绝对重力仪

摘要： 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;m/s;)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益增加,结构简单且抗干扰能力更好的振动补偿技术更适用于在复杂测量环境下处理振动噪声.本文对面向绝对重力测量的振动补偿技术发展进行了详细回顾,主要从振动补偿系统的硬件改进和算法优化两方面进行介绍,并对未来振动补偿技术的发展趋势进行了展望.国内振动补偿技术研究开始较早,经过长期发展,现有研究成果已经达到国际先进水平,为未来国内面向移动平台的绝对重力测量的发展提供了有利的技术支撑.

摘要： 重力计量的主要任务之一是确保全球重力测量活动的国际互认和量值统一,以及确保各行各业重力测量结果的溯源性和准确性.中国计量科学研究院先后主办了第一届亚太区域绝对重力仪国际比对和第十届全球绝对重力仪国际比对(ICAG-2017),本文结合主导国际比对活动的经验,首先介绍了国际比对的准备和组织工作,包括比对前的垂直重力梯度和潮汐模型的观测、比对期间开展的衍射光束修正量测量和测量点位安排等.其次,基于数据预处理、观测模型、约束方程等进行比对数据处理,通过符合性检验验证仪器不确定度的评估是否合理,最终可以计算得到仪器的等效度及短期复现性.最后结合对历次比对结果的比较,分析了国际比对对大地测量研究及应用中提升观测数据准确性的重要意义,提出现阶段重力计量工作面临的一些问题.

摘要： 绝对重力仪普遍采用激光干涉式或原子干涉式的测量原理来测量重力加速度的绝对值,在地球物理等领域有着广泛的应用.振动补偿是一种有效减小地面振动对绝对重力仪测量精度的影响的方法,尤其适用于复杂振动环境.本文介绍了一种基于传递函数简化模型的、用于实时修正原子干涉式绝对重力仪干涉条纹的振动补偿方法,给出了该方法的工作原理及搜索模型系数的具体算法流程,然后利用仿真运算验证算法的有效性,最后利用已有的原子干涉式绝对重力仪对算法效果进行了实验评估.结果表明,使用该振动补偿算法对原子重力仪的干涉条纹进行修正,最大可将干涉条纹的余弦拟合残差的标准差衰减58%.该振动补偿算法具有较强的自适应性,有望提升原子干涉式绝对重力仪在不同测量环境尤其是复杂振动环境中的测量精度.

摘要： 为了解决NIM-3A和NIM-3C绝对重力仪传动方式在车载、共基座上使用时会产生自振及磁性材料对重力数据准确度和稳定性影响的问题,设计了一套超小型绝对重力仪主机系统,通过传动托盘的伺服跟踪运动改为托盘先行下落的落体测量过程无其他内部机械运动的测量方式等新设计,消除自振及磁性材料的影响。在主机系统重质量减小至30 kg的情况下,测量速度较NIM-3A绝对重力仪的3次/min提高到6次/min,预估测量不确定度由NIM-3C重力仪的30μGal提高到10μGal。

摘要： 为了验证ML-1型稳频激光器在绝对重力测量应用中的性能和可用性,简要描述了FG5-X型绝对重力仪的工作原理,重点对其选配的ML-1型稳频激光器进行了介绍,使用ML-1型稳频激光器和FG5-X中原装的WEO100型碘稳频激光器进行测量实验,并对测量结果进行对比分析。结果表明,ML-1型稳频激光器可以在FG5-X型绝对重力仪测量过程中正常工作,其测量精度满足实际需求。

摘要： 在地球物理领域,重磁位场方法历史悠久,本世纪以来空间对地观测技术发展迅速,卫星和航空重力场、磁场观测数据及模型产品层出不穷.另外,以高稳平激光和量子技术为代表的各种新型绝对重力仪和成套装备也相继面世,这不但为四维时变微重力场研究提供了有力武器,而且也为传统地球物理学研究带来了新的机遇与挑战.

