VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2015
УСТРОЙСТВО ГРАВИМЕТРА. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
Гравиметрические данные используются во многих сферах деятельности человека, как научных, так и практических. Так, например, на связи формы поверхности Земли с элементами гравитационного поля основан физический метод определения фигуры нашей планеты.
Решение редукционной задачи высшей геодезии, определение геодезических координат, высот практически невозможно без знания величин уклонения отвеса и аномалий высот, которые определяются по гравиметрическим данным.
Результаты измерения силы тяжести на поверхность Земли и фиксация ее изменения во времени позволяют изучать внутреннее строение Земли, определять ее физические параметры.
Все явления, происходящие на поверхности Земли, связаны с перемещением масс внутри нее. Эти явления можно фиксировать при постоянном мониторинге гравитационного поля в тектонически активных областях и тем самым делать прогноз возможных землетрясений или извержений вулканов.
Гравиметрия – раздел геофизики – наука об измерении и изучении распределения силы тяжести и ее составляющих на земной поверхности.
В предмет «Гравиметрия» входят вопросы использования результатов измерения силы тяжести для определения фигуры Земли и ее внутреннего строения, а также для изучения геологического строения ее верхних слоев: земной коры и мантии [1].
Задачей гравиметрии является определение гравитационного поля Земли и других небесных тел как функции местоположения и времени по измерениям силы тяжести и гравитационных градиентов на поверхности тела или вблизи него (рис.1).
Рис.1. Возможности гравиметрии
Гравиметр – прибор для измерения силы тяжести. Работа гравиметра основана на статическом методе, в котором наблюдают положение равновесия тела, находящегося под действием силы тяжести и силы, принятой за эталонную. За эталонную силу принимают упругую силу деформации пружин и нитей.
Устройство, с помощью которого компенсируется действие силы тяжести на тело постоянной массы и ее изменение преобразуется в перемещение тела, называется чувствительным элементом. Большинство современных гравиметров являются механическими. Чувствительный элемент такого гравиметра называется упругой системой, которая является главным узлом любого гравиметра [2].
Существует много типов гравиметров. Первый отечественный кварцевый астазированный гравиметр ГАК-3М был создан в 1953 г. во ВНИИ Геофизики группой специалистов, возглавляемой К.Е. Веселовым. В дальнейшем на его основе были разработаны гравиметры ГАК-ПТ, ГАК-7Т, ГАК-7Ш и др. Наиболее широкое применение на практике нашел гравиметр ГАК-7Т. Погрешность измерения силы тяжести этим гравиметром в зависимости от применяемой методики наблюдения составляет 0,03–0,06 мГал.
Основные характеристики гравиметров приведены в стандарте ГОСТ 13017–83 «Гравиметры наземные. Общие технические условия» и в стандарте СЭВ 5578–86 «Общие технические требования и методы испытаний».
Все типы гравиметров различаются конструктивными особенностями устройства упругих систем, что влияет на их точностные характеристики. Механическая часть у всех гравиметров остается практически неизменной, что упрощает процесс изготовления и наладки чувствительных систем [3].
Рассмотрим устройство и работу гравиметра наземного узкодиапазонного кварцевого второго класса точности ГНУ-КВ. Этот гравиметр применяется для детальных разведочных работ. Погрешность измерения им силы тяжести в рейсах продолжительностью не более 4 часов составляет ±0,03 мГал, порог чувствительности ±0,006 мГал. Вес прибора 4,5 кг. Данный гравиметр представлен на рисунке 2.
Рис.2 Гравиметр: а) внутренняя часть прибора; б) общий вид прибора; в) транспортировочный футляр цилиндрической формы, изготовленный из жести
Средняя часть гравиметра (рис.3) помещена во внешний кожух 1, который представляет собой полый цилиндр из листовой нержавеющей стали диаметром 132 мм с зеркальной внешней поверхностью.
