A10型绝对重力仪的原理研究及精度分析

分类号密级U D C 编号10486武汉大学工程硕士专业学位论文A10型绝对重力仪的原理研究及精度分析研究生姓名康胜军学号93指导教师、职称罗佳副教授企业导师、职称肖学年高级工程师工程领域名称测绘工程研究方向绝对重力测量二〇一三年十一月Theory Research and Accuracy Analysis for A10 Absolute Gravity MeterByKang ShengjunSupervised By Adjunct Professor Luo JiaSupervised By Senior Engineer Xiao XuenianSchool of Geodesy and Geomatics, Wuhan UniversityWuhan 430079, P.R.ChinaNovember, 2013重声明本人的学位论文是在导师的指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规和侵权的行为，否则本人愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果，特此重声明。

学位论文作者（签名）：年月日摘要绝对重力测量对地球重力场的相关应用和研究有着十分重要的意义。

随着其应用领域的不断扩展，关于该项技术的研究、分析也必将深化。

对于绝对重力测量仪器的原理研究及精度分析就是其中重要的分支。

论文简单回顾了绝对重力仪发展的历史，对国绝对重力测量和仪器现状进行了描述。

以A10型绝对重力仪为例，总结了自由落体式绝对重力仪的原理、组成结构、数据处理方法，并从理论上分析了其与FG5型绝对重力仪的差别。

通过多次比对试验，重点比对、分析了A10型与FG5型绝对重力仪在测量精度上的差别。

论文结论对于A10型绝对重力仪的应用推广有着积极的意义。

关键词：A10型绝对重力仪、绝对重力测量、精度。

AbstractAbsolute gravity measurements has a very important significance for the Earth's gravity field related applications and research. With the continuous expansion of its applications, the research and analysis in this technology will become more and more important. one important branch is the theory research and accuracy analysis for absolute gravity meter.This paper briefly reviewed the history of the development of absolute gravity meter, describes the actuality of domestic absolute gravity measurement and meters. In case A10 absolute gravity meter, summarized the principles of free fall absolute gravity meter, composition, method of data processing and analyzed the differences in theory whit the FG5 absolute gravity meter. After repeated comparison test, focusing on comparing and analyzing the differences of measurement accuracy between A10 with FG5 absolute gravity meter. Conclusion of this paper has a positive meaning for A10 absolute gravity meter application and promotion.Keywords A10 absolute gravity meter absolute gravity measurement accuracy目录摘要 (I)ABSTRACT ................................................................................................ I I 1 绪论. (1)1.1 重力测量概述 (1)1.2 绝对重力仪发展的历史 (2)1.3 国绝对重力测量的现状 (5)1.4 本文研究的背景及意义 (6)2 A10型绝对重力仪的原理 (10)2.1 A10型绝对重力仪的测量原理 (10)2.1.1 自由落体原理概述 (10)2.1.2 A10型绝对重力仪的测量原理 (11)2.2 A10型绝对重力仪的组成结构及功能 (16)2.3 与FG5型绝对重力仪组成结构的差别 (23)2.3.1 FG5型绝对重力仪的组成结构简介 (23)2.3.2 A10与FG5组成结构的差别 (24)3 A10型绝对重力测量的数据处理 (26)3.1 数据采集与准备 (26)3.1.1 信息收集 (26)3.1.2 系统设置 (27)3.1.2 采集的参数 (27)3.2 各项改正 (27)3.2.1 固体潮改正 (27)3.2.2 气压改正 (34)3.2.3 极移改正 (35)3.2.4 重力垂直梯度改正 (35)3.3 计算结果 (35)3.4 与FG5型绝对重力测量数据处理的差别 (37)4 A10型与FG5型绝对重力仪的比对试验 (38)4.1 引言 (38)4.2 比对试验 (38)4.2.1 第一次比对试验 (39)4.2.2 第二次比对试验 (42)4.3 比对结果分析 (46)5 结论与展望 (47)主要参考文献 (49)致 (50)1 绪论1.1 重力测量概述万有引力：质量与质量之间的一种相互吸引力，简称为引力，即221r m m G F = （1.1）（1.1）式中：G 为引力常数，为2131110676---⋅⋅⨯s kg m .,1m 、2m 为两个物体的质量，r 为两个物体间的距离。

2024年绝对重力仪市场分析现状摘要绝对重力仪是一种用于测量地球重力场的仪器，具有广泛的应用和市场潜力。

本文通过分析绝对重力仪市场的现状，包括市场规模、行业竞争、市场增长预测等方面，旨在为相关从业者和投资者提供有价值的信息，以便做出有效的决策。

1. 引言地球重力场的测量对于许多领域都具有重要的意义，包括地质勘探、地下水管理、地震监测等。

传统的重力测量方法存在一些局限性，如受到地震、大气压变化等环境因素的干扰。

而绝对重力仪通过使用光学原理和精密仪器，能够提供更为准确和可靠的重力测量结果。

2. 市场规模绝对重力仪市场在过去几年取得了显著增长，并且预计在未来几年仍将保持较高的增长速度。

市场规模主要由不同细分市场的需求决定。

根据产地分类，市场可以分为美国、欧洲、亚洲等地区，其中亚洲市场增长最为迅速。

根据产品类型分类，主要有高精度绝对重力仪和便携式绝对重力仪两类。

随着技术的不断进步和应用领域的不断扩展，绝对重力仪市场的规模有望进一步扩大。

3. 行业竞争绝对重力仪市场存在着一定的竞争压力。

目前，市场上主要有几家在该领域拥有核心技术和专利的大型企业，如瑞士Leica、法国Micro-g LaCoste等。

这些公司在绝对重力仪领域具有很高的市场份额和知名度。

此外，还有一些中小型企业正在不断涌现，并通过技术创新和产品差异化来竞争。

4. 市场增长预测绝对重力仪市场未来的增长预测乐观。

这主要得益于以下几个因素。

首先，地质勘探、地震监测等领域对于高精度重力测量的需求在不断增加。

其次，随着科学研究和技术进步的推动，绝对重力仪技术将不断升级，提高测量精度和可靠性。

再者，亚洲地区的经济增长和基础设施建设的快速发展，为绝对重力仪市场提供了巨大的增长空间。

5. 结论绝对重力仪市场在目前和未来都具有良好的发展前景。

市场规模将持续扩大，竞争压力也将逐渐增加。

为了在市场竞争中取得优势，企业需要加强研发创新，提高产品质量和技术水平，并积极开拓海外市场。

绝对重力仪误差分析及重力仪在引力速度研究中的应用的开题报告题目：绝对重力仪误差分析及重力仪在引力速度研究中的应用一、研究背景重力是人类认知自然界的基本力量之一，而重力的引力速度是研究重力的一个重要参数。

