02重力仪原理与结构解析.docx

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10一710一N量级变更，因此要求重力仪要有高敏度、高精度等良好性能。2.1 重力仪基本原理依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，即肯定重力值（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更。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、珍贵的仪器。2.1.1 肯定重力测量仪器肯定重力测量的简洁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，利用稳定的氢氨激光束的波长作为迈克尔逊（IniCheISon）干涉仪的光学尺，干脆测量空间距离:时间标准是采纳高稳定的石英振荡器与天文台原子频率指标对比。观测时，仍旧还有很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，因此必需加以分析、限制和校正。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tl、t2、t3相对经过的位置分别为hl、h2、h3,时间间隔为ThT2,经过的距离为Si、S2,则由自由落体运动方程式最终可导出重力值的公式：精确测定Si、S2是采纳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（3/1）时，干涉条纹就产生一次明暗变更，显示干涉条纹数目干脆代表下落距离（S=N+,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Si、S2、ThT2O2）上抛下落双程观测上抛下落对观测可避开残存空气阻力、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2.2o图2.1自由下落单程肯定重力测量示意图图2.2上抛下落双程肯定重力测量示意图印刷干涉杀tt图2.3上抛下落棱镜的光程图中C和cB和B'A和A，在空间都是一点。从运动学公式可以导出式中Tz=U-t,T1=t3-t2,S=hche上抛下落光程如图2.3所示，用以抛射运动棱镜的机件必需使该棱镜上抛时,平移与旋转角不超过肯定限度。肯定重力测量的精确性是一项困难精细的工作,它有赖于几种物理量的精密测定，涉及到光学、电子学和精密机械的有关技术。我国是为数不多的能生产肯定重力测量仪器的国家之一。80年头中期研制的单程下落可移式仪器在国际对比中，精确度为±0.14g.u.,世界上最先进的可移式上抛法仪器，其精确度约为±0.05g.u.这类仪器重达数百公斤，安装、调试、测定是一项特别困难的工作。国家计量科学院从1964年起先研制下落式肯定重力仪979年制成精确度为±lg.u.的固定式仪器。1980年制成NIM-I型可移式仪器，精确度为±0.2g.u01985年制成NIM-Il型，NIM-In型可移式仪器,精确度为±0.14g.u0目前世界上最先进的可移式仪器为法国和意大利的产品,均采纳上抛法,精确度为±0.05g.u.MICROG1.ACOSTE公司生产的AlO肯定重力仪是唯一可用于流淌测量的肯定重力仪在国际单位制中,在以前的资料中,lms2=106g.u也用伽作单位，lgal（伽）=1Crn/s?Igal=104g.u2.1.2 相对重力测量仪器概述用于重力勘探工作中的重力仪，都是相对重力测量仪器，即只能测出某两点之间的重力差，由于重力差比重力全值小几个数量级以上，因而要运用测量值达÷（l-0.0n）g.u.精度，其相对精度就比肯定重力仪小得多了，这样使仪器轻巧，小型化就较为实现，但即便如此，为能正确反映重力极微小的变更，在仪器设计、材料选取、各种干扰的消退等方面仍非易事。