Рис.3. Составные части гравиметра
Внутрь кожуха помещен цилиндр из пенопласта 2, в который вставляется сосуд Дьюара 3, а в него плотно входит средняя часть гравиметра 5. Уплотнение достигается с помощью шерстяного чехла 4, одеваемого на среднюю часть. Шерстяной чехол выполняет также роль теплоизолятора и предотвращает соприкосновение металла средней части гравиметра со стеклянными стенками сосуда Дьюара, предохраняя, тем самым, последний от разбиения.
Нижний торец цилиндра внешнего кожуха соединен с массивным основанием из текстолита, на котором по окружности, через 120°, укреплены три установочных винта. На нижней части подъемных винтов укреплены шарнирные круглые подпятники, которые увеличивают площадь опоры гравиметра на грунт.
На верхней части винтов находятся головки из эбонита, с помощью которых вращаются подъемные винты. Средняя часть прибора состоит из основания кварцевой системы, теплозащитного столба и верхней панели.
Кварцевая упругая система. Главной частью прибора является упругая кварцевая система, изготовленная из чистого кварцевого стекла (плавленый кварц), которая изображена на рис.4. Она состоит из следующих основных узлов: чувствительного элемента, представляющего собой вертикальный сейсмограф Голицина, трех пружин (главной 1, измерительной 2 и диапазонной 3), а также устройства для температурной компенсации 10–15,17. Все перечисленные элементы смонтированы на кварцевом каркасе 16, который посредством стойки 29 прикреплен к верхнему основанию корпуса гравиметра 30.
Рис.4. Кварцевая упругая система гравиметра ГНУ-КВ
Принцип действия системы заключается в следующем: при изменении силы тяжести маятник 5 будет отклоняться от первоначального положения равновесия до тех пор, пока силы, вызванные деформацией главной пружины и нитей подвеса маятника 9, не уравновесят изменение силы тяжести. Главная пружина соединена с маятником таким образом, что при изменении силы тяжести возникает дополнительный упругий момент силы главной пружины, знак которого совпадает со знаком изменения силы тяжести. Упругий момент, создаваемый главной пружиной 1 примерно в 100 раз больше остальных упругих моментов (диапазонной, измерительной и сил кручения нитей подвеса). Поэтому очень небольшие изменения силы тяжести вызывают большие деформации пружины и, следовательно, большие углы поворота маятника. Такие системы называются астазированными. При изменении наклона гравиметра изменяется его чувствительность. Если гравиметр наклоняется так, что прибор со стороны груза маятника поднимается относительно горизонта, то чувствительность возрастает. При наклоне в обратную сторону чувствительность уменьшается. Нормальное рабочее положение системы соответствует такому наклону всего прибора, при котором ось вращения маятника и центр тяжести груза лежат в одной горизонтальной плоскости, которая называется главной плоскостью гравиметра. Это положение соответствует минимальной чувствительности гравиметра к наклону [4].
Система нивелирования. Система нивелирования (рис.5) состоит из трех подъемных винтов 14 и двух цилиндрических уровней 7 и 10, оси которых расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Подъемные винты смонтированы на массивном основании из текстолита и расположены относительно друг друга, по окружности, через 120°. Уровень, ось которого параллельна линии соединяющей два подъемных винта, называется поперечным. Он контролирует горизонтальное положение нити подвеса маятника, которая параллельна оси поперечного уровня. Уровень, ось которого расположена по направлению третьего винта, называется продольным. Его ось расположена вдоль рычага маятника. Этот уровень контролирует горизонтальное положение маятника.
Рис.5. Система нивелирования
При высокоточных измерениях силы тяжести необходимо следить за тем, чтобы при нивелировании гравиметра его высота не менялась более чем на 3 мм, что соответствует изменению силы тяжести примерно на 1 мкГал. Обычно прибор нивелируют двумя подъемными винтами при неподвижном третьем.
