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重力測量儀器怎麼看

發布時間:2023-09-06 06:17:36

㈠ 測量儀器使用方法步驟

1、放置:首先確定兩觀測點中間的位置,可以採用來回步數取折中步數為大概中點位置,再打開三腳架並使高度適中(與胸口同高)盡量使三隻腳拉伸長度相同,在後期調平可以節約時間,扭緊制動螺旋,檢查腳架是否牢固,防止摔倒;然後打開儀器箱,輕拿輕放,用連接螺旋將水準儀器連接在三腳架上,擰緊,防止松動掉落。

2、調平:粗平,調節腳螺旋,使圓水準氣泡居中,當水泡位於中心位置時說明儀器呈水平狀態;用食指和大拇指轉動3個腳螺旋,氣泡在哪裡說明哪裡偏高,這時候只要轉動螺旋即可,操作方法符合該規則:(右手食指代表前進方向,左手大拇指代表前進方向)。

3、瞄點:用望遠鏡准確地瞄準目標,定位測量的位置。睜一眼,閉一眼,先用準星器粗瞄,固定方向,當發現目標在視野下消失時,即眼睛——準星器——目標,形成一線,這時候是看不見測量物體的,代表目標物體進入望遠鏡視野范圍;再觀測目鏡,用微動螺旋精瞄,准確定位物體的位置。

4、讀數:使用十字絲的中絲在水準尺上讀數,從小數向大數讀,讀四位。(即是把頭歪倒過來看),米、分米看尺面上的注記,厘米數尺面上的格數,毫米估讀。

5、計算:目標高=後尺讀數+後視高-前尺讀數,兩尺長度一樣,測量出來的差距就是高程差,就能通過已知高程測下一點高程。

㈡ 航空重力儀操作

在航空重力測量時,不同型號的航空重力儀的操作方式不盡相同。它們都必須要做地面靜態校正測量。

1.飛行前的儀器操作

首先,打開重力儀和差分GPS的所有電源,等待儀器初始化後進入工作狀態。GT-1A航空重力儀需要輸入測量架次,並需要設置成靜態測量狀態(V=0等);此時差分GPS應處於正常工作狀態,需要檢查數據是否正常被記錄、檢查數據卡的容量(保證12 h的記錄容量)。其次,需要完成大約30 min的地面校正靜態測量,記錄測試數據,並應與之前的測量結果進行對比,檢核測量結果的質量,判斷儀器的工作是否正常。

差分GPS基站必須於飛機起飛前開機且進入正常的工作狀態,並要檢查電池的電量(基本要求是能工作12 h)、檢查數據是否正常被記錄、檢查數據卡的容量(保證12 h的記錄容量)、檢查可定位的衛星數量(至少6顆以上)。檢查結果滿足要求後才能進行飛行測量。

前校數據採集期間,盡可能要保持重力儀周圍的環境平靜,不能觸動飛機,更不能攀爬飛機和給飛機加油。

確認所有測量系統工作正常且核對導航數據與飛行任務書無誤後,才能放飛。

2.飛行中的儀器操作

TAGS測量時,飛機從停機坪滑出前鎖擺,飛機進入測線前輸入該測線相對應的ST值,對准測線(提前20km)時解擺進入測量狀態,退出測線(延長10km)時鎖擺。ST值由測線的緯度、方向來決定,通常是該測量方向相鄰測線實測的ST值。

GT-1A測量時,在飛機准備離開停機坪前,將儀器設置成動態測量模式(V>0),並開始記錄數據。檢查CDU(Control Display Unit)的數據是否出現警告(紅色或黃色),記錄dp、dq、dr、Betz和Gamz值。完成以上工作後即可進入測線飛行。測線飛行時,如果出現黃色警告,按Ctrl+F5進行消除。倘若連續5次進行該操作而無法消除的話,通知飛行員返航。

飛行測量中嚴格遵守操作規程,做好空中各項記錄,若出現故障要及時檢查和排故,確認無法排除時要通知機組及時返航。同時要密切觀察氣流大時重力是否產生飽和現象,如果飽和現象超過要求且沒有轉好的趨勢時,要及時返航,以免資料作廢。

3.飛行後的儀器操作

GT-1A航空重力測量系統落地停穩後,記錄dp、dq、dr、Betz和Gamz值,停止數據記錄,並設置成靜態測量狀態(V=0等),准備地面靜態校正測量。

盡量將飛機停靠在地面基準點標記上,其偏差不要超過1 m。每架次落地後,需要進行大約40~60 min的地面校正靜態測量,並記錄測試數據。此時可停止地面GPS基站的數據採集工作。

㈢ 相對重力測量儀器概述

用於重力勘探工作中的重力儀,都是相對重力測量儀器,即只能測出某兩點之間的重力差。由於重力差比重力全值小幾個數量級以上,因而要使測量值達±(1~0.0n)g.u.精度,其相對精度就比絕對重力儀小得多了,這樣使儀器輕便化、小型化就較易實現。即便如此,為能准確反映重力極微小的變化,在儀器設計、材料選擇、各種干擾的消除等方面仍非易事。