1）工作原理一个恒定的质量m在重力场内的重量随g的变更而变更，假如用另一种力（弹力，电磁力等）来平衡这中重量或重力矩的变更，则通过对物体平衡状态的观测，就有可能测量出两点间的重力差值，按物体受重力变更而产生位移方式的不同，重力仪可分为平移（或线位移）式或旋转（或角位移）式两大类。日常生活中运用的弹簧称从原理上说就是一种平移式重力仪。设弹簧的原始长度为so,弹力系数为k,挂上质量为m的物体后其重量为mg,当由弹簧的形变产生的弹簧与重量大小相等（方向相反）时，重物静止在某一平衡位置上，此时有mg=k（S-So）（）式中S为平衡时弹簧的长度，若将系统分别置于重力值为gl和g2的两个点上，弹簧形变后的长度为Sl和S2,可类似得到上述两个方程，将它么们相减便有=S2-g=（S2-S1）=CSO系数C称为格值，因此测得重物的位移量就可以换算出重力差。将上式全微分后并除以该式，可得到相对误差表达式>=f÷（）设Ag=1000u,dgm.lg.u.o则相对误差为104,平均地说，对格值与AS测定的相对误差不能超过05X104,可见要求实施是相当困难的。2）构造上的基本要求不同类型重力仪尽管结构上差异很大，但任何一台重力仪都有两个基本的部分：一是静力平衡系统，又叫灵敏系统，用来感受重力的变更，因而是仪器的“心脏”；二是测读机构，用来观测平衡系统的微小变更并测量出重力变更，对前者来说。系统必需具备足够高的灵敏度以便能精确地感受到重力的微小变更，对后者来说，应有足够大的放大实力以辨别出灵敏系统的微小变更，同时测量重力变更的范围较大，读数与重力变更间的换算要简洁。图2.5旋转式重力仪灵敏系统对弹簧称式重力仪的分析:全值重力场下(=l()7g.u.),弹簧伸长IOCm一个半径为50m,中心埋深100m,剩余密度0.5gcm3的球体在中心上方的最大重力异样2g.u.,该异样引起的弹簧长度变更2*10-6mm.可见重力仪要灵敏地感受这一微小变更，并测出这一变更须要在仪器结构上进行细心的设计。图2.6弹簧式重力仪灵敏系统结构示意图2)平衡方程式与灵敏度简化了的旋转式弹性重力仪中灵敏系统如图2.5所示，1为带重荷m的摆杆(亦称平衡体)，它与杆3骨节为一体，可绕旋转轴。转动，此旋转轴可为一对水平扭丝或水平扭转弹簧。2称为主弹簧，上端固定，下端与支杆3相连。这样，-平衡体在重力矩和弹力矩的作用下可在某一位置达到平衡(静止)，设Mg表示平衡体所受的重力矩，它是重力g与平衡体偏离水平位置为角的函数;M,表示平衡体受到的弹力矩，是角的函数的函数，在平衡体静止时，合力矩MO为零，即Mo=Mg(g,)+M()=0()这就是重力仪的基本平衡方程式，从该式动身我们来探讨角灵敏度问题。所谓角灵敏度，是指单位重力变更所能引起平衡体偏角的大小，假如偏角越大，则表示仪器越灵敏，即叫灵敏度大，反之亦然。将式(2.1.6)对g和进行微分得到轰M,q),)dg+岔Mg(g,)d+卷MT(P)d(p=GO稍加整理既获得角灵敏度的表达式d=:"/W()一飞?(M*AM夕)2因此，从原理上说，提高灵敏度有两个途径：一是加大上式中的分子，这意味着要增大m和1.(1.为平衡体质心到转轴O的距离)，其结果是会增大仪器的重量和体积，也同时会使各种干扰因素的影响加大，这是不行取的；二是削减上式中的分母，其物理意义为削减平衡系统的稳定性。依据力学中的三种平稳状态的表示为：舞Vo时为稳定平衡，普=0时为随遇平衡，舞0时为不稳定平衡，因此，让式()中的分母小于零的方向趋近于零而不等于零，既是削减系统的稳定性，但又不使其达到不稳定性状态，使灵敏度达到我们所须要的范围。为实现这一要求，可实行加助动装置(亦称敏化)方法、倾斜观测法以及适当主弹簧位置等方法。图2.1-4中的主弹簧连在支杆上的布局，本身就是起到了自动助动作用，随着角的减小，灵敏度会渐渐增大。图2.7灵敏系统的稳定性示意图这个条件就物理意义来说，就是设计和制造重力仪时，设法减小灵敏系统的稳定性，但又不使其达到不稳定状态，如图2.7o假设图中（八）,(b),(C)中M与接触面间的摩擦系数是相等的。