ZSGA?2型重力敏感器关键技术分析与试验验证

与国外主流海洋重力仪相比,国产海洋重力仪的分辨率低一个数量级,这制约了国产海洋重力仪的应用。针对国产海洋重力仪亟需提高分辨技术的需求,根据ZSGA-2型重力敏感器的工作原理,建立了弹性系统的力学模型,并开展了样机的静态性能测试。测试结果表明,经零位漂移和大地固体潮汐修正后的静态精度达到了0.03mGal,样机随重力仪进行楼层高差测量的重复性为0.15mGal。该型重力敏感器的分辨率已经达到了国外同类产品的技术水平,并具备了一定的动态适应性,为该型高分辨率零长弹簧重力敏感器开展高动态环境适应性技术研究奠定了坚实基础。     

绝对重力仪隔振系统发展综述

绝对重力仪是测量重力加速度的精密仪器,在计量学、地球物理、资源勘探、辅助导航等领域有着重要意义和广泛应用。目前,绝对重力仪的测量精度已经达到微伽(μGal,1μGal=1×10-8m/s2)量级,而地面振动噪声严重影响着仪器的测量精度,垂直隔振系统的性能已成为限制绝对重力仪精度的瓶颈。对绝对重力仪所应用的超低频垂直隔振系统进行了详细回顾。现有的超低频垂直隔振系统可被分为被动式隔振和主动式隔振两大类。其中,被动式隔振系统主要基于零长弹簧结构,周期一般可超过15s。主动式隔振系统可以分为一级主动式隔振系统和二级主动式隔振系统,其结构形式包含弹簧振子结构、弹簧摆杆结构等。通过测量待隔振物体的位移、速度、加速度信号等信息并进行反馈控制,可实现超低本振频率,等效周期可超过15s,最长可超过100s。国内研究机构已经开展了多年的针对超低频垂直隔振系统的研究工作,并取得了阶段性的研究成果。通过改进,有望将超低频垂直隔振系统应用于国产绝对重力仪,显著提高仪器的整体性能。     

海洋重力仪采样质量悬挂系统分析

针对轴对称型海洋重力仪采样质量悬挂系统的刚度设计问题,运用材料力学和最小势能原理重点对水平和垂直方向的等效刚度进行理论分析,分析结果表明:系统在水平面内各方向的刚度相等,与拉丝材料的弹性模量和横截面积成正比,与拉丝的初始长度成反比;系统竖直方向等效刚度与绷紧弹簧的张力成正比,与拉丝的初始长度成反比.对仪器工程应用中,因拉丝弯曲而产生的干扰阻力进行了评估分析,结果表明在正确选择拉丝的材料和几何尺寸的条件下,由干扰阻力所引起的误差可以忽略不计.     

冷原子干涉型重力仪的发展现状与趋势

地球重力场反映了地球物质分布及其随时间和空间的变化.高精度重力加速度测量可以广泛应用于地球物理、资源勘探、地震研究、重力勘察和惯性导航等领域.冷原子重力仪是近二十年来快速发展起来的一种新型量子传感器,它利用激光冷却、原子干涉等技术实现高精度、高灵敏度的重力加速度测量.本文介绍了冷原子重力仪的发展历史、现状及趋势,详细论述了冷原子重力仪的原理、分类、装置及步骤等,并重点分析了小型化冷原子重力仪的关键技术.     

事件时间测量系统及其在绝对重力仪中的应用

绝对重力仪通常采用真空腔中自由落体的方法,通过测量激光干涉条纹信号的过零时间来计算绝对重力加速度(g)。针对绝对重力仪的使用,依托电子计数法的基本原理,基于数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)设计实现了事件时间测量系统,精确测量干涉条纹过零时间。首先介绍了事件时间测量的基本原理,然后具体介绍在以DSP为核心的硬件上的实现方法。根据理论计算和MATLAB~?数值仿真实验,评价系统测时误差以及对重力加速度测值的影响。最后分别通过硬件模拟实验和FG5X型高精度绝对重力仪上的对比实验进行验证。实验证明,该系统对重力加速度测量真值影响小于1μGal(1μGal=1×10~(-8) m/s~2),标准差影响小于5μGal。该系统体积小、成本低,尤其对于小型化、野外使用的绝对重力仪,完全符合其使用需求。     

CHZ型重力仪控制系统的数字化设计与实现

为提高CHZ型海洋重力仪控制系统的自动化程度及抗干扰能力,提出了基于FPGA的数字化控制系统实现方案.该方案集成机械零偏补偿、数据处理、系统监测与报警等功能为一体,还可灵活切换不同控制参数,满足不同海况环境,提高了系统集成度和故障定位能力,增加了控制系统的可靠性.     