绝对重力仪作为一种高精度重力测量仪器，能够直接测量地球重力场中的绝对重力，具有很高的测量精度和稳定性。

因此，绝对重力仪在引力速度研究中具有重要的应用价值。

二、研究目的本研究旨在对绝对重力仪误差进行分析，探讨其在引力速度研究中的应用，并提出优化措施，以提高测量精度和准确性。

三、研究内容及方法1. 绝对重力仪误差分析（1）测量误差分析：对重力仪的观测误差进行统计分析，分析误差来源及其影响因素。

（2）系统误差分析：分析重力仪的系统误差来源及其产生机理，对其进行修正。

2. 引力速度研究中的应用（1）测量原理探究：对引力速度的测量原理进行研究，探究绝对重力仪在引力速度测量中的应用。

（2）实验设计及数据处理：设计引力速度测量实验，采集数据并进行处理，评估测量精度和准确性。

四、研究意义及预期结果该研究将对绝对重力仪的误差进行全面分析和探讨其在引力速度研究中的应用。

通过优化措施，能够提高测量精度和准确性，进一步推动引力速度测量技术的发展，并为重力研究提供重要参考数据。

预期结果包括：（1）分析绝对重力仪的误差来源及其影响因素。

（2）发现并修正系统误差，提高测量精度和准确性。

（3）能够成功进行引力速度实验，并得出精确的测量结果。

五、研究进度安排第一年：1-6月：文献调研及绝对重力仪误差分析。

7-12月：分析系统误差及探讨优化措施。

第二年：1-6月：探究引力速度测量原理及另一种校准优化策略设计。

7-12月：进行引力速度实验，并评估测量精度和准确性。

第三年：1-6月：开展引力速度实验数据处理，撰写文章。

7-12月：完成论文修改、提交及答辩。

六、参考文献1. Chen, Q., Yang, L., Tang, J., & Liu, L. (2016). Improvement of absolute gravity measurement precision by vertical gradient calculation: site selection and comparison. Journal of Geodesy, 90(8), 705-717.2. Zebker, H. A., & Goldstein, R. M. (2017). Topography and physics of the Moon. In The lunar surface layer (pp. 399-432). Academic Press.3. Li, Y., Li, C., Li, C., Li, Y., Zhang, S., Li, X., & Meng, X. (2019). Calibration and test results of the Shanghai Institute of Measurementand Testing Technology absolute gravimeter. Earth, Planets and Space, 71(1), 1-9.。

A-IO绝对重力仪操作规程
1、ATO绝对重力仪为便携式高精度重力仪，可在野外环境（车载）或在实验室内进行绝对重力值测量。

2、重力仪系统及操作较复杂，独立操作人员须经技术培训考试合格后方可上岗作业。

3、准备测量前，采用配套的真空泵抽真空3~5天，检查落体仓的真空度，需在满足真空度要求的前提下，才能开展观测工作。

4、架设仪器前，须检查和确保测点周围地基稳固、无电磁场、震动等干扰。

5、重力仪在工作期间不得断电，确保市电或蓄电池供电电压稳定，注意检查电源进、出线，防止线路短路、断路。

6、重力仪工作环境中的温、湿度应在仪器限定范围内，避免在过高或过低温度下、过高的湿度下工作造成元件损坏。

7、仪器架设时，确保支脚落地稳固、螺旋卡紧，避免脚架滑动而导致意外。

仪器高、仪器方向等整体架设合理。

8、线路连接时，接口针脚需对准，卡槽或螺旋保证稳固，连接前后仔细核对，确保连线正确无误。

9、测量过程中，应参照重力仪使用说明书和观测要求设置参数，每次使用前应进行观测设计工作。

10、定期备份和整理所配笔记本中存储的数据，以保证数据不丢失及条理性。

n、短期不使用时，采用UPS电池对离子泵供电，以维持落体仓的真空度，其余部分断电。

12、长期不使用时，系统全部断电，用仪器箱按要求存放于干燥、荫凉的地方。

13、在长距离运输和移动重力仪过程中，需将重力仪放置于所配备仪器箱中，在运输中要避免大的震动。

14、重力仪需进行定期比对测量和检校，对不符合要求的指标项目，应进行检校调整。

15、重力仪应专人保管和使用。

使用中出现问题，应及时报告，按指示进行处理，不得擅自处理，并且对问题和处理要做记录。

绝对重力仪工作原理绝对重力仪，也被称为绝对重力计，是一种用于测量地球表面上任意一点的绝对重力的仪器。

它是基于万有引力定律和牛顿第二定律的原理设计而成的，能够准确地测量地球表面上的重力加速度。

下面将详细介绍绝对重力仪的工作原理。

绝对重力仪的工作原理主要基于牛顿第二定律，即力等于质量乘以加速度。

在地球表面上的任意一点，重力加速度可以被表示为g，它的大小约等于9.8米每秒平方。

绝对重力仪的目标就是测量这个重力加速度的准确值。

绝对重力仪通常由一个质量块、一个悬挂系统和一个灵敏的测量装置组成。

质量块是仪器的核心部分，它的质量应当非常大，以确保测量的精确性。

悬挂系统用于将质量块悬挂在测量装置上，通常采用细长的金属丝或弹簧。

测量装置则是用来测量质量块所受的重力。

当绝对重力仪处于静止状态时，质量块受到的重力等于质量块的质量乘以重力加速度g。

根据牛顿第二定律，质量块受到的重力还可以表示为质量块的质量乘以质量块所受到的加速度。

因此，我们可以得到如下的关系式：质量块的质量 × 重力加速度 = 质量块的质量 × 质量块所受到的加速度通过上述关系式，我们可以得到质量块所受到的加速度等于重力加速度g。