尽管M均处在平衡状态，明显因2.7c中的M稳定性很差，当有很小的水平方向的外力作用时，质块M就会产生较大的位移。为了达到敏化平衡体的目的.通常用增加敏扮装置的方法，以便使灵敏系统满意敏化条件。也可用适当布置弹簧法。测读机构与零点读数法由于重力的变更所能引起平衡体的偏转角的变更量特别的微小，肉眼无法判别，因此为能视察出这一微小的变更，测读机首先要有一套具有足够放大实力的放大机构，如光学放大、光点放大和电容放大等；其次应有一套测读机构，如测微记数器，或自动记录系统等，将平衡体角位移变更量测读出来，以换算出重力变更量。现代重力仪的测读都是采纳补偿法进行的，也称零点读数法，其含意是:选取平衡器的某一位置作为测量重力变更的起始，即零点位置，重力变更后，第一步是通过放大装置观测平衡体对零点位置的偏离状况；其次步是用另外的力去补偿重力的变更，即通过放大装置将平衡体又精确地调回到零点位置，测微器上前后两个读数的变更就反映了重力的变更。采纳零点读数法有很多优点；扩大了干脆测量范围，减小了仪器的体积，测读精度高，以相同的灵敏度在各点上施测，此外，读数换算也比较简洁。4）影响重力仪精度的因素及消退影响的措施精度是指实测值靠近真实值的程度，它与测量次数有关，更与测量中不行避开的各种干扰因素造成的误差有关，影响重力仪观测精度的因素很多，如何实行相应措施使这扰的影响减低到最低水平，是确定重力仪性能或质量懂得根本保证。鉴于这一问题涉及的面很广也很困难，下面只能作写简要的介绍。温度影响温度变更会使重力仪各部件热胀冷缩，使各着力点间的相对位置发生变更；弹簧的弹力系数也是温度的函数，以石英弹簧为例，它的弹性温度系数约为120×IO6,即温度变更时，相当于重力（全值）变更了1200g.u.!因此，克服温度变更的影响是提高重力仪精度的重要保证，为此，已采纳的措施有：研制与选用受温度变更影响小的材料作仪器的弹性元件；附加自动温度补偿装置；采纳电热恒温（有的仪器加双层恒温），这样使仪器内部温度基本保持不变，此外在野外运用仪器时，应极力避开阳光干脆照耀的仪器上，搬运中应设计通风性能好的专用外包装箱等。气压影响主要是使空气密度变更而使平衡体所受的浮力变更，并在仪器内部可能形成微弱的气体流淌冲击弹性系统。消退的方法有：将弹性系统置于高真空的封闭容器内；在与平衡体相反方向上（相对旋转轴而言）加一个等体积矩的气压补偿器;条件须要和许可时，应将仪器置入气压舱内检测受气压变更的影响，以便引入相应的气压校正。电磁力影响用石英材料制成的摆杆（平衡体），因质量很小无须夹固，当它在自由摇摆时，会与容器中残存的空气分子相摩擦而产生静电，电荷的不断累积会使仪器读数发生变更。因此，这类仪器常在平衡体旁边放一适量的放射性物质，使残存气体游离而导走电荷；对于用金属制成的弹性元件来说，材料中含的铁磁性元素就会对地磁场变更产生响应而变更仪器读数，为此，要将整个弹性系统作消磁处理，外面再加上磁屏以屏蔽磁场；有条件时，应在人工磁场中进行实际测量，以了解受磁场方向、强度变更的影响，必要时引入相应的校正项；在野外工作中，利用指北针定向安放仪器，让摆杆方向总与地磁场垂直。安置状态不一样的影响由于在各测点上安放重力仪时不行能完全一样，因而摆杆与重力的交角就会不一样，从而使测量结果不仅包含有各测点间重力的变更量，还包含了摆杆与重力方向夹角不一样的影响，假设选定的零点位置与水平面夹角为a,则重力矩为Mg=m*g*l*cos,分别对g和微分后可得dg=-g*t*g*d=-g*a*dao当安置时有Aa的偏差，则引起的误差应为m+2/=-Jgada=-（Ao）0可见，这一误差既与a的大小有关。又与（Aa）有关，因此，重力仪的零点位置不能随意选取，应取水平位置（a=0）作零点位置；同时因Sg（a）2曲线是二次曲线，在a=O时取得极大值，因而对同样的Aa来说在极值处造成的误差远比在a为某一值时所带来的误差小，这即是说，当选取水平位置为零点位置时，因为安装条件不同带来的误差会最小。