摘要： 为满足冷原子干涉仪工程化研制需求,推动其在重力测量等领域的实际应用,提出一种以现场可编程逻辑门阵列为集成微处理单元,以直接数字频率合成器为分布执行单元的单激光器激光控制方案,降低系统的尺寸重量功耗,提高控制的集成度,改善外场的适应能力。对基于该激光控制系统的性能进行了评估,并开展了87 Rb自由下落式冷原子干涉重力测量实验验证。实验结果表明,所提出方案能够适用于冷原子重力仪激光系统的输出控制,基于所搭建的激光控制系统完成了41小时的连续重力测量实验,重力固体潮测量稳定性达到4.3μGal@1 h,与原有实验室样机的重力测量性能相当,且体积重量功耗之乘积降低至其1/11。

摘要： 在地震危险区密集布设监测设备,精准动态感知地震孕育地区地球物理场、地球化学等微弱信息十分重要。无论是被称为地球内部物质迁移“听诊器”的绝对重力仪,还是能够进行“光谱嗅探”的多组分气体地球化学测量仪等,其研发趋势都更加倾向于低成本、小型化和易于布设。

摘要： 2019-2020年南极夏季期间,中国第36次南极科学考察队利用中国计量科学研究院自主研发的国产NIM-3C型绝对重力仪在南极中山站进行了绝对重力测量,给极区海洋重力提供了计量校准点,并进行了30天以上的连续观测研究。该计量校准点的绝对重力校准值的标准不确定度优于3×10^(-7)m·s^(-2),填补了我国目前极区海洋重力量值无法溯源到国家计量基准的空白,建立了自主可控的可溯源至国际单位制的极区海洋重力溯源体系。

摘要： 2019-2020年南极夏季期间,中国第36次南极科学考察队利用中国计量科学研究院自主研发的国产NIM-3C型绝对重力仪在南极中山站进行了绝对重力测量,给极区海洋重力提供了计量校准点,并进行了30天以上的连续观测研究.该计量校准点的绝对重力校准值的标准不确定度优于3×10-7m·s-2,填补了我国目前极区海洋重力量值无法溯源到国家计量基准的空白,建立了自主可控的可溯源至国际单位制的极区海洋重力溯源体系.

摘要： 本文介绍一种面向高精度绝对重力测量的超低频主动式垂直隔振系统.采用普通弹簧竖直悬挂角锥棱镜,通过闭环控制使弹簧悬挂点跟踪角锥棱镜的运动,使弹簧长度近似保持恒定,角锥棱镜受到的回复力近似为零,从而实现一个超长本征振荡周期的弹簧振子系统.通过精密的机械设计、高分辨率的光电探测技术,以及模拟电路反馈控制系统,可以实现本征振荡周期80s以上的超低频垂直隔振系统.将系统应用于T-1型高精度绝对重力仪,每16次测量为1组.在安静的实验室环境下(无隔振单组标准差350μGal,1μGal=1×108ms-2)测试,单组标准差35μGal;在较嘈杂的环境下(无隔振单组标准差约4400μGal)测试,单组标准差约77μGal.测量结果证明该系统可以较好的衰减地面振动噪声,提供一个近似惯性参考点,基本满足高精度绝对重力测量的需要,可以替代Super Spring并配合T-1型等高精度绝对重力仪,参与国家重力标准体系的构建与地壳观测网络的建设.

摘要： 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,本文引入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,并进行了Matlab仿真分析以确定最优的反馈方式.仿真结果表明,绝对速度反馈是多种反馈方式中隔振效果最好的,该装置可以满足激光干涉绝对重力仪对参考棱镜振动隔离的要求.

摘要： A10型绝对重力仪用于测量重力加速度(g),具有高精度、便携式和易操作等优点.介绍了A10的基本原理,以及与FG5的异同点,通过对A10/35绝对重力仪的野外测量,分析了该仪器的稳定性和影响A10测量精度的因素.测试结果表明,该仪器性能稳定可靠.

摘要： 激光干涉绝对重力仪落体旋转引起两种类型的位移误差。光学反射器相对落体质心旋转引起的误差直接叠加在落体位移信息的测量结果中。光学反射器随落体旋转时，角隅反射腔的介质折射率为1，对落体位移不产生折射率误差;而角隅棱镜则会产生一个与介质折射率和激光入射角相关的位移误差。通过对下落过程中落体旋转参数的监测，以及对反射器的尺寸标定，可以对位移误差进行估计，并在测量结果中进行校正，从而提高了绝对重力仪的测量精度。

摘要： 阐述了绝对重力仪对自由落体下落距离和相对应的时间测量的原理和方法,利用高精度时间测量芯片TDC502提高绝对重力仪的时间测量精度,并结合FPGA的大规模数字集成设计,提高了重力仪系统的测量精度.

摘要： 针对绝对重力仪落体偏摆干扰测量结果的问题,提出一种测量落体姿态的办法.该办法采用单点激光三角测距的原理分析光路参数之间的关系,根据参数值进行元器件选择和结构安装.结果表明在短距离测量时(1～ 10 mm),距离分辨率能达到微米级别.