(一)工作原理

一個恆定的質量m在重力場內的重量隨g的變化而變化,如果用另外一種力(彈力、電磁力等)來平衡這種重量或重力矩的變化,則通過對該物體平衡狀態的觀測,就有可能測量出兩點間的重力差值。按物體受力變化而產生位移方式的不同,重力儀可分為平移(或線位移)式和旋轉(或角位移)式兩大類。日常生活中使用的彈簧秤從原理上說就是一種平移式重力儀。設彈簧的原始長度為s0,彈力系數為k,掛上質量為m的物體後其重量為mg。當由彈簧的形變產生的彈力與重量大小相等(方向相反)時,重物靜止在某一平衡位置上,此時有:

mg=k(s-s0

式中:s為平衡時彈簧的長度。若將該系統分別置於重力值為g1和g2的兩點上,彈簧形變後的長度為s1和s2,可類似得到上述兩個方程,將它們相減便有

地球物理勘探概論

系數C稱為格值,因此測得重物的位移量就可以換算出重力差。

將上式全微分後並除以該式,可得到相對誤差表達式:

地球物理勘探概論

設Δg=1000g.u,dΔg取0.1g.u.,則相對誤差為10-4;平均地說,對格值與Δs測定的相對誤差不能超過0.5×10-4,可見要實施起來是相當困難的。

(二)構造上的基本要求

不同類型重力儀盡管結構上差異很大,但任何一台重力儀都有兩個最基本的部分:一是靜力平衡系統,又叫靈敏系統,用來感受重力的變化,因而是儀器的「心臟」;二是測讀機構,用來觀測平衡系統的微小變化並測量出重力變化。對前者來說,系統必須具備足夠高的靈敏度以便能准確地感受到重力的微小變化;對後者來說應有足夠大的放大能力以分辨出靈敏系統的微小變化,同時測量重力變化的范圍較大,讀數與重力變化間的換算簡單。

(三)平衡方程式與靈敏度

圖2-2-1 旋轉式重力儀靈敏系統

簡化了的旋轉式彈性重力儀中靈敏系統如圖2-2-1所示,1為帶重荷m的擺桿(亦稱平衡體),它與支桿3固結為一體,可繞旋轉軸O轉動,此旋轉軸可為一對水平扭絲或水平扭轉彈簧。2 稱為主彈簧,上端固定,下端與支桿3 相連。這樣,平衡體在重力矩和彈力矩的作用下可在某一位置達到平衡(靜止),設Mg表示平衡體所受的重力矩,它是重力g與平衡體偏離水平位置為φ角的函數;Mτ表示平衡體受到的彈力矩,是φ角的函數。在平衡體靜止時,合力矩M0為零,即

地球物理勘探概論

這就是重力儀的基本平衡方程式,從該式出發我們來討論角靈敏度問題。

所謂角靈敏度,是指單位重力變化所能引起平衡體偏角大小的變化。偏角越大,則表示儀器越靈敏,即角靈敏度越大,反之亦然。將式(2-2-1)對g和φ進行微分得到:

地球物理勘探概論

稍加整理即獲得角靈敏度的表達式:

地球物理勘探概論

因此,從原理上說,提高靈敏度有兩個途徑。一是加大上式中的分子,這意味著要增大m和l(l為平衡體質心到轉軸O的距離),其結果會增加儀器的重量和體積,同時也會使各種干擾因素的影響加大,這是不可取的。二是減少上式中的分母,其物理意義為減小平衡系統的穩定性。根據力學原理,讓式(2-2-2)的分母從小於零的方向趨近於零而不等於零,即減小系統的穩定性,但又不使其達到不穩定狀態,使靈敏度達到我們所需要的范圍。為實現這一要求,可採取加助動裝置(亦稱敏化)方法、傾斜觀測法以及適當布置主彈簧位置等方法。圖2-2-1中主彈簧連在支桿上的布局,本身就起到了自動助動作用,隨著β角的減小,靈敏度會逐漸增大。

(四)測讀機構與零點讀數法

由於重力的變化所能引起平衡體偏轉角的改變數十分微小,肉眼無法判別。因此,為能觀察出這一微小變化,測讀機構首先要有一套具有足夠放大能力的放大機構,如光學放大、光電放大和電容放大等;其次應有一套測讀機構,如測微計數器或自動記錄系統等,將平衡體角位移改變數測讀出來,以換算出重力變化量。現代重力儀的測讀都是採用補償法進行的,也稱零點讀數法。其含義是:選取平衡體的某一位置作為測量重力變化的起始位置,即零點位置;重力變化後第一步是通過放大裝置觀測平衡體對零點位置的偏離情況,第二步是用另外的力去補充重力的變化,即通過測讀裝置再將平衡體又准確地調回到零點位置,測微器上前後兩個讀數的變化就反映了重力的變化。採用零點讀數法有許多優點,擴大了直接測量范圍,減小了儀器的體積,測讀精度高,以相同的靈敏度在各點上施測。此外,讀數換算也較簡單。

