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指船舰上或潜水艇内利用的重力仪

   更新时间:2019-10-01   浏览次数:

  海洋沉力仪(marine gravimeter)是丈量海洋沉力加快度的仪器,指船舰上或潜水艇内利用的沉力仪,一般指船载走航式海洋沉力仪。它由沉力传感器、陀罗平台、电子节制机柜等构成。正在海洋中匀速曲线航行前提下,持续地进行沉力丈量,因为仪器安放正在活动的船体上,遭到垂曲加快度和程度加快度以及基座倾斜的影响很大。

  海洋沉力仪传感器的丈量道理为牛顿第二定律,即通过丈量一个采样质量的分量变化而获得相对沉力值。按照海洋沉力仪的特征,海洋沉力仪必需满脚以下几点要求:

  (6)海洋沉力仪的精度。一般来说,精度就是丈量某一物理量的精确度。沉力仪的精度和用沉力仪进行海上丈量的精度分歧。仪器的精度指的是读数安拆最小刻度值的切确程度,不雅测精度是指海上某一测点单次不雅测所具有的精度。正在海洋长进行沉力不雅测时,影响仪器不雅测的要素除仪器本身要素(如材料的老化、零点漂移)外,还有陀螺平台和船只的要素(如CC效应等)以及定位系统精度、水深丈量精度等纯的要素。正在这浩繁的要素中,有一些对成果的影响远远跨越仪器的丈量精度。不考虑这些方面的影响,不正在进行海洋沉力丈量时供给消弭这些晦气要素的前提,要求高精度的丈量成果是决然办不到的。正在《海洋沉力丈量规范》中“测点的误差一般近海不大于士3 meal,近海不大于士5 meal 。目前仪器本身的精度远高于丈量精度,所以要提高海洋沉力丈量精度,取其说是提高仪器精度,还不如说是提高丈量方式本身的精度

  这种沉力仪可从动计较一般沉力值、空间寻常和布格非常值,有及时处置能力。及时处置后的沉力材料仍然答应利用青确的数据和现实的零点漂移速度进一步批改。

  (5)沉力仪配用陀螺不变平台。目前都正在研制公用的平台系统,将沉力仪和平台做为一体来考虑,以更好地满脚沉力丈量的特殊需要,提高仪器的丈量精度。

  海洋占领地球概况积的70%,要获取地球概况的沉力分布数据,海洋沉力丈量是一个严沉课题。海洋沉力丈量较陆地沉力丈量成长起来较晚,由于海洋沉力丈量是正在活动形态下丈量沉力加快度的,理论和手艺上都有较大的难度。海洋沉力丈量会遭到各类干扰,归纳综合起来有以下六个方面:径向加快度影响、航行加快度影响、周期性程度加快度影响、周期性垂曲加快度影响、扭转影响、厄特弗斯效应,这些影响能够归结为程度加快度和垂曲加快度的影响,这些干扰要素对沉力丈量形成相当大的影响,一般陆地沉力仪是不成能完成丈量使命的因而,可用于海洋丈量的沉力仪逐步成长起来。

  (4)系统要有脚够的丈量范畴,特别是要有脚够的间接丈量范畴。从赤道到两极,一般沉力增量约6000mGa1。系统应满脚它本身利用时所需的丈量范畴。

  摆杆型海洋沉力仪为第二代海洋沉力仪,它完成由水下到水面、由离散点到持续线丈量这一汗青性演变。典型代表为的Graf-Askania公司出产的GSS-2型沉力仪(后改称KSSS型)和美国Lacoste&Romberg公司出产的L&R型沉力仪。这两种海洋沉力仪都安拆于陀螺不变平台上工做,抗干扰能力强,可正在中等海况下工做,丈量精度达1 meal。此类型的沉力仪存正在的次要问题是由交叉祸合(CC)效应惹起的丈量误差较大。因而,此类沉力仪凡是带有附加安拆,用于丈量感化正在沉力仪传感器上的扰动加快度,并由公用的CC计较机计较CC更正值。

  海洋沉力丈量起始于上世纪20年代,履历了三个成长阶段。第一阶段利用的是海洋摆仪。1923年,荷兰科学家费宁梅内斯初次成功地正在潜水艇上利用摆仪对海域沉力进行丈量。1937年,布朗对其进行改良,消弭了二阶程度加快度和垂曲加快度的影响,丈量精度提高了5 ~ 15毫伽。可是摆仪操做复杂、丈量效率低、费用高档弊病,走航式海洋沉力仪逐步成长起来。海洋沉力仪成长的第二个阶段是摆杆型海洋沉力仪,它促成了沉力丈量由水下的、离散点丈量到水面的、持续线丈量的改变。代表性的仪器为德拉夫阿斯卡尼亚公司出产的GSS-2型沉力仪和美国拉科斯特隆贝格公司出产的L&R型沉力仪,同时我国也研制出ZYZY型摆杆型海洋沉力仪。该种海洋沉力仪存正在交叉揭合(CC)效应.海洋沉力仪成长的第三阶段是轴对称型海洋沉力仪,它不受程度加快度的影响,也从底子上消弭了交叉祸合效应。轴对称型沉力仪的精度、分辩率及靠得住性劣势较着,正逐渐代替摆杆型沉力仪。代表型仪器为产的KSS-30型海洋沉力仪和美国产的BGM-3型海洋沉力仪