这意味着，在绝对重力仪处于静止状态时，质量块所受到的加速度等于地球表面上的重力加速度。

为了测量质量块所受到的加速度，绝对重力仪的测量装置通常采用非常灵敏的重力传感器。

这种传感器通常基于光学或电子技术，并能够测量微小的加速度变化。

当质量块受到重力作用时，传感器会感知到质量块所受到的加速度变化，并将其转化为相应的电信号。

通过对这些电信号的测量和分析，我们可以得到质量块所受到的加速度，从而计算出重力加速度g的准确值。

需要注意的是，绝对重力仪在测量过程中需要考虑一些误差来源。

例如，温度变化、气压变化以及地下水位变化等因素都可能会对测量结果产生影响。

为了减小这些误差，绝对重力仪通常会采取一系列的校正措施，并进行多次测量取平均值，以提高测量的准确性。

重力仪原理重力仪是一种用于测量重力场强度的仪器，其原理是基于牛顿万有引力定律和弹簧振子的振动特性。

通过测量重力场的变化，重力仪能够提供地下矿藏探测、地质构造研究、地震预测等领域的重要信息，具有广泛的应用前景。

重力仪的核心是一个质量可调的引力弹簧振子系统，其从弹簧上悬挂的质量与地球上的引力相互作用，引起振子的振动。

当引力发生微小变化时，振子的振动频率也会相应变化。

因此，通过测量振子的频率变化，我们可以得到重力场的改变情况。

为了提高精度，重力仪通常使用超导材料构成的弹簧。

超导材料具有良好的抗磁性，可以减少外界磁场的干扰。

同时，重力仪还配备了温度传感器和气压传感器，以使仪器的测量结果更加准确。

温度和气压的变化会导致引力弹簧的长度和刚度产生微小变化，从而影响测量结果，因此对这些参数进行实时监测十分重要。

重力仪的使用需要在较为恒定的环境条件下进行，通常在实验室或者地下室进行。

首先，需要对仪器进行校准，调整引力弹簧的刚度，使其恢复到初始状态。

然后，需要将重力仪悬挂在一个固定框架上，以防止外界振动对测量结果产生影响。

在测量过程中，需要避免接近重力仪，以减少人体重力对仪器的影响。

重力仪的测量结果可以通过计算机进行实时显示和记录。

通常，会以微伽（microgal）为单位来表示重力场强度的变化。

微伽是表示重力场微小变化的标准单位，1微伽相当于1米/秒²的重力场变化。

重力仪在地球科学研究中具有重要的应用价值。

例如，通过测量不同地区的重力场强度变化，可以研究地球内部构造的变化情况，探测地下矿藏的分布和性质。

此外，在地震活动监测和预测中，重力仪也可以起到重要作用。

地震前后地下岩石的应力状态和密度变化会引起重力场的微小变化，通过监测重力场的变化，可以提前预测地震的发生。

总之，重力仪是一种测量重力场强度的重要工具，通过振子的振动特性和计算机技术，可以提供丰富的地球科学信息。

在探测地下矿藏、研究地质构造和预测地震等领域，重力仪都发挥着重要的作用，为科学研究和工程应用提供了重要的支持。

绝对重力仪工作原理介绍绝对重力仪是一种用于测量地球表面上某一点的绝对重力的仪器。

绝对重力是指不受任何修正或校正的重力值，直接反映了地球引力场在某一点的强度。

本文将详细探讨绝对重力仪的工作原理。

相对重力与绝对重力在讨论绝对重力仪工作原理之前，我们先介绍一下相对重力和绝对重力之间的区别。

相对重力是指在地球表面上测量的重力值，它是受到地球自转和地球形状不规则性的影响，并在地球不同位置具有微小的差异。

而绝对重力则是在某一点上测量的重力值，它不考虑地球的自转和形状等因素，只反映地球引力场在该点的强度。

绝对重力仪的原理绝对重力仪的工作原理基于牛顿万有引力定律和重力加速度的概念。

其主要原理如下：1. 自由下落法测量重力绝对重力仪通过测量自由下落物体的加速度来计算重力值。

常用的自由下落物体是自由漂浮在液体表面的金属小球。

当绝对重力仪悬浮在空中时，它与地球的引力相等，所以加速度为零。

而当绝对重力仪由自由状态释放时，下落物体会受到地球引力的作用，加速度不为零。

通过测量下落物体的加速度，就可以计算出地球引力的大小。

2. 短时间测量减小系统误差为了减小绝对重力仪系统误差的影响，通常使用短时间测量的方法。

绝对重力仪在较短的时间内（一般为几秒钟到几分钟）进行多次自由下落测量，并取平均值来得到最终的重力值。

这种方法可以减小由于温度变化、引力偏差等造成的系统误差。

3. 温度和湿度校正绝对重力仪的测量精度受到温度和湿度等环境因素的影响。

为了校正这些影响，绝对重力仪通常配备了温度和湿度传感器，并进行相应的校正计算。

通过校正，可以提高重力测量的准确性。

绝对重力仪的应用绝对重力仪在地质勘探、大地测量、地球物理学等领域中得到广泛应用。

它可以用来研究地球内部的物质分布、地壳运动、海洋和陆地的重力变化等。

以下是绝对重力仪的一些应用场景：1. 研究地壳运动绝对重力仪可以测量地壳垂直运动的重力变化，从而提供地壳变动的重要数据。

地壳运动通常由地震、地质活动等引起，通过监测地壳运动的重力变化，可以预测地震的发生和研究地震引起的地表变形。

绝对重力仪测量有效高度确定
杨萌;钟敏;张为民
【期刊名称】《大地测量与地球动力学》
【年(卷),期】2015(35)4
【摘要】在重力梯度已知的情况下,认为按照四阶模型得到的重力值为起始高度