Электрическая система. Система состоит из источника электропитания, электрической лампочки, электрического кабеля и системы подключения электроэнергии. В качестве источника электропитания используются или щелочные аккумуляторы типа СГД-5 емкостью 10 ампер-часов, или плоские батареи для карманного фонаря с выходным напряжением 4,5 В. Для увеличения емкости обычно составляют блок из двух-трех батарей, соединенных параллельно. Источником света является электрическая лампочка напряжением 2,5 или 3,5 В и током 0,15–0,25 А.
Оптическая система. Оптическая система гравиметра (рис.6) состоит из конденсора 2, создающего равномерное распределение светового потока от электрической лампочки 1, стеклянной призмы 3, обеспечивающей поворот светового луча на 180°, объектива 4 с фокусным расстоянием около 30 см и окуляра 5 с увеличением 20 крат, позволяющего рассматривать изображение индекса маятника 6 на окулярной шкале 7.
Рис.6. Оптическая схема гравиметра
Измерительная система. Система предназначена для определения величины отклонения маятника от горизонтального положения под действием силы тяжести. Основной частью измерительного устройства является микрометренный винт 11 (рис.5), который одним концом связан с подвижным штоком 38, а другим – с отсчетным устройством 7. С подвижным штоком микровинт связан через шарик 14. Постоянный контакт между ними обеспечивается люфтовыбирающей пружиной 42. Величина угла поворота микрометрического винта является мерой изменения силы тяжести, которая определяется счетчиком (рис.7).
Рис.7. Отсчетное устройство гравиметра
Микровинт имеет шаг (расстояние между витками резьбы) 0,5 мм. Погрешность микрометрического винта, как правило, не превышает 10 микрон (1 мк = 1 ⋅ 10–6м). Жесткость измерительной пружины подбирается такая, чтобы один оборот микровинта, перемещающегося на 0,5 мм, соответствовал изменению силы тяжести на 6–8 мГал. Полный ход микровинта 7,5 мм (15 оборотов), что соответствует диапазону измерения силы тяжести без перестройки 90–120 мГал.
Диапазонная система. Система служит для перестройки диапазона измерения силы тяжести на другой интервал, допустим от 100 до 200 мГал. Устройство состоит из диапазонной пружины 3 (рис.4), нижний конец которой прикреплен к заднему отростку рычага маятника 26, а верхний приварен к подвижному штоку диапазонного винта 21. Жесткость диапазонной пружины в 50–80 раз больше жесткости измерительной. Она такова, что перемещение штока на 0,5 мм (на один оборот) соответствует изменению силы тяжести на 200–300 мГал. Полный ход винта 5–7 мм. Таким образом, изменение полного диапазона измерения силы тяжести будет составлять 2 000–3 000 мГал.
Вакуумное устройство. Для исключения влияния давления воздуха и температуры на показание гравиметра, из объема, в котором находится кварцевая чувствительная система, откачивается воздух. Откачивание воздуха производят вакуумным насосом через вакуумный кран (рис.8).
Рис.8. Вакуумное устройство
Остаточное давление в герметизированном корпусе составляет 1–3 мм рт. ст. (133,3–399,9 Па). Вакуумное устройство позволяет откачать воздух из герметичной камеры без разборки средней части гравиметра.
Термостатирование гравиметра. Под действием температуры изменяются параметры пружин и нитей подвеса маятника, что приводит к кажущемуся изменению силы тяжести. Чтобы исключить влияние температуры на показания прибора, необходимо поместить упругую систему гравиметра в термостат-устройство, поддерживающее постоянную температуру в объеме, где находится чувствительная система. В практике гравиметрических работ применяют или активное или пассивное термостатирование.
Активное термостатирование применяется в маятниковых приборах, в гравиметре ГАГ-2, и обычно, в гравиметрах с металлической упругой системой. При этом увеличивается вес прибора [5].
В гравиметрах типа ГНУ выполняется пассивное термостатированте. В качестве пассивного термостата используется сосуд Дьюара – стеклянная колба с двойными стенками, из пространства между которыми откачан воздух (рис.9).