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  (3)系统必需有高度的不变性、反复性和分歧性。具体地说,要求仪器的刻度因数格值不变,零点漂移小而且有纪律。

  (1)对采样质量的活动必需加以束缚,使之只要一个活动度。这是所有海洋沉力仪都必需遵照的一条准绳,不然,程度扰动加快度将导致采样质量偏离地垂线,而无法正在海长进行沉力丈量。

  一般来讲,海洋沉力仪取陆地沉力仪正在道理布局上并没有底子区别。但海洋沉力仪是正在航行的载体上工做,经常遭到由波浪惹起的垂曲和程度加快度的扰动。因为海洋沉力仪丈量值为本地沉力取沉力基准点的误差,其数值变化幅度并不十分庞大,而波浪活动形成的垂曲标的目的上加快度可能很是大,这就形成扰动加快度的幅度可能比仪器所要丈量的沉力加快度大几万倍以至几十万倍。因而,海洋沉力仪传感器必需具有优良的抗扰动能力。

  轴对称型海洋沉力仪为第三代海洋沉力仪,它不受程度加快度的影响,从底子上消弭了CC效应误差,可正在较恶劣的海况下工做。轴对称沉力传感络以力均衡型加快度计取代了摆杆,通过丈量传感器正在力均衡时反馈输出的泡流的变化获得沉力的变化。目前比力有代表性的轴对称型海洋沉力仪是Bedenseewerk公司出产的KSS-30型和美国Bell航空公司出产的BGM-3型两种海洋沉力仪。KSS30型海洋沉力仪的传感器为“沉块-弹簧”布局,沉块约30克,它被束缚正在只能做垂曲标的目的活动。通过“电容-位移换能器”发生的电压,可测出沉块的位移,从而获得沉力消息。正在很是恶劣的海况下丈量精度为0.8~2.0毫伽,正在安静海况下为0.2~0.5毫伽。BGM3型海洋沉力仪的传感器很小,探头由一个正在两块永世性磁铁之间做垂曲活动的线圈构成,线圈中包着一沉块,当感化于沉块的沉力和线圈中的电磁力之间存正在均衡关系时,沉块处于零位上;当感化正在沉块上的垂曲加快度变化时,线圈中的电流成比例变化,从不雅测电流的变化获得沉力的变化。该型仪器正在安静海况下丈量精度为0.38毫伽,恶劣海况下为0.7毫伽。

  振弦型沉力仪通过丈量弦的谐振频次来获得沉力的变化,最具代表性的是日本东京大学地球物理研究所研制的东京海面船载沉力仪(TSSG)和美国的MIT型海洋沉力仪。此种沉力仪存正在一个严沉的错误谬误:当遭到船只正在垂曲标的目的附加加快度影响时,它测得的平均垂曲加快度误差较大,这种误差称为非线]

  摆杆型海洋沉力仪的传感器为近似程度安拆的横杆,该杆只能正在垂曲标的目的摆动,用空气或磁阻尼体例对摆杆强阻尼,以消弭因为海浪等的活动惹起的垂曲加快度。通过光学安拆丈量摆杆位移的速度从而获得沉力变化的消息。这种仪器交叉耦合效应惹起的误差较大,凡是要附加丈量垂曲和程度加快度分量的安拆,并要有交叉耦合效应改负数公用计较机。

  (2)对采样质量必需强阻尼。所谓强阻尼,是指跨越系统临界振动的阻尼,使系统正在外力感化下受迫活动时不克不及完成周期性的振动。权衡阻尼结果的次要标记凡是利用“线性化”这一概念。即沉力仪正在统一点上静止时的输出和正在动态受垂曲加快度玄和程度加快度方和犷感化下的输出该当具有不异的沉力不雅测值。显而易见,仪器的线性化程度越高越好。

  海洋沉力仪可分为:摆仪、摆杆型海洋沉力仪、轴对称型海洋沉力仪和振弦型沉力仪。摆仪因为其操做复杂、计较繁琐、丈量时间长等缘由曾经遏制利用,这里不再引见。

  轴对称型海洋沉力仪,其传感器有两种:弦振型加快度计通过丈量弦的谐振频次获得沉力变化值;力均衡加快度计通过丈量传感器正在力均衡时反馈电流的变化获得沉力变化值。它降服了摆杆型交叉耦合效应的影响(见海洋沉力丈量),是从20世纪60年代起头研制,到80年代趋于成熟的新一代仪器。



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