测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种能够测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪及测量方法。其中绝对重力仪包括：真空落体系统、上支撑调节系统、激光干涉系统、隔振系统、下支撑调节系统。真空落体系统与隔振系统设计为连接的接口相同具有互换性的腔体，从而实现仪器不同测量模式架设过程中两个系统位置的互换。真空落体系统中的落体棱镜和隔振系统中的参考棱镜均设计为双向角锥棱镜的组合。高位置测量模式真空落体系统在上，隔振系统在下，测量高位置处的绝对重力值；低位置测量模式隔振系统在上，真空落体系统在下，测量低位置处的绝对重力值。通过两种测量模式分别获得高位置和低位置处的绝对重力值，并记录落体对应的有效高度，从而实现重力垂直梯度的测量。重力垂直梯度的测量。重力垂直梯度的测量。

【技术实现步骤摘要】
测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪及测量方法


[0001]本专利技术涉及一种绝对重力测量技术的改进，属于绝对重力仪领域，尤其涉及一种能够测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪及测量方法。

技术介绍

[0002]重力场是反映地球内部物质结构及其变迁的地球物理基本场，高精度重力观测资料是地球科学研究、资源勘探、地震监测预报等领域的基础，也是潜艇重力辅助导航和导弹制导等领域不可或缺的战略数据。
[0003]绝对重力仪是一种直接测量重力加速度值的精密仪器，是重力场观测的重要手段之一，由于存在重力垂直梯度γ(全球平均值约为
‑
3.086μGal/cm)，即使是一小段落体距离也会导致测量结果的变化，并且为了方便后续重力数据的应用，通常还需要通过重力垂直梯度将重力值从等效高度处归算到测点的墩面位置。目前重力垂直梯度的测量通常使用两台高精度的相对重力仪(精度要求20μGal)在墩面与离墩面1.3m高度处(高度读取精度要求1mm)的两点之间通过多次往返测量得到两点之间的段差，通过计算得到测点位置的重力垂直梯度。因此，实际进行高精度绝对重力测量时，不仅需要携带高精度的绝对重力仪，而且需要额外携带高精度的相对重力仪，大幅增加采购和运输成本。
[0004]高精度绝对重力仪测量的是落体角锥棱镜下落等效起始点位置处的重力值，对于目前商用的高精度FG5或FG5X型绝对重力仪约为距离地面1.3m处。其本体部分主要包含真空落体系统、上支撑调节系统、激光干涉系统、隔振系统、下支撑调节系统等部分，一般呈上下布置，真空落体系统在最上端，由上支撑调节系统支撑，往下依次为激光干涉系统、隔振系统和下支撑调节系统，另外还需要控制机箱和数据处理软件系统等。真空落体系统和隔振系统中均有一个角锥棱镜，其特点是反射光平行于入射光。根据现在的上下布置，真空落体系统中的角锥棱镜只能反射从下往上的入射光，隔振系统中的角锥棱镜只能反射从上往下的入射光，直接替换真空落体系统和隔振系统的位置将无法形成正常的光路。

