CG-5 - una dintre cele mai populare gravimetrice de cuarț
Gravimetrului (lat gravis -. Heavy + metru) - un instrument de măsurare a accelerației gravitaționale. Cel mai des utilizate în căutarea zăcămintelor minerale.
Trebuie remarcat faptul că la sfârșitul XIX - începutul secolului XX, acest termen înseamnă un instrument de măsurare. În special, în paginile Brockhaus și Efron Dicționarul Enciclopedic a fost dat următoarea definiție a gravimetrului „dispozitiv pentru determinarea densității gravimetrice de pulbere“.
În plus, unele surse gravimetrului numit variometrului gravitațională.
Scopul și utilizarea dispozitivului
1 - grafic al valorilor de gravitație; 2 - canal de scurgere; 3 - corp de minereu dens; 4 - rocă gazdă
Gravimetric, în esența sa, este un multi-dispozitiv, a căror utilizare nu este posibilă în multe domenii. Cu toate acestea, în practică, aproape 100% din Gravimetri folosite pot fi utilizate gravirazvedochnyh - și anume, în căutarea zăcămintelor minerale. Din acest motiv, nu Gravimetri devin asociate cu fermitate exact ele. Datorită gravitației este posibilă direct de la suprafața pământului pentru a determina prezența în adâncurile unei resurse minerale. Acest lucru face posibil să nu efectueze un foraj costisitoare de puțuri sau construirea de mine.
O ilustrare tipică este, de exemplu, doline, peste care forța de gravitație este mai mică, astfel încât citirile sunt sub Gravimetri. În contrast, măsurătorile pe roci minereu dense gravimetrului lecturi de mai sus, deoarece obiecte grele pe forța crește gravitație.
Trebuie remarcat faptul că, uneori, gravimetrice încă utilizate de către arheologi, paleontologi, și aplicarea este posibilă în hidrologie, știința solului, agricultura, cartografierea și multe alte domenii. gravimetrele sunt instalate în vehicule, nave, avioane, sateliți, etc. Dar design mai comune mână portabile.
Un fapt interesant este că gravimetrice găsit calea în una din zonele non-standard - navigație balistice (inclusiv nucleare) rachete. Baza orientarea sistemului de rachete utilizat gravimetrie, deoarece este câmpul gravitațional pământ este ghid puternic și stabil. Spre deosebire de orientarea câmpului magnetic, sau de orientare radio, câmpul gravitațional nu poate denatura sau de interceptare. Din motive evidente, este imposibil și „masca“, a atacat scopul pe gravitație artificială anomalie, de la crearea sa trebuie să se deplaseze rapid și în secret miliarde de tone de rocă de la un punct de pe o alta planeta.
Prezentare generală
Inițial, gravitatea și gravitatea pentru măsurători precise ale câmpului gravitațional aplicate diverse gradiometrelor și variometrului. Aceste instrumente măsoară valoarea totală a doua derivaților din potențialul pe care o suficient de informativ, dar au o productivitate extrem de scăzută - o măsurare de greutate poate dura până la 40 de minute sau mai mult. Din cauza acestei răspândite mai simplu, dar în același timp mai productive Gravimetri de modele diferite, care măsoară doar derivata verticală a clădirii - # X0394; . În gravimetric internă de 1953 a fost lansat producția proprie gravimetre și echipamente variometricheskoy de producție a scăzut brusc, și oprit de 1968. În prezent, gradiometre și Variometre utilizate numai pentru măsurători de înaltă precizie ale câmpul gravitațional (cu ajutorul posibila lor de cercetare arheologică, caută spații subterane mari - galerii și buncăre), atunci când precizia Gravimetri nu este suficient.
Gravimetrului este un dispozitiv de măsurare delicată a cărui funcționare depinde de o serie de factori de confuzie: temperatura, presiune, vibrații (sau tremurături tipuri microseisms). Prin urmare, măsurarea se efectuează exclusiv în setarea de repaus se transformă metru gravitație la fiecare rețea pichet de dinainte stabilit. parte sensibilă gravimetrului este plasat într-o carcasă de protecție care menține o temperatură și presiune constantă. Gravimetri moderne au ajuns la precizia de determinare la nivelul
10 -7 -10 -9 la dimensiunile relative și precizia măsurătorilor absolute pot fi 0,03-0,07 mGal.
Există mai multe modele diferite ale sistemului de detectare, a cărui funcționare este cauzată de influența gravitației asupra anumitor fenomene: corpul în cădere liberă, oscilația pendulului (string, diafragma), curbura precesia giroscoapelor grele a suprafeței unui lichid rotativ (sau creșterea lichid într-un tub capilar), levitație conductorul de curent sau o particulă încărcată într-un câmp magnetic, iar echilibrul unui sistem de greutăți (de pârghii sau arcuri).