类似的分析也同样适合于旋转轴的水平与否，所以取平衡体的质心与水平转轴所构成的平面为水平常才是真正的水平零点位置，为达此目的，仪器的安置有供调平用的三个角螺旋和对应的两个水准气泡，与摆杆方向平行的称为纵水准仪，新出的仪器还装有灵敏读更高的电子水泡或加一套自动调平系动。零点漂移影响重力仪中的弹性元件，在一个力（如重力）的长期作用下会产生弹性疲惫和蠕变等现象，使弹性元件随时间推移而产生极其微小的永久形变（如橡皮筋的老化），它严峻地影响了重力仪的测量精度，带来了几乎无法克服的零点漂移，既仪器的零点位置在随时间变更，或且说，在同一点上解除了其它各种影响后，不同时刻的读数仍会不同，这种漂移量的大小和有无规律与材料的选择及工艺（如事前进行时效处理等）水平亲密相关。一台好的重力仪应上零漂小而且尽困难与时间成线形关系，这是在恒温精度提高后的衡量仪器好坏的另一个重要指标，为消退这一影响，必需通过性能试验检查及零漂变更状况，确定在重力基点限制下每一测段工作时间长短而特地引入零漂校正。振动的影响振动对观测精度的影响是众所周知的，例如仪器在运输中受突然性的碰撞,甚至取出与放回仪器时不当心碰撞了一下仪器桶边，经常会出现读数的突变(俗称突然变格)；再则，仪器的零漂在动态时要比静态时大且无规律，且动态的零漂随运输方式不同也不尽相同，实践证明，飞机运输比汽车运输影响要小，在同样道路上不同型号的汽车其振动影响也不相同，特殊在高精度的重力测量中，这已是一个特别关系测量误差大小的重要因素，多项测试表明，运输中减震方法可用泡沫海绵垫、软垫、弹簧悬挂装置、人工当心手提等，且以后两种方式造成的误差最小。2.2 几种地面重力仪在弹簧类重力仪中，按制作的材料不同可分为两大类，即石英弹簧重力仪与金属弹簧重力仪，都是依据重力矩与弹力矩平衡原理设计的，另一种是超导重力仪，由电磁力与重力平衡，精度很高，且几乎没有零源，但体积与数量均大，只适合于固定台站上供各种需探讨重力随时间变更缘由的科研用。2.2.1 石英弹簧重力仪目前国内运用的有美国TeXSaS公司生产的渥尔登(WOrIden)重力仪，它又分为四类，即主型(Master)、勘探型(Prppecter)教学型(Education)和大地测量型(GeOdeStist)；加拿大SCintreX公司制造的CG2型；另外就是国产的ZSM系列重力仪(90年头已停产)，它们都属于旋转式重力仪，内部结构大同小异，外型也都似一个较大的热水瓶，见图2.1-5,图2.1-10；1987年加拿大的Scintrex公司又推出线位移式的全自动重力仪CG3。其后又有CG-3M型问世,可以说，CG-3型重力仪是适应弹簧重力仪中的佼佼者，而CG-3M型则因稳定性能好、精度高而与CG3型重力仪抗衡，下面我们将分别予以介绍。1 .主要技术指标(表2.2T)表2.2-1几种重力仪的主要技术指标型号指标WorldenCG-2ZSM-V主型探测型测量范围(g.U.)30000300005000050000精度(g.U.)+0.1+0.1<+0.3格值变更1/10001/10001/1000<1/1000恒温变更有无有重量(kg)2.72.3562.仪器结构以ZSM型仪器为例(见图2.1-8至2.1-10),简介如下：(1)弹性系统位于仪器主体的底部，由重荷(伯环)1,石英摆杆2,水平扭丝3主弹簧4及温度补偿装置5、8、12、13,读数弹簧6,测程弹簧10等组成，除重荷及温度补偿丝为金属外，其他全为熔融石英制成，被一个石英矩形框架支撑，固定在密封容器的顶盖下。(2)光学系统它是一个放大倍数约200的长焦距显微镜，光源来自仪器面板上的聚光几种相对重力仪照片：重力勘探技术一相对重力仪f9:1.群尔登篁力仪弹性系统,?¾t*i.碧I:CE.播出片小石墨工上更警律整更林鲁堂,9W度林鲁权：1落/出/：上英模矍；12.胸容外“工点一阴Nl7CG-2重力仪潭唉系装有瞿律:夕教建.主弹.N.E苓flh3.限制<6.M反扑笊WJr三2!-8ZSM玉重力仪弹打统；Ai；对2J“主，管退器度扑便也3部驾iFW21!连杆评.总厦朴伊松扭世,ftfitt,lO.