Рис.9. Схема активного термостата
В качестве теплоизоляторов в гравиметре выступают также цилиндр из пенопласта и шерстяной чехол, одеваемый на внутренний корпус гравиметра.
Кроме того, верхний кожух гравиметра имеет зеркальную поверхность, которая отражает солнечные лучи. Внутренняя поверхность футляра транспортировочного ящика покрыта поролоном. Остаточный температурный эффект исключается температурным компенсатором чувствительной системы гравиметра. Изменение температуры внутри гравиметра фиксируют ртутным термометром с ценой деления 0,5 °С.
Литература:
Грушинский Н. П. Основы гравиметрии. — М.: «Наука», 1983. — 351 с.
Грушинский Н.П., Сажина Н.Б. Гравитационная разведка. – М. : Недра, 1988. — 364 с.
ГОСТ 13017-83 – Межгосударственный стандарт «Гравиметры наземные. Общие технические условия». – ИПК Издательство стандартов. – Москва.
А. В. Ладынин, А. Н. Василевский, А. А. Попова. Методическое пособие – Учебная полевая практика по гравиразведке и магниторазведке (на полигоне Шира). – Новосибирский государственный университет, 2000. – 69 с.
Кузьмин, В.И. Гравиметрия: учеб. пособие / В.И. Кузьмин. – Новосибирск: СГГА, 2011. – 193 с.
Источник
Измерение силы тяжести гравиметрами
По конструкции гравиметры чрезвычайно разнообразны и различаются по:
— типу уравновешивающей силы (пружинные, газовые, жидкостные и т.п.);
— способу перемещающей массы (вращательные (II рода), поступательные (I рода) и т.п.);
— материалу, из которого изготовлена упругая система (кварцевые, металлические и т.п.).
В основном, при гравиметрических съемках применяют гравиметры с пружинными чувствительными системами (II рода), изготовленными из кварца и астазированными.
Термин: Астазированный кварцевый гравиметр означает, что его чувствительная система находится в неустойчивом равновесии. При этом небольшие изменения 
приводят к отклонениям маятника прибора на значительный угол, что повышает чувствительность прибора.
Астазирующее действие осуществляется специальной пружиной.
Рассмотрим схему астазированного кварцевого гравиметра:
Упругая кварцевая система гравиметров состоит из трех основных частей:
— чувствительного элемента (в котором использован принцип вертикального сейсмографа Б.Б. Голицына);
Вся кварцевая пружинная система закреплена на рамке (1). На нити подвеса (2) закреплены маятник (3), главная астазирующая пружина (4) и две рамки, которые связаны с микрометренной пружиной (5) и диапазонной пружиной (6). Жесткость пружины (6) намного больше, чем пружины (5). Пружина (5) связана с отсчетным микрометренным устройством (7). Пружина (6) прикреплена к диапазонному винту (8).
Жесткость кварцевых пружин зависит от температуры окружающей среды, поэтому гравиметры оснащают специальным устройством температурной компенсации, включающим металлическую нить (9), рычаг (10) и кварцевую нить (11), связанную с вращающейся рамкой.
При увеличении 
жесткость кварцевых элементов растет и маятник (3) начинает двигаться вверх. Металлическая нить (9) растягивается и через рычаг (10) и нить (11) создает раскручивающий момент нити подвеса (2). Это приводит к возрасту маятника в исходное состояние.
Кроме того, в качестве стабилизатора температуры выступает и сосуд Дьюара (термос), в которой помещается вся кварцевая система гравиметра. Сосуд Дьюара представляет собой вакуумированный стеклянный стакан (сосуд), помещенный в защитный теплоизоляционный корпус.
Чувствительный элемент представляет собой маятник (3) с платиновым грузиком на конце. Он удерживается в состоянии неустойчивого равновесия (астазирования) упругими силами нитей подвеса (2) и главной астазирующей пружины (4). Платиновый грузик служит для увеличения момента масс, уменьшения действия электрических зарядов и прилипания маятника к ограничителям (они не показаны на рисунке).