Citirile măsurate pot fi absolut (valoare măsurată în sine datorită gravitației, de exemplu, 981.2573 mGal) și relativă (în acest caz, diferența măsurată de gravitate în două puncte învecinate). Măsurarea poate fi efectuată și în mișcare (pe apă, și cel mai recent, „la modă“ devine aviagravirazvedka), dar cel mai adesea gravimetrice încă stabilit la punctul de măsurare, și numai după măsurătorile sunt transferate într-un nou alineat.
O măsurare absolută a gravitației
Măsurătorile absolute au fost folosite punct de vedere istoric, din cauza faptului că transportă posibil brut fără echipamente speciale. De exemplu, ca un mijloc de măsurare poate fi un pendul mare. În plus, evaluarea turnării gravimetrică a fost efectuat bile grele cu turnuri înalte (în acest caz timpul măsurat prin lovirea sol mingea). Cu toate acestea, numai cu dezvoltarea unor tehnologii moderne măsurători absolute a fost cu adevărat exacte.
Pendulum gravimetrice măsurători absolute
oscilații pendul: săgețile indică vectorul viteză (v) și accelerație (a)
Măsurarea valorii absolute a forței gravitației bazată pe faptul că perioada de oscilație T în pendul depinde de domeniul în care apar oscilații. Aparat matematic care descrie această relație este formula:
Pentru un calcul mai precis, puteți utiliza modele mai complexe:
# X2061; # x03B1; # x22C5; # x22C5; # x2061; # x03B1; # x22EF; # x2212; # x2061; # x03B1; # x2026; . unde # X03C0; - perioada de oscilații mici, # X03B1; - un unghi maxim de deviere a pendulului față de verticală.
Totuși, precizia calculului gravitației, ca urmare, va afecta precizia măsurării lungimii pendulului, iar greutatea încărcăturii. Pentru a rezolva această problemă F. V. Bessel propus pentru măsurarea perioadelor de oscilație și același pendul cu diferite catene de lungime și. Pentru a calcula formula trebuie utilizat:
Avantajul acestei abordări este că, pentru a măsura diferența de lungime a pendulului poate fi considerabil mai ușor și mai precis, decât lungimea pendulului. Precizia de măsurare poate ajunge la 0,3 mgal.
Gravimetri balistice
Măsurarea valorii absolute a forței de gravitație în funcție de timpul de înregistrare de cădere liberă a unui corp de probă de masă cunoscută. Aparat matematic care descrie această relație este formula:
Valori - inițiale înălțime - viteza de pornire sunt cunoscute în prealabil, respectiv, prin măsurarea z poziției corpului și timpul t în mai multe poziții, putem scrie sistemul de ecuații:
coordonează măsurătorile corporale efectuate cu un telemetru cu laser, precum și pentru creșterea preciziei de corecție pentru viteza administrată luminii, care se propagă cu laser și din cauza care coordonatele primite cu mica intarziere.
Pentru a crește și mai mult precizia poate complica aparatul matematic, având în vedere eterogenitatea câmpului gravitațional (cădere liberă greutate își schimbă altitudinea și la diferite înălțimi diferite valori normale ale gravitației). Prin urmare, următoarea formulă se extinde la practica:
unde # X03B3; - gradientul vertical de greutate la stația de curent.
De fapt, în gravimetrie tip GAEL-E în timpul unei căderi libere a măsurătorilor nu produce de trei ori, și câteva sute de ori. Acest lucru permite metode statistice pentru a determina valoarea cea mai probabilă a forței de gravitație. Pentru a face acest lucru, utilizați următoarea formulă:
unde N - numărul de măsurători, iar valoarea # X0394; definit prin expresia:
Vizual, cea mai mare parte a gravimetrului este un tub scurt care este evacuat din aer. Un mecanism special de sus în jos prin tubul aruncă o minge de greutate cunoscută, iar mecanismul inferior (așa-numita „fusta“) prinde mingea în partea de jos, atunci când acesta din urmă este emis de tub. Apoi, mecanismul se întoarce înapoi la porțiunea de talon superioară a tubului și din nou aruncă. Deci, procesul se repetă. În timpul căderii razei laser măsoară coordonatele talonului în conductă, la un moment dat.
Măsurarea relativă a gravitației
Spre deosebire de măsurători absolute, caracterizat printr-un randament relativ ridicat. Același dispozitiv este transferat prin sistemul de profile, comparând citirile între ele.
Gravimetri balansoare pentru măsurătorile relative
Exemple de acest design sunt complexe și gravimetrice Shtyukarta „agate“ (CNIIGAiK). Dispozitivele constau din unul sau mai multe seturi de pendule, în care două dintre oscilația pendulului în fază inversă. Pendule plasate într-un Dewar. în care temperatura este menținută constantă.
Precizia de măsurare poate ajunge la 0,1 mGal.
Gravimetrice bazate pe Golitsyn seismograf
caracteristica de design gravimetrului este faptul că baza de minciuni ... gravimetrului seismograf.