z=0处的重力值.在被测点重力梯度未知的情况下,推导了一组简单公式用于计算绝对重力仪测量有效高度,该公式适用于初始位置以及初始速度均不为0的情况.用该方法得到的有效高度将计算的100个重力值归算到起始点,精度在1 μGal以内.【总页数】3页(P715-717)
【作者】杨萌;钟敏;张为民
【作者单位】中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室,武汉市徐东大街340号,430077;中国科学院大学,北京市玉泉路甲19
号,100049;中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室,武汉市徐东大街340号,430077;中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室,武汉市徐东大街340号,430077
【正文语种】中文
【中图分类】P244
【相关文献】
1.测量不确定度原理及在理化检验中的应用第三讲测量不确定度的表示、有效位数及评定步骤 [J], 王承忠
2.机车车辆车钩中心高度测量尺测量结果不确定度评定 [J], 李述弘
3.光干涉绝对重力仪测量A类不确定度优化 [J], 李春剑;吴书清;粟多武;冯金扬;王启宇
4.压力测量不确定度评定基础知识讲座(八) 第八讲无人机气压高度测量不确定度评定 [J], 袁智荣
5.JJF 1059—1999《测量不确定度评定与表示》讨论之十一测量结果有效位与不确定度 [J], 李慎安
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重力仪工作原理重力仪是一种用于测量物体重力加速度的仪器，其工作原理基于新ton力学中的万有引力定律。

根据该定律，两个物体之间的引力与它们的质量成正比，与它们之间的距离的平方成反比。

重力仪通常包含一个质量较大的导球和一个悬挂在导球上的测试质量。

在静止状态下，测试质量受到导球的引力作用，使其处于平衡位置。

当重力仪处于运动状态时，例如在地球表面上移动，导球和测试质量都会受到地球的引力作用。

然而，由于导球的质量远远大于测试质量，地球对导球的引力相对较大，使得导球的运动较小，可以忽略不计。

因此，重力仪的运动可以近似地看作是测试质量在地球引力下的运动。

根据牛顿力学的运动定律，测试质量在地球引力下的运动可以描述为一个简谐振动。

具体地，当重力仪在地球表面上垂直运动时，测试质量受到地球引力和弹簧力的合力作用。

地球引力向下，弹簧力向上，力的合力与测试质量的受力方向相反。

根据胡克定律，弹簧力与测试质量的位移之间存在线性关系。

因此，重力仪的运动可以通过测量测试质量的位移来确定。

一般来说，重力仪中的测试质量会悬挂在一个细长的弹簧上，弹簧的一端固定在导球上。

当测试质量受到地球引力和弹簧力的合力时，它会产生位移，引起弹簧的伸缩。

通过测量弹簧的伸缩量，可以确定测试质量的位移，从而计算出地球引力对测试质量的加速度。

在实际的重力仪中，通常会采用一种被称为负反馈的控制系统来保持测试质量在平衡位置。

即使在外部干扰力的作用下，控制系统也会对测试质量施加与干扰力相反的力，将测试质量重新带回平衡位置。

总之，重力仪的工作原理是基于万有引力定律和简谐振动理论。

通过测量测试质量的位移，可以确定物体在地球引力下的加速度。

自由落体式绝对重力仪(A10型)测量关键技术与拉力调试方
法
王林松;朱明涛;马险;彭桢燃;孙剑伟
【期刊名称】《工程地球物理学报》
【年(卷),期】2023(20)1
【摘要】绝对重力仪是目前用于获得重力加速度,并服务于国家重力基准网建设的主要技术力量。

综合考虑野外流动绝对重力测量环境和条件要求,A10型绝对重力
仪正成为FG5型绝对重力仪由室内扩展室外观测的重要帮手;为保证仪器正常运行且观测数据可靠,开展A10型绝对重力仪调试与维护关键技术研究十分必要。

本文基于A10型绝对重力仪与CG5型相对重力仪在三峡库区七个测点的联测段差对比、数据处理过程中固体潮与高度改正、计量参数激光频率变化、新旧测时卡替换中参数设置变化等重要环节,探讨了A10型绝对重力仪野外观测效率、数据处理与仪器校准等关键问题,并且根据使用与测试经验,给出了由于使用年限增加而经常出现落
体拉力的调试流程,以上技术总结能够对该仪器长期维护与准确测量等方面提供重
要的保障。

【总页数】9页(P90-98)
【作者】王林松;朱明涛;马险;彭桢燃;孙剑伟
【作者单位】中国地质大学地球物理与空间信息学院;中国科学院精密测量科学与
技术创新研究院
【正文语种】中文
【中图分类】P22
【相关文献】
1.A10—022绝对重力仪在庐山短基线的测量试验与分析
2.自由落体式绝对重力仪测量数据处理方法研究
3.A10/028与FG5绝对重力仪比对测量试验
4.A10/35绝对重力仪测试及性能分析
5.A10绝对重力仪稳频激光器对重力测量结果的影响
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重力仪原理重力仪是一种用来测量地球重力场强度的仪器，它的原理基于万有引力定律和牛顿运动定律。