浏程图W：i1.靖M丝”2.型更讣佟杆U工fiTe8灯泡，由石英摆杆前的细丝指示7形成的亮线影像来指示平衡体的位置，当亮线在目镜中与刻度片中的零线重合时，表示平衡体回到了零点位置。（3）测读系统它由读数装置，测程调整装置及纵、横水准器等组成，精密测密螺丝1通过连杆2与仪器面板上的测微读书器3相连，转动测微器的选扭带动测微螺丝旋转，它的底部压着一个钢球，404的下面为导向装置（只能上下移动了）5.5的下面连着读数弹簧5o随着测微螺丝的旋转，导向装置带动读数弹簧伸缩以变更主弹簧的弹力矩，从而将平衡体调回到零点位置，此时计数器上的数字即为仪器的读数，测程调整与读数不同之处在于测程弹簧10的弹力比读数弹簧大数十倍，因而它的微小伸缩可以补偿较大的重力变更，此外年，在同样的连杆2的上方是一个精密的螺母（被安装在面板上），可用相配的改锥进行测程调整。仪器主体外围绕有电热恒温丝，然后装入特制的保温瓶内，保温瓶与仪器外壳充填满隔热材料。2.2.2 金属弹簧重力仪1.CR重力仪是由美国1.acoste&RombergGravityMetersIns生产的，它有两种型号，一中是G（Geodetic）型,另一种是D（Microgal）型,前者测程较大,适于全球测量而无需调整测程，后者精度高，但干脆测量范围小。源体'净D型G型2000g.u.70000g.u.0.1g.u.0.4g.u.0.05g.u.0.1g.u.约5g.u./月（运用一年以上）同左约10g.W月（运用一年以下）同左20cmX18cm×25cm同左DC12V同左3.2kg同左（1）主要技术指标测量范围测量精度读数重复性零点漂移这是厂方供应的指标，目的很清晰，由于很简洁达到而不会违约，事实上，两种仪器只要当心运用，方法得当，精度会高很多。（2）仪器内部结构见图2.1-11,它的弹性元件是用温度系数最小的银基合金材料制作，平衡体1的一端与两根很细的水平绕制的减震弹簧2相连，作为它的旋转轴，减震弹簧2的另一段O固定在支架上，见图所示平衡体并非弯折形而仍是直杆，减震弹簧一方面减弱了振动对灵敏系统的影响，另一方面以。'作为虚轴，使平衡体对转轴的摩擦系数也大为减小，平衡体的前端为一重荷，主弹簧3连结在平衡体的重心处，其上端点连接在杠杆4上，测量装置是由测微器5（包括减速齿轮箱和精密测螺旋）和其相连的杠杆4、6、7、9组成，当重力变更时，平衡体发生偏转，这时可旋测微器来带动杠杆6向下倾斜，通过杠杆7、9使杠杆4发生偏转，从而带动主弹簧上端点发生位移，使平衡体重又回到水平位置，这套杠杆装置具有放大作用，即主弹簧是上端点的微小位移可让测微螺旋有较大的行程，如对G型仪器来说，约有116倍的放大作用。*Z1111.CR重力仪弹性系统结构原理图I.÷wu.2.主弹,1.6.水平扛开,7.B.ltIH-t5.气压扑卷H10,克荷11电白板/2.指示丝,】a外亮152.1-12I.MW*W.2平襄体,工指示丝器的工作原理及平衡方程式的探讨，从它的弹性系统结构图可知。前面石英弹簧重力仪的探讨方法和所得结论适合于它，这里不另作特地的介绍。（3）读系统与锁制系统忸Z113电容放大装置1.CR重力仪也是采纳零点读数法，老式仪器仅有一套光学显微系统，用以视察在平衡体上金属指示丝影象于视场中刻度片上的位置，新型号的仪器还增设了一套电子读数装置，它也是利用一个电容传感装置把平衡体的位置变更转化为电压幅度的变更。电子读数精度高且可连续记录，其监视辨别率也比光学系统高，为显示电压输出，仪器面板上装有检流计，可对检流计进行零点和灵敏调整，使其零点相对应于批横体的零点位置,图2.113为电容传感器原理图，A为平衡体重荷，AKA2为两个金属板，它们和A组成两个平行板电容器Cl和C2,Zl和Z2为电桥中两个阻值相同的电阻，Vl为输入频率稳定的电讯号，VO为输出的电讯号，当A位于Al与A2正中间时，C1=C2,Z1C1=Z2C2,电桥平衡，无输出讯号，在重力变更后，重荷有位移，使C1/C2,输出端便有讯号输出，该讯号被送入锁相放大器经放大，整流、滤波后送入记录仪中自动记录下来，也可以调整测微仪，使检流计的指针归零再读取读数。