扭秤重力梯度儀的設計與誤差分析.pdf

1、重力位的二階導數(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)體及其細節(jié)。目前，重力梯度測量的應用前景十分廣泛，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、靜電加速度計重力梯度儀、旋轉(zhuǎn)加速度計重力梯度儀、超導重力梯度儀等。其中，扭秤重力梯度儀具有結(jié)構簡

2、單，造價低廉，測量精度高的優(yōu)點，利用它作為精密重力測量國家重大科技基礎設施中的重力基準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值進行標定。
　　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、扭秤結(jié)構及其

3、尺寸選擇進行了深入的分析。為了達到重力梯度的測量精度0.5E的設計目標，又對扭秤系統(tǒng)的熱噪聲極限、一級誤差，二級誤差進行了詳細的分析，初步確定了扭秤的加工、定位指標以及扭秤姿態(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)合本實驗室已有的PID控制技術，設計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