了两种激光重力梯度仪的设计思路,并对其进行了分析和对比。结果表明,双干涉测量法在实现重力梯度仪精度要求的前提下,可以不增大整套设备的体积,并较好地保持双落体自由下落环境条件及运动状态的一致性。     

重力梯度仪平台双向温控设计

重力梯度仪平台当环境温度在0~40℃范围内变化时,要求其内部的重力梯度测量装置能始终工作在30℃左右。这需要用到双向温控技术,将半导体制冷应用于重力仪平台。文中介绍了双向温控结构设计的整个过程,给出了制冷功率的确定方法,阐述了隔热保温对温控精度、温控功率及系统体积的影响,分析了风路设计的关键点,总结了散冷、散热风机各自选取的原则和风路设计方法,并利用热仿真分析验证了设计的合理性。该设计达到了系统总体要求,满足重力仪平台高精度工作的环境要求。     

全张量重力梯度数据误差分析及补偿

针对用于航空移动平台的高精度全张量重力梯度测量系统,深入研究了梯度仪12个加速度计按3个不同旋转轴圆盘形成差分组合的结构。在确认该结构具有有效抑制运动共模加速度、减少外界环境干扰、实现高精度探测优点的同时,着重分析了重力梯度仪测量误差的来源和影响。研究表明,主要影响包括仪器固有随机噪声和外界确定性噪声。为定量描述影响程度,推导了在航空动态环境下的测量方程,并分离出加速度计的性能不匹配、平台不稳定、圆盘转速不稳定3个主要固有因素,从时间域和频率域角度定量分析固有影响因素的噪声水平。试验分析表明,通过利用Simulink仿真系统可以获得固有因素产生的噪声水平,并提出抑制方案。针对搭载环境测量误差,还分析了实测飞行中姿态和质量的改变对重力梯度测量值造成的环境影响,提出了基于点质量源的自身梯度校正方法。     

平台式航空重力勘查系统国产化研究

针对深地资源勘探等应用对航空重力测量精度的要求,在前期研究基础上,研制并集成了平台式航空重力勘查系统。该系统为"三轴稳定平台+石英挠性摆式加速度计"的平台式航空重力仪,重力仪采用自标定技术和平台姿态误差实时估计和修正技术,并配备了导航定位系统、减振系统、无人值守系统和数据处理软件等。飞行测量数据表明:平台式航空重力勘查系统多架次重复线飞行数据的内符合精度优于0.6×10~(-5) m/s~2(100 s),测量精度达到国际先进水平,可以实现航空重力测量技术装备国产化。     

区域地球化学与环境保护、人体健康初探

湖南第二代区域化探工作已完成16万km~2,根据本省自然景观的特点,工作方法以水系沉积物测量为主,其次是土壤测量控制面,平均采样密度为1—1.5个样/km~2。系统的按不同地质构造单元(或沉积相)来布置岩石采样工作。样品分析测试41个元素。所有样品全是按定量分析精度要求测定的,检出限高。如 Cd 为0.1ppm,As 为1ppm,Pb 为2ppm,     

温度对FDR测量土壤体积含水量的影响

为研究温度对FDR测量土壤体积含水量的影响,采用基于FDR技术的两种土壤水分传感器TDR-3和PR2,在环境温度范围为5～60℃条件下,对南京地区的粘性土土样进行了土壤体积含水量测试分析.结果表明:基于FDR技术的土壤水分传感器测量土壤水分时存在明显的温度效应,两种传感器所测的体积含水量与温度之间均呈线性递增关系,TDR-3的温度修正系数范围为0.2%～0.3%(v/v)·℃-1,PR2的温度修正系数范围为0.1%～0.2%(v/v)·℃-1.研究成果对于提高FDR测量结果的可靠性具有重要意义.     

高精度连续测斜仪探管的原理及应用

北京中地英捷物探仪器研究所新研制的PSX-2高精度连续孔斜检测探管,采用三轴正交磁性传感器和两个正交加速度计传感器测量,其中加速度计传感器测量顶角,磁性传感器测量方位角,实时测量的信息及解算则依靠内部集成的24位模数转换单片机来完成。实地测井证明,PSX-2型孔斜检测探管可以在顶角较小时稳定的测量方位角,符合煤田测井行业对钻孔测斜仪提出的高精度、小体积、低成本的要求。     

一种旋转加速度计重力梯度仪重力梯度解调方法

采用高密度光栅编码器获取圆盘当前状态下的角位置信息,利用圆盘角位置信息作为重力梯度解调基准信号的初始相位角,对重力梯度仪输出信号进行重力梯度解调,分别解调出在每个圆盘旋转角位置处的重力梯度信息,然后对每一圈解调出的重力梯度信息进行求均值,最后对解调出的两组重力梯度信息分别进行平滑滤波处理。通过重力梯度半物理仿真系统进行梯度解调实验测试,实验结果表明,采用这种梯度解调方法,可以进一步提高重力梯度解调精度,具有较高的工程实用性。     

