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．     

激光干涉绝对重力仪参考棱镜隔振系统仿真

在激光干涉绝对重力仪中,参考棱镜在背景振动和系统自振的作用下呈现复杂的振动模式,严重影响了整机的测量准确度.针对此问题,本文基于磁悬浮原理设计了参考棱镜的反馈式两级振动隔离系统,建立了系统的动力学模型,在不同的反馈方式下推导了相应的传递函数,进行了Matlab仿真分析以确定最优的反馈方式.系统仿真结果表明绝对速度反馈方式的隔振效果可达100 dB,与自主研发的Age-110型激光干涉绝对重力仪的联合测试结果表明,该隔振系统可将Age-110的测量精度再提高1.5倍.     

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...     

LaCoste-Romberg G型重力仪读数精度的提高

目前,LaCoste-Romberg G型重力仪是国际上精度较高的重力仪。它的读数精度达到10微伽。在我们的测量中要想达到较高的读数精度,必须保证重力仪处于最佳工作状态。操作人员存在视差,且观测技术水平不尽相同,读数精度难以提高,为此需要改进观测方法。LaCoste-Romberg G型重力仪原配有输出扦孔,我们就利用这个输出扦孔,使用数字万用表来进行观测。     

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。     

利用重复测线校正海空重力仪格值及试验验证

通过分析海空重力测量系统误差的形成机理,我们发现海空重力仪格值标定误差是引起系统性测量偏差的主要因素之一.本文简要介绍了重力仪格值的标定方法,分析论证了格值标定的精度要求,提出了利用东西正反向重复测线检测校正海空重力仪格值的计算模型和补偿方法,分析讨论了该方法的校正精度及其适用条件,利用航空重力实际观测网数据对该方法的合理性和有效性进行了数值验证,证明该方法对消除海空重力测量系统性偏差具有显著作用.     

航空重力仪发展现状和趋势

航空重力仪的持续发展使航空重力测量的分辨率和精度得以不断提高.本文较全面地介绍了国外多个型号航空重力标量测量仪的发展历程,比较分析了其主要技术指标和应用特点;同时简要介绍了国外航空重力梯度仪的现状和发展趋势,对我国航空重力仪的研制现状作了扼要评述.     

航空重力重复线测试数据质量评价方法研究

为了量化评估航空重力系统的性能指标,通常采用多次往返的重复线测量方式来测试航空重力仪动态测量的重复性和一致性,但现有规范中没有明确针对航空重力重复线测试数据质量的评估准则,本文研究总结了航空重力重复线测试数据均方差精度计算方法,依据重复线测试数据均方差内、外符合精度的计算结果,可以更为客观地评估仪器的动态测量精度指标和工作状态.     

拉科斯特重力仪的格值标定

LCR重力仪是测量精度比较高的重力仪,其读数精度是100um/s~2.但由于零漂比较小,每小时约20—30nm/s~2,故在二点之间测单程或单次一般可达100—200nm/s~2的测量精度。显然,如果测量条件及环境恶劣,二点之间的距离很长或二点之间的测量时间间隔太长,则测量精度较差。 拉科斯特重力仪虽有较好的测量精度,但随着人类对地球奥秘认识的深入,对重力测量精度的要求也随之提高;尤其是在地震预报预测方面,由于地壳运动,物质分布的变异     

卫星重力梯度测量中星载重力梯度仪潜在测量精度研究

目前卫星重力梯度测量精度主要受限于核心载荷重力梯度仪的噪声.要提高卫星重力梯度测量的精度,首先要发展更高精度的星载重力梯度仪.在该背景下,本文一方面针对已成功搭载GOCE卫星飞行的静电式重力梯度仪,基于静电控制的工作原理,探讨了静电式重力梯度仪测量精度的根本受限因素,分析表明,通过改进敏感探头的设计以及降低动态范围,静电重力梯度仪的极限测量分辨率可达0.3 m E/Hz1/2;另一方面,建议发展原子干涉型的星载重力梯度仪,在空间微重力环境下,其潜在测量灵敏度高达0.03 m E/Hz1/2,有望为未来完善50~100 km空间分辨率的全球重力场模型提供一种可能的技术途径.     

重力预报地震动态

地球的重力是地心引力与地球自转产生的离心力的合力,因为在地球内部,除了大量的物质迁移外(如火山岩浆活动),其密度似乎不会发生大规模的增减。过去重力仪观测精度低,很难观测到地震前的重力微小变化。最近20年来,许多高精度重力仪出现了。激光绝对重力仪有:国际度量衡局SaKuma等人研制的固定式重力仪,其精度为1μgal;苏联研制的精度为3μgal携带式重力仪、意大利;美国研制的精度     

数字重力仪高精度恒温测温系统设计与测试研究

高精度数字重力仪广泛应用于矿产资源勘探领域,由石英弹性系统组成的重力传感器是高精度数字重力仪的核心部件,其对外界环境温度非常敏感,由环境温度变化引起的重力输出变化远远大于仪器本身精度指标,而且不同的数字重力仪具有不同的温度影响特性.若重力传感器的恒温环境得不到保障,或环境温度的微弱变化无法得到准确的测量和补偿,将严重影响重力仪器的测量精度和一致性.本文针对该问题,研究了高精度恒温测温系统的设计方法及关键技术,考虑到数字重力仪器精度高、体积小、功耗低和便携式的特点,对高精度恒温测温系统中的关键器件选型、热结构设计、电路设计、软件设计等进行深入研究,并给出具体的解决措施.并设计了静态试验、高低温试验和石英弹性系统温度系数测定试验三个部分验证高精度恒温测温系统的有效性.试验结果表明：高精度测温系统最小分辨率达到10 μ℃;静态常温时,高精度恒温系统温度变化约为70 μ℃;在-20℃~+45℃的环境温度冲击中高精度恒温系统温度变化小于1 m℃;恒温点微调装置可实现石英弹性系统温度系数的精确测定.该研究为高精度重力测量仪器研制中消除环境温度变化影响提供了一种有效解决方案.     