一种采用“捷联+平台”方案的新型航空重力仪

针对资源勘探等高精度应用对航空重力仪测量精度和分辨率的更高要求,在前期研究基础之上,研发了新一代采用"捷联+平台"方案的新型航空重力仪。设计了采用石英挠性加速度计和光纤陀螺的捷联式重力仪,采用了新型温度控制方案,提高了重力仪的环境适应能力。设计了稳定平台,将捷联式重力仪保持在垂直方向,隔离载机的角运动干扰,减小了重力传感器的动态误差。飞行试验表明,该方案是有效的,将航空重力仪的精度和分辨率提升到优于1mGal/3km。     

捷联式航空重力测量系统的数据处理方法比较与分析

重力数据处理对获取高精度重力异常值有着重要作用,是重力测量的核心技术。重力仪在搭载运动载体进行重力测量时,载体的高频振动对重力测量数据和GPS数据均会产生不可避免的干扰,导致提取的重力异常粗值含有大量高频噪声。围绕重力数据的处理方法这一核心技术,介绍了FIR低通滤波、零相移滤波、标准Kalman滤波、正反Kalman滤波4种滤波方法的基本原理,运用这4种方法处理了SAG捷联式重力仪的某次实际飞行测量数据,比对了基于SINS/GPS组合导航和SINS/DGPS组合导航的重力测量数据处理结果。通过对本次试验重复测线内符合精度进行比对,验证了4种方法的可行性和优劣性,同时验证了SAG重力仪的测量精度。     

航空重力仪/梯度仪惯性稳定平台研制现状

惯性稳定平台可以隔离外部扰动对重力仪或重力梯度仪的影响,改善重力测量环境、提高重力测量精度,在航空重力测量领域意义重大,应用前景广阔.本文针对国内外多个国家的航空重力仪惯性稳定平台研制情况,以及承载不同类型重力梯度仪的惯性稳定平台研制现状进行了评述,并讨论了平台研制中的一些关键技术,最后进行了前景展望.     

冷原子干涉仪发展现状与应用分析

基于冷原子干涉仪的量子传感器具有极高的理论精度,在自然科学的各个领域特别是重力测量和惯性传感领域有着广泛的应用。首先介绍了原子干涉仪的基本原理,在此基础上给出了基于双光子受激Raman跃迁的脉冲式Mach-Zehnder原子干涉仪的干涉相位,描述了原子干涉仪在重力仪和陀螺上的应用及其发展历程,着重分析了当前发展最成熟的原子重力仪的发展历程和趋势,指出了原子干涉仪应用的发展方向。     

小型高精度重力计的微装配技术

以重力计的重力摆锤装配为例介绍了微装配系统的组成、夹持技术、力反馈技术.采用微装配技术以及进行装配工艺研究,重力摆锤的装配成活率由以前的25%提高到了81%,并降低了对工人的技能要求.     

航空/海洋重力测量仪器发展综述

简要介绍了航空/海洋重力测量仪器的基本概念和分类,全面分析了其应用领域。针对航空/海洋(标量)重力仪、航空/海洋矢量重力仪和航空/海洋重力梯度仪三种类型,综合阐述了其国际、国内发展现状,指出了我国航空/海洋重力测量仪器的后续发展方向。     

T-1A型高精度绝对重力仪

高精度绝对重力仪用于测量地球表面的重力加速度（g,常用值9.81 m/s2）,在精密计量、大地测量、地球物理、资源勘探等领域具有广泛应用。近年来,清华大学自主研制完成T-1与T-1A型高精度绝对重力仪,采用新型的自由落体装置、激光干涉测量技术和信号处理方法,可实现微伽量级不确定度的精密重力测量。本文主要介绍T-1A型高精度绝对重力仪的系统技术和测试结果,经过进一步工程化改进,该仪器有望实际应用于重力计量、地震研究等领域。     

激光捷联惯导车载重力测量试验

惯性导航系统中加速度计测量的比力是载体运动加速度与重力加速度的矢量和,当载体运动加速度能够被有效分离时,满足一定精度水平的惯性导航系统就可以成为动态重力仪。捷联式惯性导航系统体积小、重量轻、系统组成简单,可以在记录下惯性器件原始输出信息之后,通过离线处理过程进行数据处理和精度挖掘。本文通过对某高精度激光捷联惯导进行相应的软硬件更改,获得了兼具导航及重力测量功能的一体式动态重力仪。地面车载试验是验证动态重力仪的测量精度的有效手段之一,本文将一组高速公路重复测线的数据进行了处理和分析,结果表明在平均车速72km/hr的条件下,半波长分辨率2km,自由空间重力异常内符合精度优于1mGal。     

海洋重力计量体系及方法

重力加速度精确测量在国防军事、地质研究、资源勘探、地球物理、地震预报及计量科学等领域中均有着广泛的应用。重力加速度测量和量值传递均需以绝对重力仪为载体进行,而重力加速度测量的准确性需要通过量值溯源来保证。目前,我国在海洋绝对重力计量领域还处于空白阶段,而在建设海洋强国的进程中,海洋重力计量体系的构建显得尤为重要。以此为背景,基于当前已有的重力量值溯源及传递体系,结合我国当前海洋重力计量的需求,就海洋重力体系的建设及规划给出了若干设想和展望。