高精度加速度计温度特性及补偿方法

主要介绍了高精度加速度计温度特性和温补方法,从理论上分析了温度对加速度计输出特性影响的机理,通过试验给出了加速度计输出模型温度系数。为了了解加速度计对温度最小变化分辨能力及大温度范围受温度变化影响的趋势,模型温度系数测试进行了在指定温度点最小温度间隔变化输出特性拟合,及大温度范围输出特性拟合。通过测试发现,加速度计输入对准角也随温度发生变化,且有一定的规律,为此在建立加速度计输出温补模型时,加入了输入对准角受温度变化的参变量,这在以往温补模型报道中是没有的。为了验证温补模型的准确性,采用手动升降温的方法进行了实时温度补偿,结果达到了预期目的。     

基于双轴倾斜法的加速度计分辨率测试方法

分辨率是加速度计的一项重要指标。随着加速度计精度的不断提高,对分辨率精度的要求也随之提高,传统的分辨率检测方法已经不能满足测试精度的要求。笔者提出了一种基于双轴倾斜法的加速度计分辨率测试方法,并给出了具体的实施过程和例子。经过试验和分析,证明该方法能够检测出低于1μg精度的加速度计分辨率。     

重力梯度测量的现状及复兴

评述重力梯度测量的发展史,介绍重力梯度的各种应用,预测重力梯度测量的前景.由于重力梯度值或重力高次导数具有比重力本身高的分辨率,特别适合于探测或研究局部的小地质体及其细节;由于美国海军秘密重力梯度仪技术的公开,并投入工业应用,以及多种新型重力梯度仪正在加速研究,重力梯度测量在石油、金属矿勘探和小地质体探测以及研究方面必将起更重要的作用.     

基于数值分析的仪器系统差校正

由于电子仪器中的传感器、测量电路、放大器等部件不可避免地存在温度漂移和时间漂移,会给仪器引入零位误差和增益误差,所以不同仪器之间存在明显的系统误差.在蟠龙峰铜矿进行TEM测深时,使用了两台Phoenix公司生产的V8仪器,由于两组数据存在明显的系统差,给数据处理及异常解释带来了较大的困难.从数值分析的角度,利用最小二乘法曲线拟合,对不同仪器间的系统误差进行了校正,校正精度小于3％,远小于10％的质检精度,可以满足生产需要.在Intel Visual Fortan程度开发平台上,编程实现了系统误差的自动校正.     

快速升温两点恒温法测定磁力仪的温度系数

磁力仪温度系数的测定方法,以逐点升、降温法最常用。该方法需要对仪器加热后,每升、降温1℃/3—5分钟的间隔及速率相应温度下仪器的读数变化,逐点记录后绘成曲线,再按一定规律求出仪器的温度系数。一般单台仪器测定单次需3—4小时,很费时间。特别是在仪器检修后,温度系数的调整往往不能一次成功,需测定多次,如用逐点法则工作量很大。另一方面,该方法的测定精度较低,特别是在温度系数较小的情况下,相对误差更大。当两次测定的条件稍有变化,很容易造成误差过大、超限反工。分析其原因,主要是由于每升、降温1℃的时间间隔不易控制,这样在相邻两次测定时,由于供电电压、外界温度的变化,使升、降温1℃的时间不易重复。而磁力仪中磁系本身的温度对于温度计的读数存     

用于断层测量的温度补偿光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器

针对光纤EFPI传感器通常尺寸很小,而断层尺寸相对较大,导致光纤EFPI传感器在待测断层处安装不便的情况,提出了一种可用于断层测量的光纤外腔型法布里-珀罗位移传感器.两根陶瓷插芯从陶瓷套管的两端插入构成EFPI结构,通过使用金属内管和金属外管,增大了光纤EFPI位移传感器的尺寸;并且金属外管的两端采用O型圈密封,因此该EFPI位移传感器能够防水防尘.为了消除温度对EFPI位移传感器的影响,两根金属内管采用了不同热膨胀系数的材料在结构上进行温度补偿.在温度连续变化的环境下,对腔长为718.39 m的EFPI位移传感器进行了测量.测量结果显示,经过温度补偿设计后,位移传感器的温度系数由0.14 μm/℃下降到了-0.04 μm/℃,并呈现过补偿.     

重庆永川煤矿煤岩热物性参数特征

煤岩热物性参数是矿井降温、防灭火治理工作所需要的重要基础资料。以重庆永川煤矿为研究对象,采用井下现场测定和实验室测试对该矿目前采掘区域内煤岩密度、比热、导热系数、导温系数以及原始温度、地温梯度等参数进行了测试。测试结果表明,在矿井标高-400 m水平,煤岩样的密度、比热、导热系数、导温系数均处在正常范围之内;在标高-357~-438 m,煤岩密度、比热、导热系数、导温系数不随标高的变化而变化。在标高-400 m水平,煤岩原始温度为35~36℃;矿井恒温带深度以下,-400 m水平以上的地温梯度为2.32/℃ hm,-400 m水平以下的地温梯度值为2.65/℃ hm,存在一个稍微递增的趋势,但仍然处于正常地温梯度范围。结合矿井地勘资料确定煤岩原始温度的实测值较理论计算值偏小,但误差不超过3%,精度符合工程实际要求。      

对称四极电测深的正演滤波系数

本文介绍了计算对称四极电测深滤波系数的最小二乘法,并给出了两组偏心率(MN/AB)分别为1/8和1/5的正演滤波系数.取样间隔都为0.6,前者共15个系数,后者共13个系数.本文还说明了滤波器的精度和考虑测量极距大小的必要性.