技术实现思路

[0005]针对现有高精度绝对重力和重力垂直梯度测量的实际应用需求和现有技术的不足，本专利技术提供一种能够测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪及测量方法，通过设计连接的接口一致的真空落体系统和隔振系统，能够实现真空落体系统和隔振系统的位置互换，以两种测量模式分别获得高位置和低位置处的绝对重力值，并记录两种测量模式架设时落体对应的有效高度，计算得到测点的重力垂直梯度。仅需一台绝对重力仪，无需额外的高精度相对重力仪，即可实现高精度绝对重力和重力垂直梯度的测量，大幅简化了实际绝对重力测量的设备，节约了采购和运输成本。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种能够测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪，包括真空落体系统、上支撑调节系统、激光干涉系统、隔振系统和下支撑调节系统；
[0007]所述真空落体系统的顶部设计为与激光干涉系统底部连接的接口，所述真空落体
系统的底部设计为与上支撑调节系统、下支撑调节系统连接的接口；
[0008]所述隔振系统的顶部设计为与激光干涉系统底部连接的接口，所述隔振系统的底部设计为与上支撑调节系统、下支撑调节系统连接的接口；
[0009]所述真空落体系统与隔振系统高度相同或相近，在架设时实现位置的互换，利用真空落体系统在不同架设位置时进行绝对重力测量，并测量和记录对应架设位置的等效高度，从而实现重力垂直梯度的测量。
[0010]更进一步地，所述真空落体系统包括对称设置的两个第一角锥棱镜，两个第一角锥棱镜的锥尖端上下正对设置。
[0011]更进一步地，所述隔振系统包括对称设置的两个第二角锥棱镜，两个第二角锥棱镜的锥尖端上下正对设置。
[0012]本专利技术还提供了基于上述绝对重力仪的一种测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪的测量方法，包括下述步骤:
[0013]步骤一：先按从上至下依次为真空落体系统、上支撑调节系统、激光干涉系统、隔振系统、下支撑调节系统架设仪器，此时，获取高位置处X
H
的绝对重力值g
H
；
[0014]步骤二：再将真空落体系统、隔振系统位置互换，按从上至下依次为隔振系统、上支撑调节系统、激光干涉系统、真空落体系统、下支撑调节系统架设仪器，此时，获取低位置处X
L
的绝对重力值g
L
；
[0015]步骤三：将高位置处X
H
的高度值及其对应的绝对重力值g
H
，以及低位置处X
L
的高度值及其对应的绝对重力值g
L
，一并代入下述公式得到重力垂直梯度γ；
[0016][0017]上述改进技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0018]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术的一种能够测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪中，真空落体系统与隔振系统设计为连接的接口相同具有互换性的腔体，从而实现仪器不同测量模式架设过程中两个系统位置的互换。以两种测量模式分别获得高位置和低位置处的绝对重力值，并记录两种测量模式架设时落体对应的有效高度，计算得到测点的重力垂直梯度。无需额外的高精度相对重力仪，即可实现高精度的重力垂直梯度的测量。因此，本设计不需要额外的高精度相对重力仪，仅需一台绝对重力仪即可实现高精度的绝对重力测量或重力垂直梯度测量，大幅减少采购和运输成本，仪器结构简单，装调方便，应用范围广。
附图说明
[0019]图1是本专利技术高位置测量模式的结构示意图。
[0020]图2是本专利技术中真空落体系统的结构示意图。
[0021]图3是本专利技术中真空落体系统的仰视图。
[0022]图4是本专利技术中落体棱镜机构的结构示意图。
[0023]图5是本专利技术中隔振系统的结构示意图。
[0024]图6是本专利技术中隔振系统的仰视图。
[0025]图7是本专利技术中隔振机构的结构示意图。
[0026]图8是本专利技术中参考棱镜机构的结构示意图。
[0027]图9是本专利技术中激光干涉系统的结构示意图。
[0028]图10是本专利技术上支撑调节系统的结构示意图。
[0029]图11是本专利技术下支撑调节系统的结构示意图。
[0030]图12是本专利技术低位置测量模式的结构示意图。
[0031]图中：真空落体系统1、第一上盖板11、第一上通光孔12、真空落体机构13、落体棱镜机构131、内腔132、支撑凸起133、第三通光孔134、第一棱镜盒135、第一角锥棱镜1353、框体136、支撑机构137、传动皮带138、传动机构139、第二棱镜盒1310、第一定位销14、离子泵15、驱动电机16、第一下盖板17、第一下通光孔18、第一定位孔19、激光干涉系统2、隔振系统3、第二上盖板31、第二上通光孔32、隔振机构33、磁反馈装置331、支撑弹簧333、参考棱镜机构334、棱镜框3341、第一参考棱镜腔3本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪，其特征在于：包括真空落体系统(1)、上支撑调节系统(4)、激光干涉系统(2)、隔振系统(3)和下支撑调节系统(5)；所述真空落体系统(1)的顶部设计为与激光干涉系统(2)底部连接的接口，所述真空落体系统(1)的底部设计为与上支撑调节系统(4)、下支撑调节系统(5)连接的接口；所述隔振系统(3)的顶部设计为与激光干涉系统(2)底部连接的接口，所述隔振系统(3)的底部设计为与上支撑调节系统(4)、下支撑调节系统(5)连接的接口；所述真空落体系统(1)与隔振系统(3)高度相同或相近，在架设时实现位置的互换，利用真空落体系统(1)在不同架设位置时进行绝对重力测量，并测量和记录对应架设位置的等效高度，从而实现重力垂直梯度的测量。2.根据权利要求1所述的一种测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪，其特征在于：所述真空落体系统(1)包括对称设置的两个第一角锥棱镜(1353)，两个第一角锥棱镜(1353)的锥尖端上下正对设置。3.根据权利要求1或2所述的一种测量绝对重力或重力垂直梯度的绝对重力仪，其特征在于：所述隔振系统(3)...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴晓敏，田蔚，张为民，薛怀平，李一民，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：发明
国别省市：