Микрометренное устройство (5, 7 + 6, 8) предназначено для установки маятника в горизонтальное положение. Способ измерения силы тяжести компенсационный. Компенсация осуществляется путем изменения крутящего момента нитей подвеса (2) при помощи микрометренного устройства. Микрометренное устройство имеет от 0 до 15 оборотов. Цена деления ≈10мГл/деление, т.е. с помощью микрометренного винта можно измерить приращение 
. После этого необходимо изменить диапазон с помощью пружины (6) и винта (8). Диапазон можно менять в пределах 
.
Измерения на каждом пункте наблюдения сводятся к установке гравиметра в горизонтальное положение, установке маятника в горизонтальное положение с помощью микрометренного устройства и снятию расчета по делениям шкалы микрометра.
Тогда 
где С – цена деления гравиметра, 
– отсчеты в пунктах наблюдения.
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Источник
Гравиметр — Gravimeter
Гравиметр представляет собой инструмент , используемый для измерения гравитационного ускорения . С каждой массой связан гравитационный потенциал. Градиент этого потенциала — это сила. Гравиметр измеряет эту гравитационную силу.
Первыми гравиметрами были вертикальные акселерометры , предназначенные для измерения постоянного ускорения силы тяжести, направленного вниз на земной поверхности. Вертикальная гравитация Земли меняется от места к месту над поверхностью Земли примерно на ± 0,5%. Он варьируется примерно на ± 1000 нм / с 2 (нанометров в секунду в квадрате) в любом месте из-за изменения положения Солнца и Луны относительно Земли.
Переход от названия устройства «акселерометр» к названию его «гравиметром» происходит примерно в той точке, где оно должно делать поправки на земные приливы.
Хотя гравиметры похожи по конструкции на другие акселерометры, они обычно гораздо более чувствительны. Их первое использование состояло в том, чтобы измерить изменения силы тяжести по изменяющейся плотности и распределению масс внутри Земли, по временным « приливным » изменениям формы и распределения массы в океанах, атмосфере и на Земле.
Гравиметры могут обнаруживать колебания и изменения силы тяжести в результате деятельности человека. В зависимости от интересов исследователя или оператора этому может противодействовать встроенная виброизоляция и обработка сигналов .
Разрешение гравиметров можно увеличить за счет усреднения образцов за более длительные периоды. Основными характеристиками гравиметров являются точность единичного измерения (единичный «образец») и частота дискретизации (отсчетов в секунду).
Разрешение знак равно Однократное измерение NumberOfSamples <\ displaystyle <\ text 
Разрешение в минуту знак равно Разрешение в секунду 60 <\ displaystyle <\ text <Разрешение в минуту>> = <<\ text <Разрешение в секунду>> \ over <\ sqrt <60>>>>
Гравиметры отображают свои измерения в единицах галлов (см / с 2 ), нанометрах в секунду в квадрате и частях на миллион, частях на миллиард или частях на триллион среднего вертикального ускорения относительно Земли. Некоторые новые единицы измерения — пм / с 2 (пикометры на секунду в квадрате), фм / с 2 (фемто), ам / с 2 (атто) для очень чувствительных инструментов.
Гравиметры используются для разведки нефти и полезных ископаемых , сейсмологии , геодезии , геофизических исследований и других геофизических исследований, а также для метрологии . Их основная цель — нанести на карту гравитационное поле в пространстве и времени.
Большинство текущих работ основаны на Земле, с несколькими спутниками вокруг Земли, но гравиметры также применимы к Луне, Солнцу, планетам, астероидам, звездам, галактикам и другим телам. Эксперименты с гравитационными волнами отслеживают изменения во времени самого гравитационного потенциала, а не градиента потенциала, который отслеживает гравиметр. Это различие несколько произвольно. Подсистемы экспериментов по гравитационному излучению очень чувствительны к изменениям градиента потенциала. Местные гравитационные сигналы на Земле, которые мешают экспериментам с гравитационными волнами, пренебрежительно называются «ньютоновским шумом», поскольку расчетов ньютоновской гравитации достаточно для характеристики многих местных (наземных) сигналов.
