绝对重力仪落体光心质心距调校方法研究

为了最小化激光干涉式绝对重力仪中落体旋转引入的重力加速度测量误差,提出了一种基于落体悬吊的光心质心间距调校方法,结合落体的外部结构,搭建了一套简易高效的落体调校装置。该装置采用光电自准直仪测量落体悬吊状态下的俯仰角,可实现对落体质心位置的高准确度调节,进而完成对落体光心质心距的调校。对装置的测量不确定度进行了评估,得到落体光心质心距测量的合成标准不确定度为18.85μm。最后在NIM-3A型绝对重力仪上进行实验验证。结果表明,悬吊法调校落体的光心质心距优于20μm。若落体旋转角速度控制在0.02 rad/s以内,则落体引入的重力加速度的误差优于1μGal。

自由落体式绝对重力仪(A10型)测量关键技术与拉力调试方法

绝对重力仪是目前用于获得重力加速度,并服务于国家重力基准网建设的主要技术力量。综合考虑野外流动绝对重力测量环境和条件要求,A10型绝对重力仪正成为FG5型绝对重力仪由室内扩展室外观测的重要帮手;为保证仪器正常运行且观测数据可靠,开展A10型绝对重力仪调试与维护关键技术研究十分必要。本文基于A10型绝对重力仪与CG5型相对重力仪在三峡库区七个测点的联测段差对比、数据处理过程中固体潮与高度改正、计量参数激光频率变化、新旧测时卡替换中参数设置变化等重要环节,探讨了A10型绝对重力仪野外观测效率、数据处理与仪器校准等关键问题,并且根据使用与测试经验,给出了由于使用年限增加而经常出现落体拉力的调试流程,以上技术总结能够对该仪器长期维护与准确测量等方面提供重要的保障。

绝对重力仪落体光心与质心空间距离测量

为了准确测量重力仪落体光心与质心距离,减少落体光心与质心不重合引起的旋转对重力加速度测量的影响,设计了落体光心与质心空间距离测量装置。提出了1种光心与质心间距的计算方法,并仿真验证了计算方法的可行性。使用设计的测量装置对落体进行测试,结果表明:激光干涉仪在信号频率为0.3~0.5 Hz时的测量精度为0.1 nm,提出的计算方法可以使测量系统的A类不确定度优于10μm,最大调校测量误差为1μm。

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/s^(2),过零点算法的精度优于10−9 m/s^(2),直接正交算法的精度为(−7.9±2.0)×10−8 m/s^(2)。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/s^(2)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/s^(2)量级绝对重力的测量;在3—4级海况下,需根据振动信号对测量结果进行筛选以获得10^(−5)m/s^(2)量级绝对重力测量结果;4级以上海况则不适宜进行动态绝对重力测量。

2010~2018年中国大陆构造环境监测网络绝对重力仪比测结果分析

本文介绍了中国大陆构造环境监测网络(陆态网络)2010~2018年4次绝对重力仪比测的成果,4期系统偏差最大值分别为3.5μGal、1.7μGal、4.3μGal和3.8μGal(1μGal=10^-8m/s^2),仪器互差分别为0~5.5μGal、0.3~3.2μGal、0~3.4μGal和1.1~7.0μGal。结果表明,参与比测的绝对重力仪观测中误差均优于5.0μGal,性能稳定,仪器间不存在明显的系统偏差,满足中国大陆构造环境监测网络绝对重力测量的工程设计要求。

FG5/232绝对重力仪的试验观测结果

介绍了新引进的FG5/232绝对重力仪的技术特点、工作原理和试验观测结果。试验表明:FG5/232绝对重力仪测量结果的标准偏差小于±2×10-8ms-2,能够满足地震监测的高精度重力测量要求;该仪器在进行绝对重力测量时,一般情况下设置13～15组的连续观测,每组测量时落体的下落次数以100次为宜。

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.

A10-022绝对重力仪在庐山短基线的测量试验与分析

A10流动式绝对重力仪通过近几年来的改进与实用研究,已说明其观测结果的稳定性、可靠性及具有较高的测量精度。利用A10-022绝对重力仪对庐山短基线部分重力基点进行绝对重力测量,试验结果表明利用A10绝对重力仪进行室外相对重力仪格值标定场的流动绝对重力测量,是可行的,测量稳定而高效,获得的各基点重力值相互独立,没有误差积累与传递,观测结果精度较高。

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．

CCM.G-K2国际比对和NIM-3A型绝对重力仪

基于激光干涉法的自由落体原理,中国计量科学研究院研制了最新的NIM-3A型绝对重力仪。该仪器参加了第9届全球绝对重力仪国际比对CCM.G-K2,根据公布的国际比对结果,NIM-3A型绝对重力仪的测量结果与参比各仪器的测量结果达到了等效一致,测量结果的合成标准不确定度为5.3μGal。

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.

