Войти
Работающий гравиметр Autograv CG-5 A гравиметр - это прибор, используемый для измерения ускорения свободного падения. 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 вниз на поверхности земли. Вертикальная гравитация Земли меняется от места к месту над поверхностью Земли примерно на ± 0,5%. Оно изменяется примерно на ± 1000 нм / с (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 он должен 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 разным плотностям и распределению масс внутри Земли, по временным «приливным » изменениям формы и распределения масс 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 интегральная виброизоляция и обработка сигналов.
Разрешающая способность гравиметров может быть увеличена за счет усреднения выборок за более длительные периоды. Основными характеристиками гравиметров являются точность единичного измерения (единичный «образец») и частота дискретизации (отсчетов в секунду).
например:
Гравиметры отображают свои измерения в единицы галл (см / с), нанометров на секунду в квадрате и частей на миллион, частей на миллиард или частей на триллион среднего вертикального ускорения относительно Земли. Некоторые новые единицы измерения - пм / с (пикометры на секунду в квадрате), фм / с (фемто), ам / с (атто) для очень чувствительных инструментов.
Гравиметры используются для добычи нефти и полезных ископаемых разведки, сейсмологии, геодезии, геофизических исследований и других геофизические исследования, а 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. Гравитационные волны эксперименты отслеживают изменения во времени самого гравитационного потенциала, а не градиент 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.
Есть много методов для 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.
Иллюстрация влияния различных подземных геологических особенностей на местную гравитацию поле. Объем с низкой плотностью 2 снижает g, в то время как материал с высокой плотностью 3 увеличивает g. Гравиметры для измерения силы тяжести Земли с максимальной точностью становятся все меньше и более портативными. Обычный тип измеряет ускорение свободного падения небольших масс в вакууме, когда акселерометр прочно прикреплен к земле. Масса включает в себя ретрорефлектор и заканчивается на одном плече 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 исключить некоторые ошибки измерения, однако гравиметры с функцией подъема и опускания еще не получили широкого распространения. Абсолютные гравиметры используются для калибровки относительных гравиметров, исследования гравитационных аномалий (пустот) и для установления вертикальной контрольной сети.
Атомные интерферометрические методы и методы атомных фонтанов используются для точного измерения силы тяжести Земли и атомных источников. 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 передает стабильность, чувствительность, точность, простоту использования и полосу пропускания прибора. Таким образом, это слово и слово «относительный» не следует использовать, когда можно дать более конкретные характеристики.
Наиболее распространенные гравиметры пружинные. Они используются при гравиметрической съемке больших площадей для определения фигуры геоида над этими областями. По сути, они представляют собой груз на пружине, и, измеряя величину, на которую груз растягивает пружину, можно измерить местную силу тяжести. Однако прочность пружины должна быть откалибрована путем размещения прибора в месте с известным гравитационным ускорением.
Текущим стандартом для чувствительных гравиметров являются сверхпроводящие гравиметры, которые работают путем подвешивания сверхпроводящую сферу ниобия в чрезвычайно стабильном магнитном поле ; ток, необходимый для создания магнитного поля, которое подвешивает ниобиевую сферу, пропорционален силе гравитационного ускорения Земли. сверхпроводящий гравиметр достигает чувствительности 10 м · с (один наногал ), что составляет примерно одну триллионную (10) силы тяжести земной поверхности. 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 приливная гравитация Солнца и Луны, действующая на станцию. Это примерно ± 1000 нм / с (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 атмосферного давления. на Земле, изменения скорости 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 прихода и характер сейсмических волн от землетрясений, или связывая их с приливной гравитацией Солнца и Луны.
В последнее время SG и широкополосные трехосевые сейсмометры, работающие в режиме гравиметра, начали обнаруживать и характеризовать слабые гравитационные сигналы от землетрясений. Эти сигналы поступают в гравиметр со скоростью скорости света, поэтому они могут улучшить методы раннего предупреждения о землетрясениях. В настоящее время ведется работа по разработке специализированных гравиметров с достаточной чувствительностью и шириной полосы для обнаружения этих быстрых гравитационных сигналов от землетрясений. Не только события с магнитудой 7+, но и более мелкие, гораздо более частые события.
Более новые - гравиметры MEMS предлагают потенциал для недорогих массивов датчиков. Гравиметры MEMS в настоящее время представляют собой разновидности акселерометров пружинного типа, в которых движения крошечного кантилевера или массы отслеживаются, чтобы сообщить об ускорении. 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 задается как
(в радианах в секунду)Термин для "силовой постоянной "изменяется, 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:
F- измеряемая сила, а F/m- ускорение.
Точные GPS-станции могут использоваться как гравиметры, поскольку они все чаще измеряют три положения осей во 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 локального ускорения, которое измеряется массивами гравиметров. Сеть сверхпроводящего гравиметра использовалась для наземной проверки 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 инерциальная 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, переносные относительные гравиметры были перепроектированы гражданским сектором для использования на кораблях, затем в воздухе и, наконец, для гравиметрических исследований с помощью спутников.
 | Wikimedia Commons. СМИ, связанные с Гравиметры. |