Термин « абсолютный гравиметр » чаще всего используется для обозначения гравиметров, которые сообщают о местном вертикальном ускорении, создаваемом землей. Относительный гравиметр обычно относится к дифференциальным сравнениям силы тяжести от одного места к другому. Они предназначены для автоматического вычитания средней вертикальной силы тяжести. Они могут быть откалиброваны в месте, где сила тяжести точно известна, а затем транспортированы в место, где должна быть измерена сила тяжести. Или они могут откалиброваться в абсолютных единицах на своем рабочем месте.
Существует множество методов отображения полей ускорения, также называемых полями силы тяжести . Сюда входят традиционные 2D-карты, но все чаще 3D-видео. Поскольку сила тяжести и ускорение одинаковы, «поле ускорения» может быть предпочтительнее, поскольку «гравитация» часто используется неправильно.
СОДЕРЖАНИЕ
Коммерческие абсолютные гравиметры
Гравиметры для максимально точного измерения силы тяжести Земли становятся все меньше и портативнее. Обычный тип измеряет ускорение свободного падения небольших масс в вакууме , когда акселерометр прочно прикреплен к земле. Масса включает в себя ретрорефлектор и ограничивает одно плечо интерферометра Майкельсона . Подсчитывая и синхронизируя интерференционные полосы, можно измерить ускорение массы. Более поздняя разработка — это версия «подъем и падение», которая подбрасывает массу вверх и измеряет как восходящее, так и нисходящее движение. Это позволяет устранить некоторые ошибки измерения , однако гравиметры с функцией подъема и опускания еще не получили широкого распространения. Абсолютные гравиметры используются при калибровке относительных гравиметров, съемке аномалий силы тяжести (пустот) и для создания сети вертикального контроля .
Методы атомного интерферометра и атомного фонтана используются для точного измерения силы тяжести Земли, а атомные часы и специальные инструменты могут использовать измерения замедления времени (также называемые общерелятивистскими) для отслеживания изменений гравитационного потенциала и ускорения свободного падения на Земле.
Термин «абсолютный» не означает стабильности, чувствительности, точности, простоты использования и полосы пропускания прибора. Таким образом, это слово и слово «относительный» не следует использовать, когда можно дать более конкретные характеристики.
Относительные гравиметры
Самые распространенные гравиметры — пружинные . Они используются при гравиметрических съемках больших площадей для определения фигуры геоида на этих площадях. По сути, это груз на пружине, и, измеряя величину, на которую груз растягивает пружину, можно измерить местную силу тяжести. Однако силу пружины необходимо откалибровать , поместив инструмент в место с известным ускорением свободного падения.
В настоящее время стандартом для чувствительных гравиметров являются сверхпроводящие гравиметры , которые работают, подвешивая сверхпроводящую ниобиевую сферу в чрезвычайно стабильном магнитном поле ; ток, необходимый для создания магнитного поля, удерживающего ниобиевую сферу, пропорционален силе гравитационного ускорения Земли. В сверхпроводящем гравиметре достигает чувствительность 10 -11 м · с -2 (один nanogal ), примерно один триллионными (10 -12 ) поверхность Земли тяжести. Демонстрируя чувствительность сверхпроводящего гравиметра, Виртанен (2006) описывает, как прибор в Метсахови, Финляндия, обнаружил постепенное увеличение поверхностной силы тяжести, когда рабочие убирали снег с крыши лаборатории.