在重力仪的工作过程中，重力场的变化会导致测量结果的变化，因此了解重力仪的原理对于正确使用和解释测量结果至关重要。

首先，我们来看一下万有引力定律。

根据万有引力定律，两个物体之间的引力与它们的质量和距离的平方成正比，而与引力作用的物体的质量无关。

这意味着地球对物体施加的引力与物体的质量成正比，也与地球和物体之间的距离的平方成反比。

在重力仪中，我们利用这一定律来测量地球的重力场强度。

其次，牛顿运动定律也对重力仪的原理起着重要作用。

牛顿第二定律指出，物体所受的合外力等于物体的质量乘以加速度。

在重力仪中，我们利用牛顿第二定律来测量地球对物体的引力。

通过测量物体所受的合外力，我们可以计算出地球对物体的引力，从而得到地球的重力场强度。

重力仪的工作原理可以简单地总结为利用弹簧或悬挂物体的方式来测量地球对物体的引力。

当物体受到地球引力的作用时，它会产生位移或振动，通过测量位移或振动的变化，我们可以计算出地球对物体的引力，进而得到地球的重力场强度。

除了利用弹簧或悬挂物体的方式，重力仪还可以采用其他原理来测量地球的重力场强度，比如利用光的干涉或频率的变化来测量重力场的变化。

无论采用何种原理，重力仪的核心原理都是利用物体受到地球引力的作用来测量地球的重力场强度。

总之，重力仪是一种用来测量地球重力场强度的仪器，它的工作原理基于万有引力定律和牛顿运动定律。

通过利用这些定律，重力仪可以准确地测量地球对物体的引力，进而得到地球的重力场强度。

对于地质勘探、地下资源勘探和地球物理研究等领域，重力仪都扮演着重要的角色，因此了解重力仪的原理对于正确使用和解释测量结果至关重要。

绝对重力仪工作原理绝对重力仪是一种用于测量地球重力场的仪器。

它的工作原理基于牛顿万有引力定律，即两个物体之间的引力与它们的质量和距离的平方成正比。

绝对重力仪利用一个质量均匀的测量球和一个精密的悬挂系统来测量地球的重力场。

测量球是绝对重力仪的核心部件，它的质量必须非常均匀，以确保测量结果的准确性。

测量球通常由钨合金制成，直径约为10厘米，重约4.5千克。

测量球的表面光滑度非常高，以减小空气阻力对测量的影响。

测量球悬挂在一个精密的悬挂系统中，该系统由一组非常细的金属丝构成。

这些金属丝的直径只有几微米，非常脆弱，需要特殊的技术来制造和悬挂。

悬挂系统必须非常稳定，以确保测量球不会受到外部干扰。

当测量球悬挂在悬挂系统中时，它会受到地球的引力和其他外部干扰的影响。

为了消除这些干扰，绝对重力仪通常会进行多次测量，并对结果进行平均。

此外，绝对重力仪还会进行温度和气压的校准，以确保测量结果的准确性。

绝对重力仪的测量结果通常以重力加速度的形式表示，单位为米每秒平方。

地球表面的重力加速度约为9.8米每秒平方，但在不同的地点和海拔高度，重力加速度可能会有所不同。

通过测量地球的重力场，绝对重力仪可以帮助科学家了解地球内部的结构和物质分布，以及地球的引力场对天体运动的影响。

总之，绝对重力仪是一种非常精密的仪器，它的工作原理基于牛顿万有引力定律，利用一个质量均匀的测量球和一个精密的悬挂系统来测量地球的重力场。

通过测量地球的重力场，绝对重力仪可以帮助科学家了解地球内部的结构和物质分布，以及地球的引力场对天体运动的影响。

重力仪的认识及工作原理
重力仪是一种用于测量重力加速度的仪器。

它利用重力加速度对物体的吸引作用进行测量，通过测量重力加速度的大小来推断所处位置的地壳变化、地球内部构造、天体引力场等信息。

重力仪的工作原理基于牛顿的万有引力定律。

根据该定律，任何两个物体之间都会产生引力，该引力与物体质量成正比，并且与物体之间的距离的平方成反比。

因此，当一个物体靠近另一个物体时，它们之间的引力将增加。

重力仪一般由悬挂系统、测量系统和记录系统组成。

悬挂系统通常由悬挂杆、悬挂丝或弹簧组成，用于将重力仪悬挂在测量位置上。

测量系统由重力计组成，重力计一般采用摆式重力计、悬绳式重力计或弹簧式重力计等，用于测量物体受重力作用的力大小。

记录系统用于记录测量到的重力加速度数据，一般通过纸带、数码显示或计算机等方式存储和展示数据。

在工作时，重力仪首先被悬挂在需要测量的位置上，然后重力计开始测量重力加速度。

当测量位置处于地壳变化或引力场强度变化的区域时，重力加速度将会发生微弱的变化，重力计会感知到这种变化并进行测量。

测量完成后，记录系统会将测量得到的重力加速度数据进行存储和展示，从而得到所需的地质或天文信息。

重力仪在地质调查、地震监测、石油勘探等领域具有重要的应用价值。

通过对重力加速度的测量，可以帮助科学家了解地球
内部构造、地壳变化、地下水资源情况等信息，从而为地质学研究和资源勘探提供重要的数据参考。

2.重力勘查的仪器从原理上说，凡是与重力有关的物理现象都可以用于设计制造重力仪器，并用它们来测定出重力全值10－7~10－19量级变化，因此要求重力仪要有高敏度、高精度等良好性能。

2.1重力仪基本原理根据测量的物理量的不同，重力测量分为动力法和静力法两大类，动力法观测的是物体的运动状态（时间与路径），用以测定重力的全值，即绝对重力值（早期的摆仪也可用于相对测量）；静力法则是观测物体在重力作用下静力平衡位置的变化。

以测量两点间的重力差，称相对重力测定，重力仪是一种精密、贵重的仪器。

2.1.1绝对重力测量仪器绝对重力测量的简单原理是利用自由落体的运动规律，在固定或移动点上测量时有单程下落和上抛下落两种行程，自由落体为一光学棱镜，利用稳定的氦氨激光束的波长作为迈克尔逊（michelson ）干涉仪的光学尺，直接测量空间距离：时间标准是采用高稳定的石英振荡器与天文台原子频率指标对比。