D型仪器的测读系统与G型基本类同，但在平衡体重心旁边悬挂一测程弹簧，其上端通过传动装置与测程调整螺丝相连，供调整测程用。1.CR重力仪的弹性系统，特殊是平衡体本身的质量相对来说较大，因此它必需在平衡体被锁制（俗称夹固）的状态下才能搬运，否则会损坏弹性系统甚至整台仪器，这点对运用者来说极为重要。锁制装置是一个极为精密的机械装置，共采纳6个限位点和3个制动点作限位和制动用，打开和关闭锁制装置都必需动作缓慢匀称。1.CR重力仪均设置了单层恒温装置，采纳高灵敏度的热敏电阻和固定电阻组成热敏电桥，当在恒温温度点时，电桥平衡，无讯号输出，这时通过加热电阻丝的电流为零；当低于恒温温度点时，电桥失效，有讯号输出，此时通过加热电阻丝的就会相应增加，供应热能以维持仪器内部处于恒温状态，因而通电加温、是接着进行的。仪器的恒温温度约51。2.2.3 生产重力仪的几家公司(1)美国拉科斯特(1.aCoStC&Romberg)公司在相对重力仪方面,美国的拉科斯特从年起先制造高精度重力仪,其传感器始终采纳"零长金属弹簧”最近该公司推出一种仍运用“零长金属弹簧”传感器的(GraViton-EGMeter),这台仪器的最大特点是实现了“全自动"，我们知道，老式的机械读数的重力仪在每个测点上都须要人工细致调整个底脚螺丝，保持仪器弹性系统的水平，而EG型仪器在仪器腿上安装了“伺服机电调平装置”使其在倾斜13度时，能自动调平，精度3弧度秒，相当于0.5UGa1.其数据辨别率0.IuGalo在野外条件下的重复性，好的状况可达IUGa1.一般为320Gal,这要看运输条件的好坏而有所不同，肯定漂移0.5ImGa1.此外，仪器可实现固体潮改正，标准配置32M闪存，可扩展到288M,从而可记录万个测点的读数仪器采纳安时的电池供电，可工作810小时,仪器体积很小,重9Kg。这台仪器由于操作简洁、全自动，测得的数据质量几乎和操作者阅历无关，因而公司的资料上称型仪器简洁到“学生”就可以操作，而性能却是专业化的，是当今市场上读数最快、最灵敏、最简洁用的便携式地面重力仪。适当改装也可以用于水下，在原有很多领域，都有着不行替代的作用。(2)加拿大先达利公司该公司继1989年推出CG3/4型自动重力仪后，近期又推出"CGHAutoGrav”自动重力仪，其核心部件是在一个电容器极板之间由石英弹簧吊着重荷,重荷的位置受重力作用而离开“零点”。仪器自动调整电容器极板上的电压使重荷位置“回零”，测出电压的变更值即可算出重力值。CG5的最大特点是彻底更新了原CG3/4采纳的一数据采集系统。由2行24字符的显示器改为采纳l4VGA320*240图形显示器，干脆绘出采样时读数变更曲线和各种相应的信息，使操作者一目了然。CG5的辨别率为IUGa1,标准偏差5UGal,静态漂移小于20UGa1,量程800OmGal,工作温度范围-40-45,如此宽的温度，基本能适应全球的工作须要。CG5的另一个特点是在抗环境应力方面有很多明确的指标,如对20G的外力冲击振动，影响小于5UGal。环境温度系数0.2uGal°C°在数据输出方式上有RS-232和USB两种接口，甚至可以干脆接用模拟记录仪,也可以通过RS232接口用计算机和调制解调器进行遥控。CG-5野外重力仪见下图：1,陆地重力仪2,重复率优于5微伽3,性价比最优产品4,通过IS09000论证的标准重力仪核心传感器1,整体单片结构2,最轻的测重质量体3,垂直弹簧4,无须锁摆装置5,超群的整体石英铸件技艺1,固件和活动部件之间没有联接点2,搬运时不用锁摆3,全自动电子度数4,线性温漂自动校正5,掉格影响小依据一般金属的温度系数，能够测到小于IUGal的变更，通常须要弹簧的温度稳定性达到1/400,000；为此，用于制造1.R弹簧的是特殊合金，其温度系数降到最小；石英弹簧的温度系数比一般金属弹簧要小，但比1.R弹簧的合金还是高出很多。