欧洲Walferdange绝对重力仪比对观测

介绍2007年11月在卢森堡Walferdange举办的第二次绝对重力比对观测的概况,简述数据处理方法以及结果分析。有20台绝对重力仪参加了比对观测,在ECGS共15个测点上的比测结果标准偏差小于2.1×10-8m s-2。

绝对重力仪研制中几种干扰因素的实验研究

利用观测精度可达1-2×10^-8ms＆-2,的FG5绝对重力仪,开展了空气阻力、有无隔震弹簧以及仪器自震对重力观测影响等观测实验.通过在环境干扰较小的九峰站观测实验,得到如下结论：在正常大气压状态下所观测到的空气阻力影响约500×10-5ms^-2,比理论估算值大近30×10^-5ms^-2,若在低真空状态测量空气阻力也将产生2.3×10^-5ms^-2观测误差;落体室真空度维持系统（离子泵）工作不正常,空气阻力也将对重力观测造成0.1～4.1×10^-5ms^-2的观测误差;在地质条件比较稳定,环境震动干扰较小的基墩上测量,隔震弹簧的作用对观测结果影响不明显,但对测量精度影响较大.上述观测实验的进行,为自由下落法绝对重力仪的研制提供可靠依据.

A-10绝对重力仪野外测量精度分析

用于测量垂向重力加速度(g)的A-10绝对重力仪具有高精度、高一致性、便捷式和现场易测等优点。通过野外观测得出:在满足精度的前提下,A-10绝对重力仪的测量组数、下落次数及测量时间可以少于目前FG5绝对重力仪观测相应的采集参数设置;测量结果与精度受观测台质量、天气等外界因素不同程度的影响。

中国绝对重力仪第二次比对测量

根据陆态网络(CMONOC)技术规程,参加绝对重力测定任务的绝对重力仪需在观测任务开始前进行比对观测,用以检验绝对重力仪的观测精度及稳定性,以及绝对重力仪之间的系统偏差,为评估观测结果提供参考依据。2013-06,相关单位的绝对重力仪在武汉4个绝对重力点上进行比对观测。结果显示,各个仪器的偏差均优于±2×10-8ms-2,能够满足CMONOC绝对重力测量的要求。

事件计时器在小型快速绝对重力仪中的应用

将事件计时器(A032-ET)用于小型快速绝对重力仪中,并与FG5-112中的时间间隔计数器(SR620)进行同步比对观测。观测结果表明,事件计时器在计时精度、数据传输速度及存储深度等方面优于时间间隔计数器。

绝对重力仪国际比对现状

当前负责重力测量的国际组织CCM-WGG和SGCAG决定今后将举办绝对重力仪区域性国际比对,并开始着手在世界范围内选择区域性国际比对点.CCM-WGG和SGCAG制定了国际比对的技术规范,讨论了绝对重力仪比对申请为关键性国际比对的议案.本文将介绍相关的国际情况以及中国计量科学研究院在这方面所做的工作.本文还将介绍2005年第七次国际绝对重力仪比对的情况和初步结果.

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号每次过零前后采样点的时间坐标;然后按照相同的下落高度均分这些过零点,得到落体运动轨迹上的"时间-位移"坐标,从而重建落体轨迹.模拟实验表明,该算法时间平均误差在±0.01ns范围以内,由此引入的计算测量重力加速度平均误差为5.2×10-12m/s2,一次完整测量循环的时间为15s,计算时间为2.5s.该结果保证了高精度绝对重力仪研制中对测量速度和计算精度的要求.

NIM稳频激光器在FG5-112绝对重力仪上的测试分析

利用中国计量科学研究院(NIM)研制的碘稳频He-Ne激光器替换FG5中使用的Winters Model 100碘稳频He-Ne激光器,并进行对比观测实验。实验表明,NIM的碘稳频He-Ne激光器能使FG5绝对重力仪正常工作,完全能够替代Winters Model 100碘稳频He-Ne激光器。

超小型绝对重力仪主机系统设计

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。