[发明专利]用于地球物理勘测的微比重计

说明书

技术领域

本发明涉及用于测量地面上重力加速度的装置和方法。

可能的应用为多种现场工作，用于进行矿石与石油勘探或用于环境目的、用于地下洞穴内的检测或者天然或人造非连续结构的任何情况下的检测。其他应用包括对大型空中或水上运载器的结构研究。

背景技术

通过微比重计勘测进行地球物理分析是一种具有很大潜力并且在日益发展的方法。

用于测量重力加速度的传感器是已知的。一种传感器由LRS(Lacoste& Romberg-Scintrex)Inc公司销售的，并且主要上由弹簧组成，该弹簧维持在临界工作条件，以增强作用在其上的力的最小变化。该装置基于对同一仪器在不同位置下的两次读数来获得关于梯度的测量值，从而测量重力值。然而，该装置存在这样的缺点，即，需要严格控制磁滞和机械漂移，以免这些效应影响有用信号。

为了避免存在这种对测量的系统影响，已知并行地使用两个微比重计来进行差分检测。这种勘查还具有获得重力场梯度的直接测量值的实质优点。差分检测目前用在非商用的装置内，在实验室专用于空间应用或物理实验。一个例子是马里兰大学的超导比重计和IFSI-CNR的比重计。这些仪器具有非常高的分辨力，例如小于0.01厄缶()，但是不便于携带并且不适合于用在地面上。

市场上已知的便携式工具是Lockheed Martine开发并且兼用于军事和民用的GGI比重计(Gravity Gradiometer Instrument)。这种仪器特别被用于航运工具或水运工具上，并且由正交安装在旋转平台上的两对相同的加速度计组成。因此，以旋转频率对垂直于旋转轴的方向上的线性加速进行了调制。这些仪器的灵敏度为约5厄缶。

还已知Bell Geospace Full Tensor Gravimeter，其由数个GGI形成，并且能够同时测量重力梯度张量Γ的所有分量，从而能够完整地构建重力图。然而，该仪器的极高性能关联着相应的高成本、高负担以及高重量。

还已知澳大利亚公司BHP-Billiton Discovery Technologies的Falcon    Gravity Gravimeter，其能够以500m的空间分辨力来观测产生的异常重力的源。

另一已知仪器是具有平衡摆臂(oscillating arm)的可移动超导比重计，其由澳大利亚西部大学在1994年开发，并且由Gedex Inc商业化。为空中勘探而开发的仪器的CMRR能够大于190dB并且分辨力能够优于1Hzl然而，由于惯性平台的大小和需要具有液态氦冷却系统，所以，管理这种仪器并不容易。

发明内容

本发明的一个特征是提供了一种用于测量地面上的重力加速度的梯度的装置和方法，对于地球物理勘测领域中的各种应用，所述装置和方法适于从面向应用的观点获得显著的精确性，即使保持了受限的尺寸以装入小型自推进式交通工具内也是如此。

本发明的另一特征是提供这样一种装置来减少每次测量所需的时间，以显著降低测量活动的成本。

本发明的进一步特征是提供这样一种装置，其具有有效的抗环境及仪器噪声性能，并且具有对机械噪声或地震的高抗干扰力，还能够放松对仪器工作环境进行严格控制的条件。

本发明的又一特征是提供这样一种装置，其能够对重力加速度的梯度进行高度精确的测量。

本发明的再一特征是提供这样一种装置，其降低了对控制机械与热磁滞的要求，并且避免了由于材料疲劳(fatigue)所造成的影响。

本发明的再进一步特征是提供一种不受热变化影响的装置。

这些及其他特征通过一种用于微比重计的装置来实现，所述装置根据本发明来进行针对地球物理探测的测量，其特征在于所述装置包括：

基架；

与所述基架成一体的第一块；

第二块，其被设置在与所述第一块距离最短处，并且相对于所述第一块垂直对齐，从而所述第一块和所述第二块形成了电磁辐射的共振器；

用于悬挂所述第二块的单元，所述用于悬挂的单元连接到所述基架并且弹性地保持所述第二块，以提供稳定的弹性模数；

用于向所述共振器施加电磁信号的单元；

用于响应于所述电磁信号来测量所述共振器的共振频率的单元；

用于使所述共振频率的变化与所述两个块之间的距离变化产生关联的单元；以及

用于使所述距离的变化与本地重力加速度产生关联的单元。

优选地，所述第二块在所述第一块上方。