观测时，仍然还有许多干扰因素影响重力值的精度测定，如大地脉动、真空度、落体下落偏摆等等，因此必须加以分析、控制和校正。

1）自由下落单程观测图2.1表示自由落体在真空中的下落，其质心在时刻t 1、t 2、t 3相对经过的位置分别为h 1、h 2、h 3，时间间隔为T 1、T 2，经过的距离为S 1、S 2 ，则由自由落体运动方程式最后可导出重力值的公式：121122)(2T T T S T S g --=（2.1.1）精确测定S 1、S 2是采用迈克尔逊干涉仪的原理，当物体光心在光线方向上移动半波长（21λ）时 ，干涉条纹就产生一次明暗变化，显示干涉条纹数目直接代表下落距离（2λN S =，N 为半干涉条纹数）。

这些干涉条纹信号由光电倍增管接受，转化成电信号，放大后与来自石英振荡器的标准频率信号同时送入高精度的电子系统，以便计算时间间隔与条纹数目，从而精确到S 1、S 2、T 1、T 2。

2）上抛下落双程观测上抛下落对观测可避免残存空气阻力、时间测定、电磁等影响带来的误差，物体被铅垂上抛后，其质量中心所走的路程先铅垂向上而后下，其时间与距离的关系如图2.2。

A-10绝对重力仪野外测量精度分析王林松;陈超;王同庆;杜劲松【期刊名称】《大地测量与地球动力学》【年(卷),期】2012(032)001【摘要】用于测量垂向重力加速度(g)的A-10绝对重力仪具有高精度、高一致性、便捷式和现场易测等优点.通过野外观测得出:在满足精度的前提下,A-10绝对重力仪的测量组数、下落次数及测量时间可以少于目前FG5绝对重力仪观测相应的采集参数设置；测量结果与精度受观测台质量、天气等外界因素不同程度的影响.%The A-10 absolute gravimeter is a high precision, high coherence, transportable and easy operating instrument in site to measure the vertical acceleration of gravity (g). Through a long time of field observations, we have recognized that the measurement number of sets, the number of drops and the measurement time of A-10 absolute gravity gravimeter can be less than that of absolute gravimeter FG5 observations of the acquisition parameters set in the condition of meeting the accuracy demand. The results and accuracy can be affected by the observatory quality, weather and other external factors in different extent.【总页数】4页(P60-63)【作者】王林松;陈超;王同庆;杜劲松【作者单位】中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,武汉430074;中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,武汉430074;中国地质大学(武汉)教育部长江三峡库区地质灾害研究中心,武汉 430074;中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,武汉430074;中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】P761.5【相关文献】1.野外测量中交会法原理及精度分析 [J], 曹元志;杜光辉2.野外测量中交会法原理及精度分析 [J], 曹元志3.用绝对重力仪测定超导重力仪格值的精度分析 [J], 陈晓东;孙和平;张为民;郝兴华4.第10届全球绝对重力仪关键比对相对重力测量 [J], 刘善良; 吴书清; 冯金扬; 王启宇; 吉望西; 粟多武; 李春剑5.光干涉绝对重力仪测量A类不确定度优化 [J], 李春剑;吴书清;粟多武;冯金扬;王启宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第40卷第6期2020年6月大地测量与地球动力学J o u r n a l o fG e o d e s y a n dG e o d yn a m i c s V o l .40N o .6J u n .,2020收稿日期:2019-07-04项目来源:中国科学院测量与地球物理研究所大地测量与地球动力学国家重点实验室自主项目㊂第一作者简介:桑鹏,工程师,主要从事重力测量与应用研究,E -m a i l :s a n g p e n g @w h i g g.a c .c n ㊂通讯作者:张为民,正研级高级工程师,主要从事绝对重力观测应用及绝对重力仪研究,E -m a i l :z h w m@w h i g g.a c .c n ㊂D O I :10.14075/j .j g g.2020.06.020文章编号:1671-5942(2020)06-0652-03A 10绝对重力仪稳频激光器对重力测量结果的影响桑 鹏1 张为民1 田 蔚1 吴晓敏11 中国科学院测量与地球物理研究所,武汉市徐东大街340号,430077摘 要:简要介绍M L -1型稳频激光器的红㊁蓝光工作模式,对其单光㊁双光测量结果进行实验,并与F G 5X 型绝对重力仪的观测结果进行对比㊂结果表明,M L -1型激光器红㊁蓝光工作模式可有效减小稳频激光器温度及时间的漂移对绝对重力观测的影响,红蓝分离值的大小表征了激光器漂移的程度,若红蓝分离值较大,表明稳频激光器存在较大漂移,需进行标定校准㊂关键词:A 10;绝对重力测量;稳频激光器;红蓝光模式;波长漂移中图分类号:P 312 文献标识码:AA 10绝对重力仪是由M i c r o -g 公司研发的一款可在户外环境下使用并快速采集数据的便携式自由落体绝对重力仪,其标称测量准确度为ʃ10μG a l [1-2],在优化测量方案及改善测量环境的情况下,其精度可达到甚至超过5μG a l [1]㊂本文针对A 10绝对重力仪所采用的M L -1型氦氖激光器的红㊁蓝光工作模式对测量结果的影响进行分析和探讨㊂1 A 10绝对重力仪的测量原理及M L -1型激光器A 10绝对重力仪的测量原理[2]如图1所示,在真空腔体里的角锥棱镜作自由落体运动,通过激光干涉仪㊁长周期隔振装置(超长弹簧)和铷原子频标精确地测量棱镜的运动位置及对应的时刻,并根据最小二乘拟合方法确定测点在有效高度处的绝对重力值[3]㊂A 10绝对重力仪采用的是M L -1型氦氖激光器,该激光器是一种稳频偏振激光器,其激光管内的双纵模会反射产生2种偏振光,其稳频主要是靠平衡2种偏振光的强度来获得,这2种偏振光具有线性正交特性,因而能够被单独的光敏探测器分别探测出来㊂通过比较2种偏振光的强度产生的差分信号,再反馈给环绕在激光电子管上的加热器来改变温度,从而调整激光腔的长度,激光腔的长度变化又会影响到偏振光强度,具体原理示意图[4]见图2,这种循环稳定之后会得到2个锁定点,分别为图2中的红点和蓝点[1]㊂图1 绝对重力仪基本原理F i g .1 P r i n c i pl e o f t h e a b s o l u t e g r a v i m e t er 图2 M L -1激光器红㊁蓝光示意图F i g .2 D i a gr a m s o fM L -1 s r e da n db l u e l a s e r s 图2中的红点和蓝点是M L -1激光的2种工作模式,这里的红㊁蓝并不是指激光的颜色,而是第40卷第6期桑鹏等:A10绝对重力仪稳频激光器对重力测量结果的影响指波长,靠近红光波段的激光波长相对较长,靠近蓝光波段的相对较短,二者固定的频率差为725 MH z[4]㊂2束激光位于中心频率的对称两侧,其频率也是相对恒定的㊂在受到外界温度影响时,红㊁蓝光的波长或者频率同步但反向移动,其平均值将稳定在一定的范围内(2ˑ10-9)[4]㊂在使用这种稳频激光器时,可通过碘稳频氦氖激光的拍频测量方法确定红蓝光的频率位置,再将两者取平均,就可得到激光的中心频率㊂另外,A10绝对重力仪充分利用了激光器特性,在测量中交替使用红光和蓝光波长进行绝对重力测量㊂每组使用一种激光频率进行一定次数的落体,并对该组观测结果进行统计,下组采用另一种激光频率,如此交替进行偶数组观测后,再对各组观测结果进行统计并计算红蓝光的中心值㊂这种测量方式能有效地降低测量中激光器温度漂移和时间漂移的影响,也使A10绝对重力仪能在野外复杂温度条件下进行高精度测量㊂通过分析国内各研究机构对A10的观测结果发现,红蓝光分离值越大,其中心值与理论值的偏差越大,红蓝光分离值越小,其中心值越接近理论值㊂2单光与红蓝双光对比实验A10绝对重力仪整机均有温度补偿控制系统,可以在-18~38ħ的温度范围内使仪器的各个系统保持在最佳运行状态㊂按照A10测量规范要求,每次测量开始之前,全套系统需加温2~ 3h,若加温时长不足,绝对重力观测结果会产生漂移,与理论值偏差较大,导致观测数据无法采用㊂同时对绝对重力观测点也有相应技术要求,其环境温度㊁湿度㊁观测墩等都需相对稳定,因此所有实验均按照测量规范和技术要求进行㊂对比实验中,用单蓝光测试6次共24组㊁单红光测试1次共4组㊁红蓝光交替测试1次共12组,测试结果见表1(单位μG a l)㊂表1单光与双光结果对比T a b.1C o m p a r i s o no f s i n g l e a n dd o u b l e l i g h t r e s u l t s组次单蓝光单红光单蓝与单红平均红蓝光交替1979354040.1979351019.5979352529.8979352532.4 2979354031.23979354044.54979354036.25979354044.86979354048.7由表1可知,单光测量值与红蓝光交替测量值之间有较大的偏差,该观测结果已远远超出仪器的测量精度,这是由该类激光器的特性及仪器出厂后长期未进行校准导致的;而单蓝光与单红光测量结果的平均值应与红蓝光交替测量的结果一致,实验结果与此较符合㊂本文研究的A10绝对重力仪于2016-04引进,激光器的红㊁蓝光波长值由厂家提供,其中红光波长为632.991924n m,蓝光波长为632.9909196n m㊂随着工作时间的积累,M L-1型氦氖激光器的红㊁蓝光波长会有漂移现象,为准确分析激光波长漂移对测量结果的影响,将此A10绝对重力仪与最新的F G5X型绝对重力仪(编号246)在九峰站进行了比对测量㊂根据测量需要,2种仪器分别采用80c m㊁130c m高差测得的重力梯度值进行高度改正[1]㊂经过各项改正后[5],A10-046获得的地面重力值为9***** 708.56μG a l,红蓝光分离值为35.6μG a l㊂对激光器的红㊁蓝光分别进行30m i n的拍频测试,红光波长为632.991911411n m,相对标准不确定度为2.2ˑ10-9,蓝光波长为632.990936223 n m,相对标准不确定度为1.4ˑ10-9,标定前后红蓝光的波长均有变化,结果见表2(单位n m)㊂表2红蓝光标定前后波长对比T a b.2W a v e l e n g t h c o m p a r i s o nb e f o r e a n d a f t e r c a l i b r a t i o n 标定前(出厂值)标定后波长变化值红光632.9919240632.991911411-0.000012589蓝光632.9909196632.990936223+0.000016623用标定后的波长参数在g9软件中对测量结果进行处理[6],得到地面重力值为9*****711.68μG a l,红蓝光分离值为9.6μG a l,标定前后测量结果相差3.12μG a l,参考F G5X-246绝对重力仪测得的地面重力值9*****712μG a l,可见标定之后的测量结果更为准确(图3)㊂由于激光器存在漂移,且校准的次数有限,实际观测时难免存在不同程度的误差,选取若干绝对重力基准点的数据进行进一步确认,具体见表3(单位μG a l)㊂通过对稳频激光器的重新标定及对其波长的校准,红蓝分离值都有不同程度的减356大地测量与地球动力学2020年6月小,且标定时间越接近,红蓝光分离值就越小,其观测结果越准确㊂图3 A 10-046九峰台测试结果(2019-05)F i g.3 M e a s u r e m e n t r e s u l t s o fA 10-046a t J i u f e n g st a t i o n (2019-05)表3 红蓝光标定前后结果对照T a b .3 C o m pa r i s o no f r e s u l t sb e f o r e a n da f t e rc a l i b r a t i o n 测站A 10-046F G 5X -246重力值红蓝分离重力值九峰标定前9*****708.5635.6标定后9*****711.689.69*****712.00玉树标定前9*****227.0772.56标定后9*****230.1927.41襄阳标定前9*****670.53142.77标定后9*****673.6597.58隆尧标定前9*****498.9378.77标定后9*****502.0533.543 结 语1)M L -1型氦氖激光器的红蓝光交替观测模式可有效减小激光器温度漂移和时间漂移对A 10绝对重力仪测量结果的影响;2)在排除其他干扰因素的情况下,当红蓝光分离值较大时,表示激光器的波长漂移较大,若分离值大于40μG a l ,则需考虑对激光器进行重新标定,以避免激光器漂移影响观测结果的准确性;3)建议每年对稳频激光器至少进行1次标定㊂致谢:感谢中国科学院测量与地球物理研究所白磊工程师提供F G 5X -246数据㊂参考文献[1] 何志堂,韩宇飞,康胜军,等.A 10/028与F G 5绝对重力仪比对测量试验[J ].大地测量与地球动力学,2014,34(3):142-145(H eZ h i t a n g ,H a n Y u f e i ,K a n g S h e n g j u n ,e ta l .C o n t r a s tT e s to fA 10/028A b s o l u t eG r a v i m e t e rw i t hF G 5[J ].J o u r n a lo fG e o d e s y a n d G e o d yn a m i c s ,2014,34(3):142-145)[2] M i c r o -g L a C o s t e I n c .A -10P o r t a b l e G r a v i m e t e r U s e r s M a n u a l [Z ].M i c r o -g La C o s t e I n c ,2012[3] 康胜军.A 10型绝对重力仪的原理研究及精度分析[D ].