摘要： 本文首先介绍新引进的A10／022绝对重力仪的技术特点、工作原理及性能。然后分析了A10/022与中科院测量与地球物理研究所和湖北省地震局FG5绝对重力仪的比对结果，最后对仪器在实验室内长期观测结果及野外重力时变观测的结果进行了详细的分析和讨论。

摘要： 根据绝对重力仪激光干涉信号的特点基于FPGA平台,利用ADS830芯片,设计了一种激光干涉信号的高速数据采集系统,并利用ADS830进行数据转换，利用FPGA进行编程控制ADS830的状态运行，同时进行FPGA与ADS830以及内部SARM的时钟匹配、数据缓冲、数据存储等处理，实现激光干涉信号的数据采集。

摘要： 精确的绝对重力值(g，常用值9．81 ms-2)在大地测量、地球物理、精密计量和军用导航等领域具有十分重要的意义和应用价值。绝对重力仪在20世纪70-80年代取得了较大的发展。本文介绍了高精度绝对重力仪的系统原理，采用经典的自由落体方案，绝对重力测量均值的标准偏差为1.4μGal。

摘要： 利用高精度绝对重力基准点监测成果，分析了汶川地震对绝对重力基准的影响，结论显示，本次地震对不同地区绝对重力基准点的影响不同；利用高精度绝对重力测量技术可以监测地震变化。

摘要： 本发明公开了一种相对重力仪的测温电路和相对重力仪，该相对重力仪的测温电路包括：基准电压模块、二元换向恒流模块、电压跟随模块以及电压处理模块；二元换向恒流模块包括二元换向驱动单元和恒流单元；基准电压模块用于给恒流单元和电压处理模块提供基准电压，恒流单元用于根据基准电压产生恒流；电压处理模块用于控制二元换向驱动单元流过恒流的流向交替变化，电压跟随模块用于采集二元换向驱动单元驱动端的电压数据；电压处理模块用于消除电压数据的误差，并根据消除误差后的电压数据得到温度数据。本案的电路结构简单，并且在各模块的协同测温下可以减小电压数据在采集和传输过程中产生的误差，从而提高温度测量精度及温度测量效率。

摘要： 本发明公开了一种基于变面积梳齿电容的MEMS相对重力仪探头及重力仪，属于仪器仪表领域。探头包括：弹簧结构、检验质量、动梳齿、定梳齿及外框，所述弹簧结构固定端设置在外框上，自由端与检验质量相连，所述动梳齿设置在检验质量的上下表面，所述定梳齿相应的设置在外框上，所述动梳齿和定梳齿均为异形梳齿结构，所述异形梳齿结构包括底部梳齿和顶部梳齿，且所述底部梳齿的宽度小于顶部梳齿的宽度；所述动梳齿的底部梳齿固定在所述检验质量上，所述定梳齿的底部梳齿固定在所述外框上，工作时，所述动梳齿的顶部梳齿与所述定梳齿的顶部梳齿构成变面积差分梳齿电容结构。本发明能够提升电容位移传感的灵敏度，并减小重力仪探头的机械热噪声。

摘要： 本发明公开了一种绝对重力测量方法及绝对重力仪。本发明的测量方法步骤包括：1)在待测位置设置一平移运动测量元件和一旋转运动测量元件；2)利用该平移运动测量元件测量得到在该待测位置因平移运动产生的相对位移d，利用旋转运动测量元件测量得到平移运动测量元件敏感轴因旋转运动产生的旋转角度θ；3)根据公式确定该待测位置的绝对重力加速度g；其中f为观测频率。本方法可直接从天然地震波中观测绝对重力，因而无需主动或被动隔振装置，且可以实现地震、重力的同时观测，便于地球物理联合勘探的实施；在理论上，随着观测频率的降低，绝对重力的观测精度将依照平方关系增加，有利于提升绝对重力观测的精度。

摘要： 本发明提供一种基于绝对重力仪的垂直重力梯度提取方法及系统，包括对多次自由落体的全部观测数据分别解算垂直重力梯度，计算各次自由落体的下落距离拟合残差序列并进行叠加求平均得到残差均值序列；基于残差均值序列进行建模得到系统误差模型；计算得到系统误差模型残差序列，确定参与解算的下落时段；针对各个单次自由落体整个下落时段改正下落距离观测量并重新解算垂直重力梯度，利用下落时段内的改正后的下落距离观测量解算垂直重力梯度；对多次自由落体的结算结果进行统计，得到垂直重力梯度最优估值和统计精度。本发明在减小绝对重力测量的成本同时，保证测得的垂直重力梯度结果稳定有效。

