BRPI0702879A2 - gradiÈmetro de gravidade - Google Patents

Abstract

GRADIÈMETRO DE GRAVIDADE. Expõe-se um gradjómetro de gravidade que é dotado de massas sensoras na forma de barras (41 e 43) dispostas ortogonais uma à outra, e transdutores para proporcionarem um sinal de saída indicador de movimento das barras em resposta a mudanças no tensor de gradíente de gravidade. Os transdutores são formados a partir de estrutura de película fina dotada de uma primeira camada que forma uma bobina de passo fino 510 e uma segunda camada que forma uma bobina de passo largo 511. As camadas são separadas por meio de uma camada de isolamento. A bobina de passo largo 511 forma um trans- formador para aumentar a corrente que flui através da bobina de passo fino 510 e a bobina de passo fino 511 fornece corrente para um dispositivo SQUID 367

Description

GRADIÔMETRO DE GRAVIDADE

Campo da Invenção

Refere-se a presente invenção a um gradiô-metro de gravidade e, em particular, porém não exclusi-vãmente, a um gradiômetro de gravidade para uso aéreo.

A invenção tem aplicação particular para a medição decomponentes diagonais e não-diagonais do tensor de gra-diente gravitacional.

Antecedentes da Invenção

No pedido de patente internacional No.PCT/AU200 6/001269, da mesma requerente do presente pe-dido, e diversos pedidos de patente depositados simul-taneamente encontra-se exposto um gradiômetro de gravi-dade. 0 conteúdo do pedido de patente internacionalNo. PCT/AU2006/001269 fica incorporado neste relatóriopor meio desta referência.

Os gravimetros são amplamente usados emexploração geológica para medirem as primeiras deriva-das do campo gravitacional da terra. Embora alguns a-vanços fossem realizados no desenvolvimento de gravime-tros que podem medir as primeiras derivadas do campogravitacional da terra por causa da dificuldade em di-ferençar variações espaciais do campo em relação a flu-tuações temporais de acelerações de um veiculo em movi-mento, estas medições podem ser feitas usualmente comprecisão suficiente para exploração apenas com instru-mentos estacionários de base terrestre.

Os gradiômetros de gravidade (diferentesdos gravimetros) são usados para medir a segunda deri-vada do campo gravitacional e utilizam um sensor que énecessário para medir as diferenças entre forças gravi-tacionais até uma parte de IO12 da gravidade normal.

Tipicamente, tais dispositivos têm sidousados para procurar localizar depósitos tais como de-pósitos de minério, incluindo minério de ferro e estru-turas geológicas portadoras de hidrocarbonetos.

O gradiômetro mencionado anteriormente édotado de um sensor na forma de uma massa sensória queé montada de forma giratória para movimento em respostaao gradiente de gravidade.

Tipicamente os gradiômetros de gravidadetêm um transdutor que inclui uma bobina sensória forma-da pelo enrolamento de um fio em um substrato. A bobi-na sensória assim formada fica localizada em proximida-de a uma massa sensória movivel, de maneira que quandoa massa se movimenta em relação à bobina, o fluxo mag-nético muda para, por sua vez, mudar a corrente queflui através da bobina que é usada para habilitar umdispositivo SQUID a proporcionar uma medida do gradien-te de gravidade.

Tipicamente é requerido que as bobinassensórias sejam dotadas de um grande número de espirasque podem tornar as bobinas dificeis e dispendiosas demanufaturar, particularmente dadas as restrições de di-mensão que são usualmente aplicáveis aos gradiômetrosde gravidade.Sumário da Invenção

0 objetivo da invenção consiste em propor-cionar um transdutor em um gradiômetro de gravidade oqual é menos dispendioso de manufaturar e o qual é com-pacto.

Pode-se dizer que a invenção reside em umgradiômetro de gravidade para medir componentes do ten-sor de gradiente de gravidade, que compreende:

pelo menos uma massa sensória para movi-mento em resposta ao gradiente de gravidade;

pelo menos um transdutor localizado adja-cente à massa sensória para medir o movimento da massasensória, sendo que o transdutor compreende uma estru-tura de pelicula fina que é dotada de:

uma primeira camada dotada de uma primeirabobina de passo fino de grande indutância quetem um grande número de espiras para trans-portar uma corrente relativamente baixa;

uma segunda camada dotada de uma segunda bo-bina sensorial de passo largo de indutânciamais baixa, que é dotada de relativamente me-nos espiras para transportar uma corrente re-lativamente mais alta, com a segunda bobinaformando um transformador para aumentar acorrente que flui através da primeira bobina;

uma camada de isolamento entre a primeira esegunda bobinas; e

em que a segunda bobina fornece corrente paraum dispositivo SQUID para proporcionar umamedida do componente do tensor de gradientede gravidade.