Acest tip de Gravimetri, probabil, este cea mai comună. In ciuda structurii rugozitate aparente doar la Gravimetri cuarț (cuarț făcut element sensibil de bază al sistemului - seismograf Golicyna) accesibilitatea și funcționalitatea este raportul optim. Cel mai adesea este relativ dispozitive ieftine care au o greutate și dimensiuni mici, cu o precizie bună. Este de acest tip sunt populare Gravimetri canadian CG-5 și K-interne GNU (GNU-CC-GNU HF)
Prototipul de proiectare a fost dezvoltat de către Marele geofizician Patriotic B. B. Golitsynym.
Baza acestui design este inversat cadru în formă de U din cuarț, care este cadrul elementul sensibil. Între capetele proeminente în sus cadru fir de cuarț tensionate cu susul în jos, într-o spirală răsucită dublu. In mijlocul twist inserat între spirele spirala din cuarț fascicul subțire, cu o sarcină de platină la sfârșitul anului. Cargo este poziționat astfel încât o contragreutate și previne fibra de cuarț răsucite să se rotească până la starea buna. Balansierul acționează ca o pârghie de marfă.
O măsură a forței de gravitație într-o astfel de gravimetrului este unghiul prin care balansierul respins. Unghiul este măsurat prin sistemul optic (vizual), cu toate acestea, există alte scheme. Toate structura de cuarț cu o încărcătură de platină plasat într-un Dewar.
Separate Gravimetri Evoluția ramură de cuarț sunt Gravimetri La CosteRomberg, care sunt, de asemenea, realizate de un principiu identic, dar unele dintre aceste Gravimetri sensibile nu din cuarț, un metal, și este asigurată prin menținerea sistemului consistență de temperatură constantă în Dewar, care a plasat întreaga structură.
Gravimetri inerțiale
Determinarea accelerației vectorului de gravitație prin gravimetrului inerțial provine din măsurători ale parametrilor inerțiale ai sistemului pe un suport mobil (de obicei, în Marină). Sistemul inerțială în sine constă din accelerometre, dispozitive giroscopice și alte dispozitive.
Teoria gravitatiei inerțială coincide cu teoria de navigație inerțial. și ecuația de bază este:
unde # X2192; - corodare test de masă vector rază m, # X2192; - vectorul de gravitație, și # X2192; - puterea impactului sprijinului pe masa de încercare.
navigație inerțial - o știință bine dezvoltat, care a dezvoltat înapoi în anii 1930, și-a găsit aplicații în multe domenii. De exemplu, A. V. Til a dezvoltat un gravimetrie marin de mare viteză „Stan“ cu suspensia magnetică a corpului inerțial. Cu aceasta, el a realizat posibilitatea de a determina coordonatele submarine doar în câmpul gravitațional al Pământului. Aparatul a trecut testul în 1982 și a fost încorporat în navigarea submarinului complexe „Typhoon“. In aceste teste Thiel efectuate gravitatea și Marea Albă, unde au fost identificate anomalii prospective pentru explorarea minerale suplimentare.
O astfel de gravimetrului cuprinde trei accelerometre ortogonale, a căror poziție este monitorizată continuu giroscoape. Prin intermediul numitului accelerometru primi trei componente vectoriale de forță care acționează pe masa de încercare.
Gravimetri criogenice
Principiul de funcționare a acestui tip este următoarea: o sferă supraconductoare este plasată într-un câmp magnetic deasupra inelului, care circula un curent electric; rezultat pe suprafața sferei este curentul indus, câmpul magnetic este opusă aplicat extern. Toate acestea conduc la faptul că domeniul de aplicare al plutitoare (levitație) peste inelul de la o anumită înălțime. Această măsurare a înălțimii și vă permite să calculeze forța de gravitație.
Din păcate, orice dispozitiv a cărui funcționare se bazează pe fenomenul de supraconductibilitate nu poate fi redusă prin definiție, din acest motiv, astfel de Gravimetri nu este larg răspândită. Cu toate acestea, locul de muncă este în curs de a crea supraconductori care au o temperatură supraconductibilitate mult mai mare.
Gravimetri de coarde
tip Gravimetri șir radiant, astfel încât acestea sunt potrivite pentru măsurători de gravitație în mișcare. Ele sunt, de asemenea, caracterizate printr-un zero foarte scăzut de offset, imunitate ridicat de zgomot și sensibilitate acută axa orientată. Ideea a fost propusă de fizicieni Gravimetre Mandelstam și Papaleksi. dar mai întâi pus în aplicare și testate în Anglia pe un submarin în 1949. În URSS primul metru gravitate șir a fost dezvoltat și testat în 1956, pe un vas de suprafață A. M. Lozinskoy în VNIIGeofizike. Exactitatea este de 1,2 mgal.
Tehnic gravimetrului este o greutate agățat de un șir de caractere (realizat dintr-un aliaj special). Șirul este plasat între polii unui magnet permanent și face parte dintr-un circuit oscilant. Când șirul este alimentat de tensiune de curent alternativ, apar vibrații mecanice. Ecuația de mișcare a șirului este:
M - este greutatea încărcăturii, # X03C3; - densitate # X03B1; - un unghi foarte mic între forța de tensiune și gravitate.
Dezavantajul Gravimetri șir sunt sensibile la vibrații.