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...     

石英弹簧重力仪恒温装置通过鉴定

石英弹簧重力仪是我国地震系统目前进行野外重力重复观测的主要仪器。由于仪器格值及测量精度受环境温度影响较大,直接影响观测成果,迫切需要解决仪器恒温系统的配置。我所石英弹簧重力仪恒温装制研制组的同志根据     

磁场对石英弹簧重力仪观测结果的影响

采用金属弹簧重力仪,其测量结果受磁场影响。仪器制造和使用者为减少此影响已采取了消磁、磁屏蔽、选用弱磁材料等有效措施。而采用石英材料制成的重力仪,一般认为其测量结果不受磁场影响,因此在过去较长时期内,很少有人研究磁场对石英弹簧重力仪观测结果影响的问题。近年来,随着重力测量精度的提高、测量方法的改进,在较高精度的测量数据处理中,越来越多的实际结果证明,即使是使用石英弹簧重力仪也不能完全排除磁场的影响。     

宽频带超导重力仪的研制进展

本文报道一种构建宽频带高分辨率超导重力仪（SG）的方法.与已商业化的GWR超导重力仪类似,新型超导重力仪同样使用磁悬浮超导检验质量来构建弹簧振子结构,不同的是弹簧振子的固有频率更高,可以有效覆盖地脉动频带.同时,利用基于超导量子干涉器件（SQUID）的位移传感技术,大幅提高了位移传感灵敏度,以保证仪器在测量带宽扩展之后仍具有与GWR仪器相当的测量分辨率,从而实现对时变重力信号与地球背景噪声信号的同时高分辨观测.宽频带超导重力仪核心部件垂向超导加速度计（VSA）的设计、组装和初步测试已经完成.结果表明,加速度计的噪声本底为8 μGal/Hz^1/2@0.1 Hz,实现了对地脉动信号的高分辨率测量.而为了将仪器噪声本底降低到GWR仪器水平,加速度计的固有频率需要进一步减小,该部分参数优化工作正在进行.本文将对垂向超导加速度计的工作原理、结构和测试结果进行详细介绍.     

新疆流动重力测量中的温度改正

随着对重力测量精度要求的逐步提高,对各种误差的研究日渐深入,正确了解重力测量结果中各类误差的性质、来源、量级以及如何加以改正都是十分重要的问题。许多文献表明,当前各类误差中第一类半系统误差数值最大,它主要是由重力仪格值的误差引起的。而重力仪格值的误差在格值测定时就存在,这是由于重力仪自身的性能以及受外界因素的影响,使仪器格值发生波动和改变,从而增大了格值的误差。目前,我们还没有办法解决由重力仪自身性能所造成的仪器格值的改变,但受外界因素的影响,可通过一定的方法加以改善,现就温度变化对重力仪格值的影响作一简述。     

石英弹簧重力仪温度曲线特征的研究

从大量重力测量资料研究中,发现温度变化对重力测量精度的影响很大,尤其在面积较大的范围中进行重力测量,环境温度差异大,温度对重力仪的影响更为复杂。在目前高精度重力仪数量尚不能满足需要的情况下,提高石英弹簧重力仪的测量精度是十分必要的。为此,我们在1982年与有关厂家协作,制成了一台半导体制冷、制热重力仪温度测试装置,用以模拟野外工作环境温度变化。从1983年7月至1984年4月我们用该装置对列入国家地震局“清理攻关项目”的六台CG-2型,一台ZSM型和十六台Worden型石英弹簧重力仪进行了系统的温度测试。参加测试的仪器型号见下表     

我国近几年重力测量进展情况综述

地球重力场的测量资料,在经济建设、国防建设和科学研究,即主要是地球科学,包括地震学研究中的用途正在日益扩大。有些学科对重力测量资料的精度要求很高。随着我国现代科学技术的发展,我国的重力测量事业也相继得到了较大的发展。本文从仪器研制、重力仪性能的实验研究和标定、精密重力测量技术等方面综合介绍了近几年来我国重力测量工作的进展情况。     

三峡水库首区重力固体潮观测资料分析

介绍了中国科学院测量与地球物理研究所的LCR-ET20重力仪和中国地震局地震研究所的DZW-9重力仪在三峡水库首区的重力固体潮比对观测.获得了该地区高精度的重力固体潮潮汐参数,估算了DZW-9重力仪的格值,其值为（-756.06plusmn;0.05）times;10-8（mbull;s-2）/v. 分析了相应仪器的重力观测残差, 数值结果表明DZW-9重力仪的长期漂移具有线性特征, 观测精度与LCR-ET20重力仪在同一量级. 本文提供的相关结果可为该地区地表和空间大地测量观测提供有效的重力潮汐改正模型.