武汉:武汉大学,2013(K a n g S h e n g j u n .T h e o r y Re s e a r c ha n d A c c u r a c y A n a l y s i sf o r A 10A b s o l u t e G r a v i t y M e t e r [D ].W u h a n :W u h a nU n i v e r s i t y,2013)[4] M i c r o -g L a C o s t e I n c .M L -1P o l a r i z a t i o n S t a b i l i z e d L a s e r O p e r a t o r sM a n u a l [Z ].M i c r o -g L a C o s t e I n c ,2011[5] 王庆宾,吴晓平.绝对重力测量值的改正[J ].测绘学院学报,2001,18(3):160-163(W a n g Q i n g b i n ,W u X i a o p i n g.T h eC o r r e c t i o nf o r A b s o l u t e G r a v i t y Me a s u r e m e n t [J ].J o u r n a l of I n s t i t u t eo fS u r v e y i ng a n d M a p p i n g ,2001,18(3):160-163)[6] M i c r o -g L a C o s t e I n c .g 9U s e r s M a n u a l [Z ].M i c r o -g La -C o s t e I n c ,2012E f f e c t o fF r e q u e n c y -S t a b i l i z e dL a s e r o nG r a v i t y Me a s u r e m e n t o fA 10S A N GP e n g 1 Z HA N G We i m i n 1 T I A N W e i 1WU X i a o m i n 11 I n s t i t u t e o fG e o d e s y a n dG e o p h y s i c s ,C A S ,340X u d o n g St r e e t ,W u h a n430077,C h i n a A b s t r a c t :T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h ew o r k i n g m o d e s o fM L -1f r e q u e n c y -s t a b i l i z e d l a s e r .T h e r e s u l t s o f s i n gl e m o d e a n d t w om o d e sm e a s u r e m e n t s a r e c o m p a r e dw i t h t h o s e o f t h e F G 5Xa b s o l u t e gr a v i m e t e r .W e s h o w t h a t t h ew o r k i n g m o d e s o fM L -1l a s e r c a n e f f e c t i v e l y r e d u c e t h e i n f l u e n c e o f t e m pe r a t u r e d r if t a n d t i m e d r i f t o n a b -s o l u t eg r a v i t y o b s e r v a t i o n .Th e r e d /b l u e s e p a r a ti o n i n d i c a t e s t h e l a s e r d r i f t .W h e n t h e r e d /b l u e s e pa r a t i o n i s l a r g e ,i t i n d i c a t e s t h a t t h e r e i s a l a r g e d r i f t i n t h e f r e q u e n c y-s t a b i l i z e d l a s e r ,w h i c hn e e d s c a l i b r a t i o n .K e y wo r d s :A 10;a b s o l u t e g r a v i t y m e a s u r e m e n t ;f r e q u e n c y s t a b i l i z e dl a s e r ;r e d -b l u e m o d e ;w a v e -l e n gt hd r i f t F o u n d a t i o n s u p p o r t :I n d e p e n d e n t P r o j e c tG r a n t o f S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fG e o d e s y a n dE a r t h sD y n a m i c s ,I n s t i t u t e o fG e o d e s y a n dG e o -p h ys i c s ,C A S .A b o u t t h e f i r s t a u t h o r :S A N GP e n g ,e n g i n e e r ,m a j o r s i n g r a v i t y s u r v e y a n d a p p l i c a t i o n s ,E -m a i l :s a n g p e n g @w h i g g.a c .c n .C o r r e s p o n d i n g a u t h o r :Z H A N G W e i m i n ,p r o f e s s o r ,m a j o r si na b s o l u t e g r a v i t y o b s e r v a t i o na n dd e v e l o p m e n to fa b s o l u t e g r a v i m e t e r ,E -m a i l :z h w m@w h i g g.a c .c n .456。

专利名称：一种测压重力仪原理
王元荪
【期刊名称】《石油仪器》
【年(卷),期】2009(23)4
【摘要】本发明提供了一种测压重力仪原理，属于重力仪器仪表加工技术领域，其原理特点：以起原始重力作用的弱物质压力值为测量对象来掌握重力大小，在具体实施方面，通过设置的光学放大镜，读取恒温室内用光学玻璃制成的上面带有微型数码的内部装有汞的线性膨胀及收缩显示计显示的，属于弱物质场对与显示计连通的汞胆内的液态汞的压力大小不同时液态汞发生的线性膨胀及收缩变化量值，来掌握弱物质场压力的大小，同时来掌握由压力场平衡效应决定的重力大小，
【总页数】1页(P38-38)
【关键词】重力仪;原理;专利名称;测压;线性膨胀;光学玻璃;液态汞;压力值
【作者】王元荪
【作者单位】杭州市科技信息研究院
【正文语种】中文
【中图分类】P223.6;TS941.56
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