Pela provisão do transformador na forma deuma estrutura de pelicula fina, o transformador podeser produzido com precisão em termos do número de espi-ras e passo requeridos da primeira e segunda bobinasensória, e também é relativamente econômica e compactaem comparação com as formas de transdutores convencio-nais para o uso em gradiômetros de gravidade. Uma vezque o dispositivo SQUID requer uma corrente maior doque aquela que pode ser proporcionada pela bobina depasso fino, a segunda bobina de passo largo funcionandocomo um transdutor aumenta essa corrente de forma ade-quada para fornecimento ao dispositivo SQUID, a fim deproporcionar a medição requerida.

Na concretização preferida da invenção aestrutura de pelicula fina também compreende uma camadaque forma uma placa de capacitor para proporcionar umaplaca de um capacitor usado em um circuito de equilí-brio para equilibrar pelo menos uma massa sensória,sendo a placa de capacitor disposta concêntrica com aprimeira e segunda bobinas.

De acordo com uma concretização, a primei-ra e segunda bobinas são formadas em uma superfície co-mum de um substrato de silicio e a primeira bobina sen-sória é conectada em paralelo a uma bobina de indutân-cia de compensação formada na superfície oposta dosubstrato de silício.

Em uma concretização da invenção, a estru-tura de película fina inclui uma outra bobina indutorade compensação fixa separada em relação à segunda bobi-na por uma camada de isolamento e conectada em paraleloà segunda bobina para conduzir quaisquer correntes Am-plas para impedir estas correntes de fluírem para odispositivo SQUID.

Descrição Breve dos Desenhos

Serão descritas agora concretizações pre-feridas da invenção, a título de exemplo, com referên-cia aos desenhos anexos, nos quais:

A Figura 1 representa uma vista esquemáti-ca de um gradiômetro de uma concretização da invenção.

A Figura 2 é uma vista em perspectiva deum primeiro suporte que forma parte de uma instalaçãodo gradiômetro da concretização preferida.

A Figura 3 é uma vista de um segundo su-porte da instalação.

A Figura 4 é uma vista olhada por baixo dosuporte da Figura 3.

A Figura 5 é uma vista seccional ao longoda linha IV-IV da Figura 3.

A Figura 6 é uma vista seccional ao longoda linha V-V da Figura 3.

A Figura 7 representa uma vista da estru-tura montada.

A Figura 8 é uma vista que mostra o sensormontado na estrutura de cardan.

A Figura 9 é uma vista plana de uma barrada concretização preferida.

A Figura 10 é um diagrama que mostra ocontrole de acionador.

A Figura 11 é um diagrama de blocos quemostra a operação do sistema de suporte rotativo.

A Figura 12 é uma vista de um gradiômetroda concretização preferida.

A Figura 13 é uma vista de um primeiro su-porte de uma segunda concretização.

A Figura 14 é uma vista de parte do supor-te da Figura 13 para ilustrar a localização e extensãoda nervura de flexão do primeiro suporte.

A Figura 15 é uma vista do suporte da Fi-gura 13 olhado por baixo.

A Figura 16 é uma vista do suporte da Fi-gura 13 incluindo um segundo suporte da segunda concre-tização.

A Figura 17 é uma vista seccional atravésdo conjunto ilustrado na Figura 16.

A Figura 18 é uma vista olhada por baixoda secção ilustrada na Figura 17.

A Figura 19 é uma vista olhada por baixodo segundo suporte da segunda concretização.

A Figura 20 é uma vista do segundo suporteda Figura 19 visto por cima.

A Figura 21 é uma vista explodida do se-gundo suporte da segunda concretização.

A Figura 22 é uma vista da instalação e desensores montados, de acordo com a segunda concretização.

A Figura 23 é uma vista em perspectiva dogradiômetro com uma parte do recipiente de vácuo exter-no removido.

A Figura 24 é uma vista plana de um aloja-mento para suportar uma barra de acordo com uma outraconcretização da invenção.

A Figura 25 é uma vista explodida de parteda concretização da Figura 24.

A Figura 26 representa uma vista mais de-talhada de parte do alojamento da Figura 24.

A Figura 27 representa um diagrama de cir-cuito de um transdutor usado na concretização preferidadá invenção.

A Figura 28 é uma vista lateral do traçadofisico do transdutor da concretização preferida.

As Figuras 29, 30, 30A, 31, 32 e 33 repre-sentam uma série de diagramas que mostram a formação dotransdutor da concretização preferida da invenção.

A Figura 34 é uma vista semelhante à Figu-ra 26, mas mostrando o transdutor na posição.

