基于激光干涉的新型高精度绝对重力仪

本文介绍了一种自主研发的新型高精度绝对重力仪样机,它利用激光干涉原理测量落体自由下落时相对于参考棱镜的时间位移信息,通过振动误差补偿算法提取落体下落轨迹上的时间位移坐标,然后基于最小二乘拟合法计算测点的重力加速度.在白家疃国家地球物理观象台国家重力基准点进行的对比观测试验结果与误差分析确定,样机经误差修正后的系统偏差为(-27.46～-30.59)±3.06×10-8 ms-2,2小时测量精度优于10×10-8 ms-2.     

面向绝对重力测量的振动补偿技术发展

绝对重力仪是用于直接测量重力加速度值的精密仪器,可以作为计量标准器对相对重力仪进行定期校准.现有绝对重力仪的测量精度可达微伽(1μGal=1×10-8m/s2)量级,测量精度主要受振动噪声的限制.垂直隔振和振动补偿技术是目前常用的两种处理振动噪声的方法.随着绝对重力仪在野外流动重力观测和海洋/航空重力测量中的应用需求日...     

绝对重力仪测量结果的振动划线处理方法初步研究

针对自主研发的高精度绝对重力仪样机测量结果中引入的振动误差, 提出了一种全新的振动抑制算法．本算法利用一簇斜率相同的平行直线与记录到的参考棱镜振动曲线相交, 通过提取这些交点的时间信息, 确定落体下落轨迹上进行重力加速度计算的时间和位移坐标． 然后, 利用最小二乘算法获取测点的绝对重力加速度值．对不同重力加速度值的适用性和不同类型振动干扰的抑制效果模拟计算发现, 对于优势频率大于0.2 Hz, 峰峰值小于500 counts的干扰, 算法可以有效提高测量结果的系统偏差和测量精度．最后, 实际实验样机的测量结果表明, 本算法使最终测量精度提高了一倍, 为绝对重力仪的小型化和流动测量提供了软件技术支持。      

绝对重力仪研制中一种新的自由落体轨迹重建算法

真空系统中落体做自由下落运动的轨迹重建算法,是进行拟合求解绝对重力测量结果的关键步骤之一.在自主研制小型高精度激光干涉绝对重力仪的过程中,基于目前高速发展的数字测量技术,提出一种自由落体轨迹重建的算法.其基本原理是:首先通过高速采样,得到落体自由下落过程中产生的一系列数字化的激光干涉信号;其次通过数字处理算法提取干涉信...     

绝对重力仪研究的最新进展

经典绝对重力仪和原子干涉绝对重力仪是目前国际上研制用来直接测量重力加速度值的主要精密计量仪器．经典绝对重力仪测量的相对不确定度可达到2×10(-9);原子干涉绝对重力仪一分钟测量的相对不确定度可达到3×10(-9),两天测量的相对不确定度可达到1×10(-10)．本文分别介绍了经典绝对重力仪和原子干涉绝对重力仪的测量原理及方法,重点介绍了国际上新出现的凸轮式绝对重力仪．还简单介绍了中国计量科学研究院在这一方面研究的最新进展．     

绝对重力仪中3种数据处理方法比较

绝对重力仪中对激光干涉信号的采集和处理是测量绝对重力加速度的基础。对激光干涉信号进行数字信号处理,其结果可以构建绝对重力仪中自由落体的运动轨迹,讨论3种基于该重建运动轨迹的数据处理方法,分别为整体最小二乘拟合,局部最小二乘拟合以及遗传算法。处理结果表明局部最小二乘拟合方法的处理效果最好,对落体位置的平均拟合误差在4 nm范围内,满足测量精度要求。     

激光干涉绝对重力仪干涉信号处理算法的动态适应性及其船载应用评估

激光干涉绝对重力仪干涉信号处理算法的动态适应性研究是进行动态绝对重力测量的基本前提。本文基于希尔伯特变换、直接正交法、过零点法三种瞬时相位处理算法,提出了基于背景振动物理量的合理动态约束条件,即反向的振动速度不能超过落体的下落速度。构建的单频振动信号仿真实验表明:在满足约束条件时,采样频率为60 MHz,希尔伯特变换算法的精度优于10^-13 m/s²,过零点算法的精度优于10^-9 m/s²,直接正交算法的精度为(-7.9±2.0)×10^-8 m/s²。基于海浪模拟平台的实测试验表明:满足约束条件时,这三类瞬时相位处理算法均适用于动态环境,并获得了标准差为4.6×10^-5 m/s²的绝对重力测量值。更进一步,基于本文动态适应性结论对系泊和海面船载动态环境进行评估,结果表明:测量船在3级以下海况可以进行10^-5 m/s²量级绝对重力的测量;在3—4级海况下,需根据振动信号对...     

原子干涉重力仪测量原理与发展现状

针对当前新型号导弹武器无依托发射时惯导参数标定及战略导弹核潜艇导航定位的现实需求,针对我国重力测量精度低、依赖进口的现状,介绍了原子干涉重力仪的基本原理和近年来国内外主要发展状况.分析了近年来国外仪器测量精度有所提升,但存在实用化、产品市场化不足的特点,国内主要存在测量精度低、技术体制单一及环境适应性差的主要差距,展望了原子干涉绝对重力仪的发展方向.     