(五)影響重力儀精度的因素及消除影響的措施

精度是指實測值逼近真值的程度,它與測量次數有關,更與測量中不可避免的各種干擾因素造成的誤差有關。影響重力儀觀測精度的因素很多,如何採取相應措施使這些干擾的影響降到最低水平,是決定重力儀性能或質量的根本保證。

1.溫度影響

溫度變化會使重力儀各部件熱脹冷縮,使各著力點間的相對位置發生變化;彈簧的彈力系數也是溫度的函數。以石英彈簧為例,它的彈性溫度系數約為120×10-6,即溫度變化1℃,相當於重力(全值)變化了1200g.u.。因此,克服溫度變化的影響是提高重力儀精度的重要保證。為此,已採用的措施有:選用受溫度變化影響小的材料作儀器的彈性元件;附加自動溫度補償裝置;採用電熱恆溫(有的儀器必要時加雙層恆溫),這樣使儀器內部溫度基本保持不變。此外在野外使用儀器時,應盡量避免陽光直接照射在儀器上,搬運中應使用通風性能好的專用外包裝箱等。

2.氣壓影響

主要是使空氣密度改變而使平衡體所受的浮力改變,並在儀器內部可能形成微弱的氣體流動沖擊彈性系統。消除的方法有:將彈性系統置於高真空的封閉容器內;在與平衡體相反方向上(相對旋轉軸而言)加一個等體積矩的氣壓補償器;條件需要和許可時,應將儀器放入氣壓倉內檢測受氣壓變化的影響,以便引入相應的氣壓校正。

3.電磁力影響

用石英材料製成的擺桿(平衡體),因質量很小無需加固。當它在自由擺動時,會與容器中殘存的空氣分子相摩擦而產生靜電,電荷的不斷積累會使儀器讀數發生變化。因此,這類儀器常在平衡體附近放一適量的放射性物質,使殘存氣體游離而導走電荷。對於用金屬製成的彈性元件來說,材料中含的鐵磁性元素就會對地磁場變化產生響應而改變儀器讀數,為此,要將整個彈性系統作消磁處理,外面再加上磁屏以屏蔽磁場;有條件時,應在人工磁場中進行實際測量,以了解受磁場方向、強度變化的影響,必要時引入相應的校正項;在野外工作中,利用指南針定向安放儀器,讓擺桿方向總與地磁場垂直。

4.安置狀態不一致的影響

在各測點上安放重力儀時不可能完全一致,因而擺桿與重力的交角就不會一致,從而使測量結果不僅包含有各測點間重力的變化量,還包含了擺桿與重力方向夾角不一致的影響。可以證明,為了使後者的影響降低到最小限度,應取平衡體的質心與水平轉軸所構成的平面為水平時的平衡體位置作為重力儀的零點位置。為此,重力儀都裝有指示水平的縱、橫水準器和相應的調平角螺絲,有的還裝有靈敏度更高的電子水準器和自動調節系統。

5.零點漂移影響

重力儀中的彈性元件,在一個力的長期作用下會產生彈性疲勞和蠕變等現象,使彈性元件隨時間推移而產生極其微小的永久形變(類似橡皮筋的老化)。它嚴重地影響了重力儀的測量精度,帶來了幾乎不可克服的零點漂移,即儀器的零點位置在隨時間變化;或者說,在同一點上排除了其他各種影響後,不同時刻的讀數仍會不同,這種漂移量的大小和有無規律與材料的選擇及工藝(如事前進行時校處理等)水平密切相關。一台好的重力儀應是零漂小且與時間呈線性關系,這是在恆溫精度提高後衡量儀器好壞的另一個重要指標。為消除這一影響,必須通過性能試驗檢查其零漂變化情況,確定在重力基點控制下每一測段工作時間長短而專門引入零點校正。

6.震動的影響

震動對觀測精度有影響,例如儀器在運輸中受突然性的撞擊,甚至取出與放回儀器時不小心碰撞了一下儀器箱邊,常常會出現讀數的突變(俗稱突然掉格);再則,儀器的零漂在動態時要比靜態時大且無規律,且動態的零漂隨運輸方式不同也不盡相同。實踐證明,飛機運輸比汽車運輸影響要小,在同樣道路上不同型號的汽車其震動影響也不相同。在高精度的重力測量中,震動已是一個關系測量誤差大小的非常重要的因素。運輸中可用泡沫海綿墊、軟墊、人工小心手提等方式使造成的誤差最小。

㈣ 重力儀是怎樣的一種儀器這種儀器有什麼作用

重力儀器是一種用於地球科學領域的地球探測儀器
根據測量的物理量的不同, 重力測量分為動力法和靜絕坦早力法兩大類, 動力法觀測的是物體的運動狀態 (時間與路徑),用以測定重力的全值, 即絕對重力值 (早期的擺儀也可用於相對測量) ;靜力法則是信手觀測物體在重力作用下靜力平衡位置的變化。 以測量兩點間的重力差, 稱並雀相對重力測定, 重力儀是一種精密、 貴重的儀器。
適用於在全球范圍建立重力基準點,測定該點的絕對重力值。為全球的大地測量和地球物理應用提供基本物理參數。

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