2.2.4 两种重力仪的点评1.aCoSt金属弹簧重力仪和SCintreX的CG-5熔凝石英弹簧重力仪都是当前微伽级精密型重力仪，其重复率（精度）达到5微伽以内，辨别率都优于1微伽。属于当前最佳优选重力仪。但二者各有特点，在应用上应区分对待。金属弹簧坚实耐久，飘移小。移动前后须要锁摆和松摆，且会引起掉格，所以更适合固定站观测和作为固体潮监测。熔凝石英弹簧型CG-5整体结构，三层恒温。双向垂直弹簧，小质量传感器结构（12mg）,电容反馈补偿，自动电子读数。移动测量无须锁摆，并能反抗肯定的振动，漂移近似线性可校正，极少或基本没有掉格现象。所以特殊适合流淌重力测量。此外，金属弹簧重力仪由于结构困难，主要部件又是手工操作，生产周期长,修理检测至少三个月以上，目前产量有限（最多12台/年），且日趋衰退。而CG-5可以批量流水线生产，目前为160台/年，且随时可以扩产（260台/年）。维护替换周期短。2.2.5 2.5CG-3全自动重力仪Scintrex公司的cg-3是由微处理器限制的，具有多次循环功能的全自动重力仪。CG全自动重力仪供应全球宽测程必需的8000亳伽，而无需重新调整。CG河比其它重力仪能更快、更简洁的读数，仅须要很少的操作员培训。自动连续读数功能便于实时信号的增加和统计分析，削减了操作者的失误，提高了数据的牢靠性和生产率。这样确保CG河自动精确地改正地球固体潮和倾斜误差。这些读数随后被存储在固态存储器中，数据可以通过打印机输出，或者传输到微型计算机中。重力传感器，固态限制系统和电池全部被装人一个坚实、牢固的箱于中。CG司特别牢固、耐用，适用于恶劣环境下的野外作业。1 .技术指标传感器类型：静电零复位石英；读数辨别率：CG3-3：5微伽，CG-3M：1微伽；标准离差：CG-3：VlO微伽；C-3M：V5微伽；工作测程：8000毫伽,无需重调；剩余长期零漂（静态下）：小于0.02毫伽/天；自动倾斜补偿范围：±200弧/秒；跳变：典型的20克冲击下小于5微伽；自动改正：固体潮改正，仪器倾斜改正，温度补偿，读数噪声自动剔除；尺寸大小：240毫米X310毫米X320毫米；重量（包括电池）：11.0公斤（24.2磅）；功耗：在25C下4.5瓦特；工作温度范围：一4045；内存：48KRAM,可存储1200个读数；实时时钟：内置，可设置天，月，年，时，分，秒；数据信号输出：RS232C串行接口；记录仪电缆：这个电缆可同任何标准记录仪连接；水准测量：可以举荐和供应诸如经纬仪、气压计测高程和GPS等多种多样的水准测量设备。协助设备：可以举荐和供应各种各样的记录仪、计算机、打印机和绘图仪；应用软件：供应GeoSOft软件，能够实现下列处理：数据输入、数据整理、地形改正、数据分选、绘图、数据处理、模拟计算和说明。重力数据处理系统软件已经全部装入Geosoft的SUSHI菜单系统中，以便用户能便利地在数据处理和绘图/模拟计算两种功能之间转换。2.选件： 遥控器：在CG-3上加装一个调制解调器，就可实现远程遥控操作功能。振动噪声滤波：全部新型CG-3上的新功能是供应了一种新的算法，可以帮助用于地震活动频繁发生地段滤掉地震噪声。 高温选件：为了适应于特别燥热的地方，内部传感器室恒温较高，使何效厂作范围在一40°C+55； 低温选件：适用于寒冷地区，内部传感器室恒温较低，使有效工作温度范围在同了一40十35o外部供电电缆：用于连接一个外部12伏直流供电电源。1 .2.6CG5全自动重力仪CG-5AUtoGraV是继CG-3AUtOGraV之后发展起来的最新型工业标准重力仪。CG-5具备CG-3的全部功能，并具：1.特别坚实的传感器；2 .噪音极大降低；3 .最轻巧的自动重力梯度仪；4 .USB及RS-232快速传输数据；5 .标准的ImiCroGa1（微伽）辨别率;6 .小巧长效电池；7敏捷的数据格式；8 .大型1/4VGA图形显示；9 .27键字符键盘；10 .仪器自动校准；11 .在线地形校正；12 .启动时仪器自检。应用：矿藏勘探地质填图火山勘察油气勘探土木工程勘察区域重力探讨CG-5自动重力梯度仪具有标准的ImiCroGaI（微伽）辨别率、误差5microGal。