【摘要】：重力位的二階導(dǎo)數(shù)(即重力梯度張量)可以很好的描述地球重力場的特征,且其空間分辨率比重力更高,適用于探測研究局部小地質(zhì)體及其細(xì)節(jié)。目前,重力梯度測量的應(yīng)用前景十分廣泛,已經(jīng)在重力資源勘探(如石油、金屬礦勘探)、提高慣性導(dǎo)航精度等方面獲得成功。重力梯度儀是一種測定重力場梯度信號的儀器。目前,常見的重力梯度儀有很多種,如扭秤重力梯度儀、靜電加速度計(jì)重力梯度儀、旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀、超導(dǎo)重力梯度儀等。其中,扭秤重力梯度儀具有結(jié)構(gòu)簡單,造價(jià)低廉,測量精度高的優(yōu)點(diǎn),利用它作為精密重力測量國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施中的重力基準(zhǔn)儀器體系的重力梯度測量系統(tǒng),測出的高精度重力梯度值可對其它重力儀器的基準(zhǔn)值進(jìn)行標(biāo)定。本文對各種形式的扭秤重力梯度儀的工作原理做了較為詳細(xì)的調(diào)研,考慮到傳統(tǒng)的重力梯度數(shù)據(jù)提取方法的落后性,較為深入的研究了整體最小二乘法,該方法同時(shí)考慮到系數(shù)矩陣與觀測向量的誤差,為重力梯度的高精度提取提供了理論依據(jù)。并且對扭秤重力梯度儀的整體結(jié)構(gòu)、扭秤結(jié)構(gòu)及其尺寸選擇進(jìn)行了深入的分析。為了達(dá)到重力梯度的測量精度0.5E的設(shè)計(jì)目標(biāo),又對扭秤系統(tǒng)的熱噪聲極限、一級誤差,二級誤差進(jìn)行了詳細(xì)的分析,初步確定了扭秤的加工、定位指標(biāo)以及扭秤姿態(tài)角測量要求。此外,考慮到扭秤懸掛系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間較長,極大地影響了重力梯度的測量效率,本文結(jié)合本實(shí)驗(yàn)室已有的PID控制技術(shù),設(shè)計(jì)了一款振幅衰減系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過在扭秤的兩側(cè)加兩對反饋極板,與扭秤的秤桿構(gòu)成電容,采用靜電反饋的模式來控制扭秤在平衡位置,從而實(shí)現(xiàn)振幅的快速衰減。并通過simulink仿真,發(fā)現(xiàn)振幅衰減10000urad所需要的時(shí)間為7分鐘左右,因此能極大地提高扭秤的工作效率。
【圖文】：

2 2[( ) ( )] [ ]g yy xx xy xz yz W W xy W x y dm W yz W xz dm （1.6）其中式中第一項(xiàng)表示水平加速度沿著水平方向的差異導(dǎo)致的力矩，第二項(xiàng)表示水平加速度沿著豎方向的差異導(dǎo)致的力矩。從物理上說，由于扭秤的兩個(gè)檢驗(yàn)質(zhì)量都在同一高度，故水平重力加速度沿著豎直方向的變化必然相同，兩個(gè)球第二部分力矩做差分以后為零。從數(shù)學(xué)上說，兩球因?yàn)樘厥獾奈恢茫瑥亩鴮?dǎo)致積分量 [ ] 0xz yzW yz W xz dm ,因此這種扭秤不能用來測量水平重力梯度，僅可以測量曲率重力梯度。化簡后扭秤的力學(xué)平衡方程為：20( ) ( sin2 2 cos2 )xyk ml W W （1.7）其中，k 為懸絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)；0 表示懸絲不受扭力作用時(shí)相對某一準(zhǔn)線的刻度； 為重力矩的作用下相對這一標(biāo)準(zhǔn)線的扭角；m 為檢驗(yàn)質(zhì)量；l為半桿長度； 為方位角。

2 2[( ) ( )] [ ]g yy xx xy xz yz W W xy W x y dm W yz W xz dm （1.6）其中式中第一項(xiàng)表示水平加速度沿著水平方向的差異導(dǎo)致的力矩，第二項(xiàng)表示水平加速度沿著豎方向的差異導(dǎo)致的力矩。從物理上說，，由于扭秤的兩個(gè)檢驗(yàn)質(zhì)量都在同一高度，故水平重力加速度沿著豎直方向的變化必然相同，兩個(gè)球第二部分力矩做差分以后為零。從數(shù)學(xué)上說，兩球因?yàn)樘厥獾奈恢茫瑥亩鴮?dǎo)致積分量 [ ] 0xz yzW yz W xz dm ,因此這種扭秤不能用來測量水平重力梯度，僅可以測量曲率重力梯度。化簡后扭秤的力學(xué)平衡方程為：20( ) ( sin2 2 cos2 )xyk ml W W （1.7）其中，k 為懸絲的扭轉(zhuǎn)系數(shù)；0 表示懸絲不受扭力作用時(shí)相對某一準(zhǔn)線的刻度； 為重力矩的作用下相對這一標(biāo)準(zhǔn)線的扭角；m 為檢驗(yàn)質(zhì)量；l為半桿長度； 為方位角。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH761.5

【參考文獻(xiàn)】

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1 涂良成;劉金全;王志偉;周澤兵;;旋轉(zhuǎn)重力梯度儀的加速度計(jì)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)方法與需求分析[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2011年02期

2 王福昌;曹慧榮;朱紅霞;;經(jīng)典最小二乘與全最小二乘法及其參數(shù)估計(jì)[J];統(tǒng)計(jì)與決策;2009年01期

3 舒晴;周堅(jiān)鑫;尹航;;航空重力梯度儀研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];物探與化探;2007年06期

4 邊少鋒;紀(jì)兵;;重力梯度儀的發(fā)展及其應(yīng)用[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2006年02期

5 李紅軍,鄧方林,柯熙政;旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀原理及其應(yīng)用[J];地球物理學(xué)進(jìn)展;2002年04期

6 王樹甫,孫楓,郝燕玲,秦紅磊;旋轉(zhuǎn)加速度計(jì)重力梯度儀標(biāo)度因子調(diào)整方法及誤差補(bǔ)償研究[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào);2000年04期

7 蔡體菁，周百令;重力梯度儀的現(xiàn)狀和前景[J];中國慣性技術(shù)學(xué)報(bào);1999年01期

8 曾華霖;重力梯度測量的現(xiàn)狀及復(fù)興[J];物探與化探;1999年01期

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1 魯鐵定;總體最小二乘平差理論及其在測繪數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[D];武漢大學(xué);2010年

本文編號：2676770