CHZ-Ⅱ海洋重力仪研制与实践

海洋重力仪是获取高精度高分辨率海洋重力场的重要仪器,主要应用于资源勘探、大地水准面精化、海洋科学研究和重力辅助惯性导航等领域。我国现有的海洋重力仪主要依靠国外进口,不仅价格高,而且在仪器的引进、维护等方面存在诸多的不便。在科技部首批重大科学仪器专项的支持下,基于CHZ海洋重力仪成功研制出具有完全自主知识产权的CHZ-Ⅱ弹簧式海洋重力仪。该新型重力仪采用金属零长弹簧作为测量元件,其独特的轴对称垂直悬挂结构可克服交叉耦合效应;高精度伺服控制技术及强阻尼的应用可克服载体扰动的影响,确保仪器在不同海况下保持测量精度;高精度恒温技术及温度补偿技术可消除环境温度波动对仪器测量精度的影响。本文介绍了该仪器的工作原理、系统构成、技术特点及测试结果。静态试验表明其月漂移优于3 mGal;码头系泊试验表明其动态精度达到0.2 mGal,能清晰反映海潮的重力变化特征;总航程超过5万海里船载试验表明其综合测量精度优于1 mGal。仪器在精度和稳定性上达到与国内外同类仪器并跑水平,可替代当前国外进口的海洋重力仪。

海洋重力仪金属零长弹簧的性能研究及研制

揭示海洋重力仪金属零长弹簧的物理特性,阐述基于Fe-Ni系恒弹性合金研制金属零长弹簧的工艺,并系统总结关键研制过程及研制难点,研制出一批性能优异、零长状态佳的海洋重力仪金属零长弹簧。

DGS-AT1M型海洋重力仪静态观测结果分析与评估

海洋重力仪的性能直接决定测量数据的质量,而海洋重力仪稳定性则是反映仪器性能的关键性指标。本文结合DGS-AT1M型海洋重力仪静态试验,分析了静态试验过程中影响观测结果的主要因素,研讨了海洋重力仪静态试验稳定性评估方法及流程,对该型海洋重力仪稳定性进行了分析与评估。首先,计算了理论固体潮重力值变化,改正了固体潮对静态观测结果的影响;然后,对单日观测数据以及整体数据进行分析;最后,根据稳定性评估流程,利用固体潮改正后的剩余观测值计算了仪器的零漂率、月漂以及准确度。计算表明,该型重力仪试验月漂值为-1.020 mGal,零漂线性良好且漂移率为-0.034 mGal/day,设备的测量准确度为0.085 mGal,符合重力测量的规范要求,可用于高精度海洋重力测量。

SAG-2M型与KSS31M型海洋重力仪比测结果分析

为检验我国自主研发的SAG-2M型海洋重力仪的技术性能,验证其获取重力数据的可靠性,选用德国KSS31M型海洋重力仪开展同船比测工作。按照海洋地质调查规范分别处理了2台重力仪的原始重力数据,对2台重力仪得到的自由空间重力异常数据的交点差、测线及网格数据进行了对比分析及相关性分析。数据对比分析结果表明,两种型号重力仪测量精度相当,数据异常形态及变化趋势一致,幅值基本吻合,两者数据高度线性相关。通过此次同船比测工作,认为我国自主研发的SAG-2M型海洋重力仪平台稳定,测量精度与德国KSS31M型海洋重力仪相当,该比测结果对今后SAG-2M型海洋重力仪的研发及测量工作具有重要参考价值。

GT-1M海洋重力仪与KSS31M海洋重力仪的对比

为了检验俄罗斯、加拿大合作生产的GT-1M海洋重力仪与德国KSS31M海洋重力仪的工作性能,验证GT-1M重力数据的可靠性,将GT-1M采集的3条重力剖面与KSS31M重力仪采集的重力测网进行了对比分析。结果显示:GT01剖面与26条KSS31M重力测线的交点差均值为0.31mGal,交点差均方根为2.51mGal;GT02剖面与11条KSS31M重力测线的,交点差均值为–0.78mGal,交点差均方根为1.97mGal;全部交点差均值为–0.01mGal,均方根(RMS)为2.32mGal。GT01剖面与KSS31M测网网格化切割的剖面的变化趋势一致,重力变化幅值基本吻合,相关系数为0.98;而GT02剖面位于KSS31测网边缘,网格化切割的KSS重力剖面不能反应真实的重力场,虽然GT02剖面变化趋势一致,但相关系数仅为0.94,在相位上也明显有误差。考虑到测网位于海底地形崎岖的深水区,而且两次测量时间间隔达3a,因此GT-1M重力仪测试的结果还是基本与KSS31M重力仪吻合的,数据是可靠的。该分析结果对今后的重力测量工作有参考价值。

