[發明專利]一種絕對重力測量方法及絕對重力儀

有效

• 申請號: 202010981101.7
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112213796B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 陳彥鈞;曾衛益;陽春霞;李正斌
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G01V11/00
• 分類號: G01V11/00
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 司立彬

本發明公開了一種絕對重力測量方法及絕對重力儀。本發明的測量方法步驟包括：1)在待測位置設置一平移運動測量元件和一旋轉運動測量元件；2)利用該平移運動測量元件測量得到在該待測位置因平移運動產生的相對位移d，利用旋轉運動測量元件測量得到平移運動測量元件敏感軸因旋轉運動產生的旋轉角度θ；3)根據公式確定該待測位置的絕對重力加速度g；其中f為觀測頻率。本方法可直接從天然地震波中觀測絕對重力，因而無需主動或被動隔振裝置，且可以實現地震、重力的同時觀測，便于地球物理聯合勘探的實施；在理論上，隨著觀測頻率的降低，絕對重力的觀測精度將依照平方關系增加，有利于提升絕對重力觀測的精度。

技術領域

本發明涉及一種絕對重力測量方法及絕對重力儀，可用于絕對重力加速度的觀測范疇，如地球重力場監測、大地測量、地球動力學研究、密度體及異常監測監控、建筑抗震實驗、礦產資源開發、地球物理勘探、地震及地質災害預警等工程及科研領域。

背景技術

地球上的物體均會影響到重力加速度值(以下所稱的“重力”均等價于“重力加速度”)，據研究，地表的山川及大洋底部的海溝對重力的影響為小數點后第3位，而大型建筑物對重力的影響為第7位。因此，提高重力測量的精度，可極大提升重力對于周邊物體的敏感性。

在重力測量方面，目前有兩大類測量方式：絕對重力測量和相對重力測量，前者指直接測定重力加速度的真值，而后者則是測定某點相對于參考點的重力加速度的差值。在絕對重力測量方面，典型的重力儀為基于自由落體原理的美國勞雷公司FG5型、意大利計量院IMGC型和基于原子干涉的法國巴黎天文臺可移動式重力儀，上述儀器最高精度約為小數點后第8位。這類儀器體積大、結構復雜、不易使用。在相對重力測量方面，典型的重力儀為基于彈簧結構的LCR重力儀，其原理簡單，但精度低；采用超導是目前的主流研究方向，其噪聲低、穩定性好，精度高，可到小數點后11位，但需要體積龐大的低溫冷卻設備。從激光干涉到冷原子干涉儀，絕對重力測量手段不斷進步，但測量原理始終是自由落體原理，不利于、甚至限制了絕對重力儀的發展。

發明內容

針對目前絕對重力測量原理較為單一的問題，本發明的目的在于提供一種絕對重力測量方法，采用的是一種不同于自由落體原理的絕對重力測量原理。該原理在理論上無需目前高精度重力儀所需的低溫冷卻設備，降低了設備的體積；由于其可直接從天然地震波中觀測絕對重力，因而無需主動或被動隔振裝置，且可以實現地震、重力的同時觀測，便于地球物理聯合勘探的實施；在理論上，隨著觀測頻率的降低，絕對重力的觀測精度將依照平方關系增加，有利于提升絕對重力觀測的精度。

本發明的技術方案為：

一種絕對重力測量方法，其步驟包括：

1)在待測位置設置一平移運動測量元件和一旋轉運動測量元件；

2)利用該平移運動測量元件測量得到在該待測位置因平移運動產生的相對位移d，利用旋轉運動測量元件測量得到平移運動測量元件敏感軸因旋轉運動產生的旋轉角度θ；

3)根據公式確定該待測位置的絕對重力加速度g；其中f為觀測頻率。

進一步的，步驟1)所述平移運動測量元件為位移傳感器或速度傳感器或加速度傳感器或加加速度傳感器，步驟1)所述旋轉運動測量元件為角度傳感器或角速度傳感器或角加速度傳感器；步驟2)中采用位移傳感器或速度傳感器或加速度傳感器或加加速度傳感器測量平移運動時，分別采集在該待測位置因平移運動產生的相對位移d或相對運動速度v或加速度a或加加速度b；步驟2)中采用角度傳感器或角速度傳感器或角加速度傳感器測量旋轉運動時，分別采集平移運動測量元件敏感軸因旋轉運動產生的旋轉角度θ或角速度ω或角加速度β；步驟3)中根據公式v＝j2πfd、a＝(j2πf)²d、b＝(j2πf)³d、ω＝j2πfθ、β＝(j2πf)²θ確定該待測位置的絕對重力加速度g；其中f為觀測頻率。

進一步的，所述平移運動測量元件適用的理論模型為質量-彈簧-活塞模型。