[發明專利]一種簧片杠桿式垂直重力梯度儀

有效

• 申請號: 202110329683.5
• 申請日: 2021-03-26
• 公開（公告）號: CN113031092B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 吳書朝;周澤兵;黃俊越;白彥崢;屈少波
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01V7/02
• 分類號: G01V7/02;G01V7/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 祝丹晴

本發明公開了一種簧片杠桿式垂直重力梯度儀，屬于重力測量領域。包括上檢驗質量、下檢驗質量、上橫桿、下橫桿、豎桿、上簧片、下簧片、上極板、下極板、電容位移傳感模塊、靜電反饋模塊以及模數轉換模塊組成。上橫桿和下橫桿分別和上檢驗質量和下檢驗質量固定連接；下檢驗質量置于兩個電容極板之間，共同構成電容位移傳感探頭；上橫桿和下橫桿之間用豎桿連接；上橫桿和下橫桿分別通過上簧片和下簧片與裝置外殼相連。本發明結構簡單，且得益于高精度的電容位移傳感模塊和反饋控制模塊，可快速進行高精度的垂直重力梯度測量，具有廣闊的應用前景。

技術領域

本發明屬于重力測量技術領域，更具體地，涉及一種簧片杠桿式垂直重力梯度儀。

背景技術

高精度的垂直重力梯度儀在地質勘探、地球物理等領域有著重要的應用。1890年匈牙利物理學家設計出一種扭秤式重力梯度儀，使得對重力梯度測量的精度達到了1E(10^-9/s²)，該設備開始在一些地質勘探中得到廣泛應用。后來，由于這種扭秤所需測量時間長、體積大，以及受地形影響嚴重，且不適合在野外使用，使得重力梯度儀的進一步發展成為必須。

現有的重力梯度儀可以分為兩大類：依靠差分加速度測量的差分式重力梯度儀和依靠扭矩測量的扭秤式重力梯度儀。如今前者的精度已經可以達到很高，但是要求兩個加速度計之間高度精確匹配，結構復雜，技術難度大；后者即是以扭秤為代表的一類重力梯度儀，不存在兩個加速度計之間匹配的問題，但是測量時間長且受地形和環境的影響很大。在實際應用中需要一種結構簡單且測量時間短、便于攜帶的重力梯度儀。

此外，全張量簧片式重力梯度儀在測量過程中必須要通過旋轉設備測量三個不同方位上的數據才能得到最終結果，而旋轉臺則帶來了操作復雜度的提升以及額外的誤差。在地表的地質勘探中，由于垂直重力梯度數據解釋工具較為完善，所需的大多數信息都可以從垂直重力梯度中獲取，多數情況下并不需要全張量重力梯度儀。垂直重力梯度儀有著十分重要的運用需求，而目前市面上還沒有實用的高精度垂直重力梯度儀。

發明內容

針對相關技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種簧片杠桿式垂直重力梯度儀，旨在解決現有重力梯度儀結構復雜、測量時間較長的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種簧片杠桿式垂直重力梯度儀，包括上檢驗質量、上簧片、上橫桿、豎桿、下橫桿、下檢驗質量、下簧片、上極板、下極板和信號處理電路；

上簧片的頂端固定，底端和上橫桿相連；上橫桿的一端與上檢驗質量固定連接，另一端與豎桿上端可轉動連接，豎桿下端和下橫桿可轉動連接；下橫桿一端和下檢驗質量固定連接，另一端下方連接下簧片的頂端，下簧片的底端固定；

上檢驗質量與下檢驗質量的質心位于同一條鉛垂線上；上極板和下極板分別固定位于下檢驗質量的上方和下方構成探頭，并與信號處理電路連接。

進一步地，所述信號處理電路包括電容位移傳感模塊、靜電反饋模塊以及模數轉換模塊；

電容位移傳感模塊與上極板、下極板均連接，用于檢測下檢驗質量在垂直方向的位移信號；

靜電反饋模塊用于將所述位移信號轉換為反饋電壓，并施加于上極板和下極板；

模數轉換模塊用于將所述反饋電壓轉化為數字信號進行數據處理。

進一步地，靜電反饋模塊采用PID控制模塊。

進一步地，上檢驗質量和上橫桿的連接方式為：上橫桿的一端與上檢驗質量的一個側面正中連接，且上橫桿與所述側面垂直；下檢驗質量和下橫桿的連接方式為：下橫桿的一端與下檢驗質量的一個側面正中連接，且下橫桿與所述側面垂直。

進一步地，上極板和下極板分別置于平衡狀態的下檢驗質量的正上方和正下方，且平行于下檢驗質量的上下表面。