多型号海洋重力仪的海上比测结果分析

通过对GT-2M、KSS-31M和ZLS三种不同型号海洋重力仪开展同船环境下的同步系统测试工作,依据海洋地质调查规范要求对获得的测试结果进行预处理,在分析相同测量环境下各重力仪得到数据的空间变化特征和测线交点差的基础上,探讨其相应的技术性能和工作特点。可认为这三种不同类型重力仪的测试结果总体上差别不大,但在船只变速、转向和恶劣海况等因素影响下所表现出的技术特点有较大差异。

CHZ-Ⅱ海洋重力仪重力敏感结构的性能测试与分析

在原有CHZ重力仪研制基础上,设计新一代海洋重力仪CHZ-Ⅱ并进行硬件搭建与测试。阐述了为CHZ-Ⅱ重力敏感结构设计的测试方案、实验过程及其结果分析,主要包括弹性系统的刚度、交叉耦合效应和漂移效应。实验表明,该结构在目前的测试内容下符合设计要求。

SⅡ型海洋重力仪的特点及使用问题

最新引进LaCoste&Romberg公司的SⅡ型海洋重力仪,是对S型海洋重力仪进行全自动化控制升级的新型产品,其操作使用模式已在很多方面不同于原有的S型海洋重力仪。在比较新老产品差异的基础上,探讨了SⅡ型海洋重力仪的相关使用问题。

KSS 31M海洋重力仪静态观测结果及分析

根据对新型KSS31M海洋重力仪一个多月的室内静态观测记录分析,得到的结果是:该台重力仪的静掉格呈线性,掉格率约为 1mGal/month,静态观测分辨率为 0 01mGal。显示该型重力仪静态漂移极小,灵敏度高,抗干扰能力强。

KSS31 M型海洋重力仪在海边静态观测的结果——兼与栾锡武先生商榷

本文介绍了在海边进行的为期32 d的KSS31 M海洋重力仪静态观测结果,试验数据表明:KSS31 M海洋重力仪可以清晰地记录重力固体潮理论值的变化,精度优于0.1×10-5m.s-2(即常用的0.1 mGal);潮汐海浪对重力仪观测数据产生了很大的影响,重力观测值表现出曲线变化特征,周期与海潮周期一致,变化幅度高达1.7×10-5m.s-2;重力仪的月漂移小于1.7×10-5m.s-2.

System Ⅱ型海洋重力仪静态观测结果与分析

根据青岛海洋地质研究所新购置System II型海洋重力仪的静态观测实验,分析了重力数据的变化情况,检测到该仪器单日记录数值较为稳定,但伴随有小于±0.1mGal左右的震荡。同时分析了该设备对固体潮的反映,静态观测重力值所展现的变化特征和周期性与固体潮相一致。鉴于其能明显反应固体潮对静态观测重力值的影响,可认为其静态观测精度优于0.2mGal。并测定了重力仪月漂值小于国家标准3mGal/月。同时比较讨论了与KSS31M型重力仪在中科院海洋研究所的静态观测数据的区别与联系。

利用相关分析法对S型海洋重力仪数据进行分析与改正

在理想情况下,海洋重力仪的测量数据经厄特弗斯校正和交叉耦合改正后应不受载体运动状态的影响,即与仪器的运动状态没有任何的相关性。但实际测量结果表明,当海况较差时,载体的运动状态对S型海洋重力仪的测量数据有着较为明显的影响。通过对实测重力数据和仪器运动状态的相关分析,指出仪器原来交叉耦合改正的不足,并且利用线性回归进一步对重力数据进行了改正。

KSS31 M型海洋重力仪动态性能的分析

采用海上实测数据对KSS31M(SN 036)海洋重力仪的阻尼延迟时间和可靠性做了分析,提出采用船只机动转向时重力数据和定位数据、厄特渥斯值的响应时间差来确定在该海况和仪器滤波系数时重力仪的阻尼延迟时间。得到的2级海况滤波系数下的阻尼延迟时间为60 s,比厂方提供的理论值更接近实际。本方法有助于提高海洋重力测量的精度。同时重力读数与厄特渥斯值变化的相位和振幅吻合,表明KSS31M海洋重力仪具有很高的可靠性和准确性。

SⅡ型海洋重力仪加速度计水平的调整

在对SII型海洋重力仪加速度计水平调整的时候,有时会遇到纵、横水准气泡已经居中,而纵、横加速度计的输出却比较大;一个方向的水准气泡已经居中,另一个方向的气泡来回振荡等现象,虽然长时间、多次进行加速度的水平调整,也无法达到要求。针对出现的这些问题,提出了通过修改系统配置文件达到加速度计水平的目的。经实际应用,该方法有效可行,它对加速度计水平的调整起到很好的补充作用。