Самая большая составляющая сигнала, регистрируемого сверхпроводящим гравиметром, — это действующая на станцию приливная гравитация Солнца и Луны. Это примерно ± 1000 нм / с 2 (нанометров в секунду в квадрате) в большинстве мест. «SG», как их называют, могут обнаруживать и характеризовать земные приливы , изменения плотности атмосферы, влияние изменения формы поверхности океана, влияние давления атмосферы на землю, изменения в скорость вращения Земли, колебания земного ядра, удаленные и близкие сейсмические события и многое другое.
Многие широко используемые широкополосные трехосные сейсмометры достаточно чувствительны, чтобы отслеживать солнце и луну. При работе с сообщением об ускорении они полезны в качестве гравиметров. Поскольку они имеют три оси, их положение и ориентацию можно определить, отслеживая время прибытия и характер сейсмических волн от землетрясений, или соотнося их с приливной гравитацией Солнца и Луны.
Недавно SG и широкополосные трехосевые сейсмометры, работающие в гравиметрическом режиме, начали обнаруживать и характеризовать слабые гравитационные сигналы от землетрясений. Эти сигналы поступают в гравиметр со скоростью света , поэтому они могут улучшить методы раннего предупреждения о землетрясениях. Ведется работа по разработке специальных гравиметров с достаточной чувствительностью и полосой пропускания для обнаружения этих быстрых гравитационных сигналов от землетрясений. Не только события с магнитудой 7+, но и более мелкие, гораздо более частые события.
Новые МЭМС-гравиметры , атомные гравиметры — МЭМС-гравиметры обладают потенциалом для недорогих массивов датчиков. Гравиметры MEMS в настоящее время представляют собой разновидности акселерометров пружинного типа, в которых движения крошечного кантилевера или массы отслеживаются для определения ускорения. Большая часть исследований сосредоточена на различных методах определения положения и движений этих небольших масс. В атомных гравиметрах масса — это совокупность атомов.
Для заданной восстанавливающей силы центральная частота инструмента часто определяется выражением
ω знак равно 2 π × Частота знак равно ForceConstant Эффективная масса <\ displaystyle \ omega = 2 \ pi \ times <\ text (в радианах в секунду)
Термин «силовая постоянная» меняется, если восстанавливающая сила является электростатической, магнитостатической, электромагнитной, оптической, микроволновой, акустической или любым из десятков различных способов удержания массы в неподвижном состоянии. «Силовая постоянная» — это просто коэффициент члена смещения в уравнении движения:
m a + b v + k x + константа = F ( X , t ) м масса, ускорение, б вязкость, v скорость, к постоянной силе, х смещение F внешняя сила как функция местоположения / положения и времени.
F — измеряемая сила, а F / м это ускорение.
g ( X , t ) = а + б в / м + k x / м + постоянный / м + высшие производные возвращающей силы
Точные GPS-станции могут использоваться как гравиметры, поскольку они все чаще измеряют положения трех осей с течением времени, которые при двукратном дифференцировании дают сигнал ускорения.
Спутниковые гравиметры GOCE , GRACE в основном работают в режиме гравитационного градиентометра . Они дают подробную информацию о гравитационном поле Земли, изменяющемся во времени. Модели сферического гармонического гравитационного потенциала постепенно улучшаются как в пространственном, так и во временном разрешении. Определение градиента потенциалов дает оценку местного ускорения, которое измеряется решетками гравиметров. Сеть сверхпроводящего гравиметра использовалась для подтверждения спутниковых потенциалов. В конечном итоге это должно улучшить как спутниковые, так и наземные методы и взаимные сравнения.
Существуют также переносные относительные гравиметры; в них используется чрезвычайно устойчивая инерционная платформа для компенсации маскирующих эффектов движения и вибрации, что является сложным инженерным подвигом. По сообщениям, первые переносные относительные гравиметры были секретной военной технологией, разработанной в 1950–1960-х годах в качестве средства навигации для атомных подводных лодок . Впоследствии, в 1980-х годах, передвижные относительные гравиметры были реконструированы гражданским сектором для использования на кораблях, затем в воздухе и, наконец, для гравиметрических съемок со спутников.
Источник