[发明专利]一种绝对重力测量方法及绝对重力仪

说明书

本发明公开了一种绝对重力测量方法及绝对重力仪。本发明的测量方法步骤包括：1)在待测位置设置一平移运动测量元件和一旋转运动测量元件；2)利用该平移运动测量元件测量得到在该待测位置因平移运动产生的相对位移d，利用旋转运动测量元件测量得到平移运动测量元件敏感轴因旋转运动产生的旋转角度θ；3)根据公式确定该待测位置的绝对重力加速度g；其中f为观测频率。本方法可直接从天然地震波中观测绝对重力，因而无需主动或被动隔振装置，且可以实现地震、重力的同时观测，便于地球物理联合勘探的实施；在理论上，随着观测频率的降低，绝对重力的观测精度将依照平方关系增加，有利于提升绝对重力观测的精度。

技术领域

本发明涉及一种绝对重力测量方法及绝对重力仪，可用于绝对重力加速度的观测范畴，如地球重力场监测、大地测量、地球动力学研究、密度体及异常监测监控、建筑抗震实验、矿产资源开发、地球物理勘探、地震及地质灾害预警等工程及科研领域。

背景技术

地球上的物体均会影响到重力加速度值(以下所称的“重力”均等价于“重力加速度”)，据研究，地表的山川及大洋底部的海沟对重力的影响为小数点后第3位，而大型建筑物对重力的影响为第7位。因此，提高重力测量的精度，可极大提升重力对于周边物体的敏感性。

在重力测量方面，目前有两大类测量方式：绝对重力测量和相对重力测量，前者指直接测定重力加速度的真值，而后者则是测定某点相对于参考点的重力加速度的差值。在绝对重力测量方面，典型的重力仪为基于自由落体原理的美国劳雷公司FG5型、意大利计量院IMGC型和基于原子干涉的法国巴黎天文台可移动式重力仪，上述仪器最高精度约为小数点后第8位。这类仪器体积大、结构复杂、不易使用。在相对重力测量方面，典型的重力仪为基于弹簧结构的LCR重力仪，其原理简单，但精度低；采用超导是目前的主流研究方向，其噪声低、稳定性好，精度高，可到小数点后11位，但需要体积庞大的低温冷却设备。从激光干涉到冷原子干涉仪，绝对重力测量手段不断进步，但测量原理始终是自由落体原理，不利于、甚至限制了绝对重力仪的发展。

发明内容

针对目前绝对重力测量原理较为单一的问题，本发明的目的在于提供一种绝对重力测量方法，采用的是一种不同于自由落体原理的绝对重力测量原理。该原理在理论上无需目前高精度重力仪所需的低温冷却设备，降低了设备的体积；由于其可直接从天然地震波中观测绝对重力，因而无需主动或被动隔振装置，且可以实现地震、重力的同时观测，便于地球物理联合勘探的实施；在理论上，随着观测频率的降低，绝对重力的观测精度将依照平方关系增加，有利于提升绝对重力观测的精度。

本发明的技术方案为：

一种绝对重力测量方法，其步骤包括：

1)在待测位置设置一平移运动测量元件和一旋转运动测量元件；

2)利用该平移运动测量元件测量得到在该待测位置因平移运动产生的相对位移d，利用旋转运动测量元件测量得到平移运动测量元件敏感轴因旋转运动产生的旋转角度θ；

3)根据公式确定该待测位置的绝对重力加速度g；其中f为观测频率。

进一步的，步骤1)所述平移运动测量元件为位移传感器或速度传感器或加速度传感器或加加速度传感器，步骤1)所述旋转运动测量元件为角度传感器或角速度传感器或角加速度传感器；步骤2)中采用位移传感器或速度传感器或加速度传感器或加加速度传感器测量平移运动时，分别采集在该待测位置因平移运动产生的相对位移d或相对运动速度v或加速度a或加加速度b；步骤2)中采用角度传感器或角速度传感器或角加速度传感器测量旋转运动时，分别采集平移运动测量元件敏感轴因旋转运动产生的旋转角度θ或角速度ω或角加速度β；步骤3)中根据公式v＝j2πfd、a＝(j2πf)²d、b＝(j2πf)³d、ω＝j2πfθ、β＝(j2πf)²θ确定该待测位置的绝对重力加速度g；其中f为观测频率。

进一步的，所述平移运动测量元件适用的理论模型为质量-弹簧-活塞模型。