扭秤重力梯度儀的設(shè)計(jì)與誤差分析.pdf

1、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(chǎng)的特征，且其空間分辨率比重力更高，適用于探測(cè)研究局部小地質(zhì)體及其細(xì)節(jié)。目前，重力梯度測(cè)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(cè)定重力場(chǎng)梯度信號(hào)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(jiǎn)

2、單，造價(jià)低廉，測(cè)量精度高的優(yōu)點(diǎn)，利用它作為精密重力測(cè)量國(guó)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(cè)量系統(tǒng),測(cè)出的高精度重力梯度值可對(duì)其它重力儀器的基準(zhǔn)值進(jìn)行標(biāo)定。
　　本文對(duì)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(cè)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(duì)扭秤重力梯度儀的整體結(jié)構(gòu)、扭秤結(jié)構(gòu)及其

3、尺寸選擇進(jìn)行了深入的分析。為了達(dá)到重力梯度的測(cè)量精度0.5E的設(shè)計(jì)目標(biāo)，又對(duì)扭秤系統(tǒng)的熱噪聲極限、一級(jí)誤差，二級(jí)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(cè)量要求。
　　此外，考慮到扭秤懸掛系統(tǒng)穩(wěn)定的時(shí)間較長(zhǎng)，極大地影響了重力梯度的測(cè)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(duì)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)