SII型海洋重力仪摆增益调节方法与应用

不同序号的海洋重力仪内部结构有所不同,常规使用的摆增益调节方法对有些仪器无效。详细介绍了摆增益调节的要求以及三种不同的摆增益调节方法,分析了这三种摆增益调节方法的优缺点,并就如何选择使用这三种不同的摆增益调节方法提出了建议,实践证明效果良好。

KSS31M型海洋重力仪阻尼延迟时间修正后对重力测网精度的影响

对KSS31M型海洋重力仪阻尼延迟时间进行了修正,分别用修正前的110s阻尼延迟时间和修正后的60s阻尼延迟时间对南海某工区的重力数据进行了校正和处理,结果表明:用110s阻尼延迟时间对数据进行校正后得到的测量精度在平差前为1.6mGal,平差后为1.0mGal,用60s阻尼延迟时间对数据进行校正后得到的测量精度在平差前为1.4mGal,平差后为0.8mGal,平差前和平差后的测量精度均提高了0.2mGal。此结果证明了利用船只机动转向确定海洋重力仪在测量过程中的实际阻尼延迟时间方法的必要性和实际应用价值。

德国GSS-2型海洋重力仪更新性改造

本文简述了我国引进的德国海洋重力仪器现状 ,介绍了一种新研制成功的与 GSS- 2型海洋重力仪探头适配的数字检测控制装置和具当代先进水平的计算机虚拟仪表终端系统 ,并给出了 GSS-

KSS31海洋重力仪的长期零点漂移特征

通过对两套德国生产的KSS31海洋重力仪十多年来的零点漂移变化观测数据的整理,分析了长期以来零点漂移特征及其影响因素。本文认为缓慢的正向漂移是海洋重力仪零点漂移之总体趋势,其中会出现一些正负的波动,而大的零点漂移波动往往对应着设备状态出现的大变化。建议在海洋重力仪的搬运、重新安装之后需加强监测;重力仪的恒温系统需长期保持工作状态;最后认为长期对海洋重力仪的零点漂移保持跟踪,对于海洋重力仪的维护、使用以及测量资料的精度保证十分必要。

KSS31M型海洋重力仪在动、静态条件下观测到的读数变化及分析

2002年中国科学院海洋研究所从德国引进了KSS31M型海洋重力仪.为对该重力仪的工作性能有详细的了解,分别在德国重力仪生产厂实验室、中国科学院海洋研究所重力仪实验室进行了静态的定点观测,将重力仪安装在考察船上在黄埔江渔政码头等地进行了动态条件下的定点观测.动、静态的定点观测发现了多种规律性的重力仪读数变化,分析认为这些规律性的读数变化分别是重力仪的随机振荡、月潮的重力效应、海潮的重力效应和重力仪的线性漂移.它们各自有着不同的变化规律,并在海洋重力观测时总是同时存在.重力仪的随机振荡是重力仪自身固有的,其振荡幅度随外界条件的变化而变化,一般为0.04mGal～0.5mGal,周期为2～5min不等.在德国的重力仪厂家实验室和中国科学院海洋研究所重力实验室中观测到了月潮引起的重力变化,其变化幅度为0.2mGal.月潮引起的重力变化和海潮引起的重力变化同步,但相位相反.本文指出,仪器的月漂往往很难精确判定,本文用多种方法计算得到的仪器月漂在1.2mGal到2.3mGal之间.

KSS32-M型海洋重力仪动态性能分析

采用测网交点差、重复测线和与KSS31-M型海洋重力仪重合测线对比的方法,利用近年来KSS32-M海洋重力仪的实测数据对KSS32-M海洋重力仪测量稳定性和数据可靠性进行分析。利用机动转向法验证重力仪阻尼延迟时间为70 s,基于70 s阻尼延迟时间计算的重力测网的测量准确度为0.65 m Gal,与KSS31-M型海洋重力仪采集的重力剖面对比结果看,重合测线相关性为高度相关,4条重合测线网的交点差绝对值最大为1.66 m Gal,准确度为0.59 m Gal,均达到国家标准要求的近海重力测网交点差均方根小于2 m Gal的技术指标。重复测线的幅值接近,相位吻合,匹配测点异常差的平均值小于0.9,均方根均小于0.8,相关性均在0.98以上。本研究表明KSS32-M型海洋重力仪动态测量性能稳定、测量数据可靠。