摘要： 本发明涉及一种基于原子干涉效应的绝对重力仪、陀螺仪一体式敏感器，其包括安装于磁屏蔽单元内的真空单元，第一探测单元、第二探测单元及光学单元。本发明涉及一种基于原子干涉效应的绝对重力仪、陀螺仪一体式敏感方法：通过测量横向原子干涉相位差来敏感角速度信息和加速度信息；通过测量竖直方向的原子干涉相位信息，敏感绝对重力加速度信息。本发明可实现单个腔体绝对重力加速度信息提取、单轴转动信息和加速度信息提取，极大缩减敏感器的体积和尺寸，结构简洁，便于实现用于惯性导航系统的原子惯性测量敏感器装置。

摘要： 本发明提供一种冷原子绝对重力仪自动调平装置及冷原子绝对重力仪，涉及重力测量领域。本发明自动调平装置依靠测倾仪、胡克铰组、控制器、平台体、球铰组件、驱动组件等以特定方式连接配合，能够提供高精度水平姿态信息用于冷原子绝对重力仪设备的系统标定。尤其是在野外场地使用过程中，该自动调平装置能够对重力敏感单元高精度快速调平，从而便于保证冷原子绝对重力仪快速测量。

摘要： 本发明公开了一种绝对重力测量方法及绝对重力仪。本发明的测量方法步骤包括：1)在待测位置设置一平移运动测量元件和一旋转运动测量元件；2)利用该平移运动测量元件测量得到在该待测位置因平移运动产生的相对位移d，利用旋转运动测量元件测量得到平移运动测量元件敏感轴因旋转运动产生的旋转角度θ；3)根据公式确定该待测位置的绝对重力加速度g；其中f为观测频率。本方法可直接从天然地震波中观测绝对重力，因而无需主动或被动隔振装置，且可以实现地震、重力的同时观测，便于地球物理联合勘探的实施；在理论上，随着观测频率的降低，绝对重力的观测精度将依照平方关系增加，有利于提升绝对重力观测的精度。

摘要： 本发明提供一种基于绝对重力仪的垂直重力梯度提取方法及系统，包括对多次自由落体的全部观测数据分别解算垂直重力梯度，计算各次自由落体的下落距离拟合残差序列并进行叠加求平均得到残差均值序列；基于残差均值序列进行建模得到系统误差模型；计算得到系统误差模型残差序列，确定参与解算的下落时段；针对各个单次自由落体整个下落时段改正下落距离观测量并重新解算垂直重力梯度，利用下落时段内的改正后的下落距离观测量解算垂直重力梯度；对多次自由落体的结算结果进行统计，得到垂直重力梯度最优估值和统计精度。本发明在减小绝对重力测量的成本同时，保证测得的垂直重力梯度结果稳定有效。

摘要： 本发明公开了一种弹射式绝对重力仪落体棱镜上抛控制装置及重力测试方法。所述装置，包括圆柱形的真空腔体、落体棱镜、离子泵，所述的真空腔体的底部设有弹射装置，真空腔体的底部中央设有透视窗镜。在圆柱形的真空腔体内，利用弹射装置将落体棱镜上抛，使落体棱镜具有一段自由上升和自由下落的测试过程，测试激光束进入真空腔体后被处于自由上升或自由下落过程的落体棱镜反射，发射出来的测试激光束与参考激光束进行干涉产生干涉条纹，通过检测条纹的过零位置，计算得到重力加速度。本发明对真空腔中残余分子阻力不敏感，提高测量精度；没有采用马达，不需采用过真空传动装置。

摘要： 本发明涉及一种基于原子干涉效应的绝对重力仪、陀螺仪一体式敏感器，其包括安装于磁屏蔽单元内的真空单元，第一探测单元、第二探测单元及光学单元。本发明涉及一种基于原子干涉效应的绝对重力仪、陀螺仪一体式敏感方法：通过测量横向原子干涉相位差来敏感角速度信息和加速度信息；通过测量竖直方向的原子干涉相位信息，敏感绝对重力加速度信息。本发明可实现单个腔体绝对重力加速度信息提取、单轴转动信息和加速度信息提取，极大缩减敏感器的体积和尺寸，结构简洁，便于实现用于惯性导航系统的原子惯性测量敏感器装置。