优点：CG-5所具备的众多特性使之当之无愧成为最好的、最牢靠的重力仪。操作便利：用户只需接受很少的培训、运用有限的几个功能键很快即可采集到牢靠的重力数据。仪器有自动功能，会避开读数误差。良好的用户界面：信息以及菜单都清晰地显示在大型1/4VGA图形显示器上。精确自动测量：数据重复性试验是最好的检验重力仪性能的测量。有记录证明：CG-5的测量读数与基站值之间的标准差小于O.005mGal（毫伽）。坚实的传感器，毋需紧固CG-5的敏感元件是基于熔凝石英的弹性系统。作用于校正质量块上的引力与一个弹簧以及一个相对较小的静电复原力相平衡。熔凝石英的固有强度及其良好的弹性性质，再加上校正质量块四周的止动器，使得CG-5毋需紧固。耐久振动支架系统供应了进一步的爱护作用。不用校正由于熔凝石英质量轻并且具有良好的弹性性质，读数波动很不明显。甚至经过颠簸道路运输以及猛烈温度变更之后，其残余漂移也特别小。CG-5即使在经受20g以上的冲击之后，其测量波动也不会超过5microGal°完全便携式CG-5的重力传感器、限制板以及电池都集成在一个轻型的防潮箱内。没有电缆、不用记录簿，是一套真正易用的一体化重力仪。自动补偿及修正CG-5采纳了内置的倾斜传感器，不断更新倾斜信息，从而能自动补偿因重力传感器的倾斜而引起的测量误差。在不平稳的地方测量时，这项可选性能会自动去除因仪器的晃动而带来的误差。CG-5能依据操作者输入的地理位置以刚好区资料，对各个读数进行自动计算，并进行实时潮汐修正。不受环境温度影响CG-5的敏感元件密封在一个双层真空腔之内，爱护其不受环境温度变更的影响。对较小的残余温度变更，则运用与熔凝石英弹性系统紧密接触的温度传感器的信号通过软件进行修正。温度影响系数通常小于0.2microGalMo不受大气压力影响CG-5的敏感元件密封在一个双层真空腔之内，爱护其不受大气压力变更的影响。大气压力影响系数通常小于0.15microGalkPa0不受磁场影响由于CG-5采纳的是基于熔凝石英的敏感元件，它即使在最强的磁场变更中也特别不敏感。磁场影响系数通常小于O.15microGal/GaUSSo自动去噪智能信号处理能去除由于局部受到冲击和振动所引起的测量误差。卓越的地震降噪CG-5具有特别有效的地震滤波功能，去除较大的微地震噪声。残余漂移小熔凝石英弹性系统的操作环境特殊稳定，因此，可以精确确定其长期漂移；同时,实时的软件修正可以将长期漂移降低到O.02mGalday以下。显示及记录的数据 经修正后的重力值 标准差 X轴倾斜值 Y轴倾斜值 重力传感器的温度 潮汐修正 测量持续时间 测量起先时间 页眉信息（包括测量数据、初始值） 数字化重力值的图形显示 重力测量原始数据的贮存 备注技术参数传感器类型：无静电熔凝石英读数辨别率：ImicroGal标准差：5microGal测量范围：800OmGa1.不用重置长期漂移（静态）:0.02mGal/day自动补偿倾斜范围：200”波动范围：2Og以上的冲击，通常5microGai自动修正:潮汐、仪器倾斜、温度、噪声、地震噪声尺寸：30CnIX21CnIX22Cnl重量（含电池）：8kg电池容量:2X6Ah（10.78V）袖珍锂电池功耗：25安时4.5W工作温度：-40+45环境温度修正：通常0.2microGal/度大气压力修正：通常0.15microGalkPa磁场修正：通常ImiCroGal/Gauss（微伽/高斯）内存：闪存技术，数据平安标准：IMB可扩展至12MB时钟：内置，日、月、年、时、分、秒。锂电池连续供电数字化数据输出：RS-232C及USB接口数字化数据格式：Scintrex；Text；CG-3；xyz模拟数据输出：记录纸；显示器；1/4VGA320X240微型键盘：27键字符键系统标准部件：CG-5限制单元；三脚架；2块充电电池；充电器，110/240V；外接电源U0/240V；监视备件包；RS-232和USB接口；携带包；基于WindOWS的数据传输及系统更新软件SCTUTI1.。