重力基准快速测定与分析:以广西重力基点网及格值标定场重建为例

重力基点网是我国开展地质调查、地震监测、测绘等测量工作的重要基础设施,面对原有基点网覆盖面不足且受到不同程度损害这一现状,目前已不能满足开展大比例尺重力调查以及高频率重复监测等工作的需求.本文以广西重力基点网重建为契机,利用A10-022绝对重力仪对全区42个重力基点与2个相对重力仪标定场的绝对重力值进行了测定.整个实施周期涵盖了计量参数校准、全球绝对重力仪国际比对、室内同点重复性以及全网部分基点独立安装检查等较为完整的测量流程,并通过连续运输与观测期间环境因素的记录与对比分析,总结了适合于该类型仪器室外条件下工作的技术手段与应对措施.观测结果表明:利用A10绝对重力仪能够高效率与高精度的完成广西重力基点网室外设计点位测定工作,国际比对及重复性验证确保了本次重建基点结果的可信度;A10采用双模式的氦氖激光频率存在漂移并受温度及气压等多种因素的综合影响,但短期内中心频率未出现较大波动,建议定期对其进行校准;各基点观测误差主要受到台站质量、人文活动及突发事件等环境扰动的影响,并与仪器内外温差存在较高的相关性.本文给出的A10绝对重力仪的参数设计、技术手段与影响因素的详细分析,能够为今后同类型仪器的观测实施提供重要参考,并有助于室外绝对重力观测的全国推广与应用.     

NIM-Ⅱ型可移激光绝对重力仪

中国第二代可移激光绝对重力仪（NIM-Ⅱ型）的实验装置于1985年研制成功。本文详细论述了仪器的多位置法原理及仪器结构;具体分析说明了仪器的光学系统,电子精密测时系统,数据处理系统;研究了一种处理地面微震干扰的新方法。参加1985年在法国巴黎举行的第二次国际绝对重力仪比对结果表明,该装置的测量结果不确定度为1.4x10^-7m/s²。国际比对后,仪器又做了进一步改进。经国内大面积测量应用的结果表明,该装置的不确定度可达1×10^-7m/s²。     

高精度绝对重力仪观测研究

中国计量科学研究院于1983年开始设计研究中国第二代可移式激光绝对重力仪（NIM-Ⅱ型）,1985年完成实验装置,并参加在法国巴黎举行的第二次国际绝对重力仪比对活动,1987年完成全部研究工作计划.本文较详细地阐述了近4年来在全国大面积实施绝对重力观测的结果.尤其在北京香山地震台,为了探索微重力观测研究,已建立了4个绝对重力点,开展了重力纵向垂直梯度、横向水平点位差及随时间变化的绝对重力观测研究.多年来为地震研究、地球物理研究及测绘、计量、国防等部门积累了一批绝对观测数据资料.这些基础性观测工作,对今后研究重力的非潮汐变化也有重要的意义.     

单级弹簧主动隔振系统建模与分析

主动隔振系统具有隔振频带宽,能够在低频处取得较好隔振效果的优点,因而成为研究的热点。基于单级弹簧主动隔振系统建立数学模型,着重分析了系统位移反馈、速度反馈和加速度反馈3种反馈量对系统隔振性能的影响。结果表明:位移反馈使系统固有角频率提高,低频处隔振效果增强,而高频处隔振效果略有降低;速度反馈使系统在固有角频率附近的隔振效果有很好的改善,但是在其他频段的隔振效果基本没有变化;加速度反馈使得系统固有角频率减小,并且在高频段的隔振效果增加。这对主动隔振系统控制器的设计具有实际指导意义。     

Vibration experiments with sharpe gravimeters

Summary The results of gravimeter measurements are influenced by various external effects among them by natural and artificial vibration sources. The nature of this disturbing factor is not yet clear, but to study phenomena is very important. In this paper the author reports on his vibration experiments carried out with a geodetic-type Sharpe gravimeter in a laboratory. The experiments confirm the existence of a vibration interval which is very dangerous for gravimeter observations.     

高精度低频振动台及伺服隔振

本文提出了一种复合速度反馈技术,用以建造高精度大行程低频标准振动,同时,这种伺服隔振技术可大幅度降低地基振支对台面的干扰,降低地基造价。     

关于绝对重力仪的发展和我们的思考

介绍了近年来出现的新型绝对重力仪，认为该仪器是控制地球重力场信息的重要工具，特别对FG5型的如何改进及我国绝对重力仪的如何发展，提出了建议。     

Accurate determination of calibration factor for tidal gravity observation of a GWR-superconducting gravimeter

Introduction The superconducting gravimeters (SGs) are widely used to observe the change in temporal and spatial gravity field by many countries along the world, considering their characteristics as of the high-precision, good continuity and stability. By using the temporal variation of the tidal grav-ity obtained from the global network of SGs, the Global Geophysics Project (GGP) aims at some hot problems in geophysics and geodynamics (SUN, HSU, 1997). The original observations of the c…