A Figura 34A é uma vista de uma concreti-zação de maior preferência da disposição de bobina i-lustrada nas Figuras 29 a 33.

A Figura 34B é uma vista detalhada de par-te da disposição ilustrada na Figura 34A.

A Figura 35 é um diagrama usado para aju-dar na explanação dos circuitos ilustrados nas Figuras36 e 37.

A Figura 36 é um diagrama de circuito re-ferente à concretização preferida da invenção, mostran-do com particularidade o uso de um dos sensores como umacelerômetro angular.

A Figura 37 mostra um circuito de sintoni-zação de freqüência.

A Figura 38 é um diagrama que ilustra obalanceamento dos sensores do gradiômetro da concreti-zação preferida.

A Figura 39 é um diagrama de circuito deum sensor de calibragem usado quando do balanceamentodo gradiômetro.

A Figura 40 é uma vista detalhada da parteda Figura 24 circundada e marcada por A.

A Figura 41 é um desenho de um conectorusado nas concretizações preferidas da invenção.

A Figura 42 é um diagrama de circuito doconector da Figura 41.

A Figura 42A é um diagrama de circuito u-sado com o circuito da Figura 42.

A Figura 43 é um diagrama de uma barra desensor e configuração de transdutor de uma concretiza-ção da invenção.

A Figura 4 4 é um diagrama de circuito daconfiguração ilustrada na Figura 43.

A Figura 45 é um diagrama que ilustra uminterruptor de calor de uma concretização da invenção.

A Figura 4 5A é uma vista de uma parte dealojamento do gradiômetro de acordo com ma concretização.

A Figura 45B é uma vista detalhada de par-te da concretização da Figura 45A.

A Figura 45C é uma vista seccional ao Ion-go da linha 45C-45C da Figura 45A.

A Figura 45D é uma vista detalhada de par-te da disposição ilustrada na Figura 45C olhada porbaixo.

A Figura 45E representa uma vista seccio-nal ao longo da linha 45E-45E da Figura 45D; e

A Figura 46 é um diagrama esquemático deum gradiômetro de acordo com uma concretização da in-venção.

Descrição Detalhada das Concretizações Preferidas

A Figura 1 representa uma vista esquemáti-ca de um gradiômetro de gravidade de acordo com a con-cretização preferida da invenção.

0 gradiômetro ilustrado na Figura 1 com-preende um Dewar de parede dupla 1 que é suportado emuma plataforma externa 2. A plataforma externa 2 per-mite a ajustagem do Dewar e, portanto, do conteúdo doDewar em torno de três eixos ortogonais. A plataformaexterna 2 é geralmente conhecida e sua ajustagem pormeio de motores adequados ou semelhantes também é co-nhecida. Desta forma, não será necessária uma descri-ção detalhada.

Um recipiente de vácuo 3 é previsto no De-war e o Dewar é suprido com gás liquido, tal como hélioliquido He, de forma que o gradiômetro pode operar sobtemperatura criogênica. O Dewar 1 é fechado por umaplaca extrema 4 que inclui conectores 5a para conecta-rem condutores elétricos (não ilustrados) a componentesexternos (não representados).

O recipiente 3 é fechado por uma placa ex-trema 9 que inclui conectores 5b para conectar conduto-res elétricos (não ilustrados) aos conectores 5a. Ogradiômetro é dotado de um invólucro principal 61 for-mado a partir de um anel de doze lados 62 e domos he-misféricos 63 (vide Figura 12) . Um suporte interno 5está conectado ao anel 62. O anel 62 carrega um supor-te 65 ao qual está acoplada uma alimentação através doflange 9. Um batoque de gargalo 11 formado de defIeto-res lia intercalados com espuma Ilb está previsto acimado recipiente 3. Os defletores lia são suportados emuma haste oca 93 que se estende até ao recipiente 3 eque também é usada para evacuar o recipiente 3.

Com referência à Figura 2, ilustra-se namesma um primeiro suporte 10 de um acessório rotativo 5(Figura 7) do gradiômetro, o qual compreende uma base12 e uma parede periférica aprumada 14. A parede peri-férica 14 é dotada de uma pluralidade de recortes 16.A base 12 suporta um meão 18.

As Figuras 3 e 4 mostram um segundo supor-te 20 que compreende uma parede periférica 22 e uma pa-rede de topo 24. A parede periférica 22 é dotada dequatro orelhas 13 para conectarem o suporte ao invólu-cro 61. A parede de topo 24 e a parede periférica 22definem uma abertura 28. A parede periférica 22 é do-tada de uma primeira parte 25, uma segunda parte 26 euma terceira parte 27. O segundo suporte 20 é uma es-trutura integral monolitica e a primeira parte 25 éformada pela realização de um recorte circunferencial19 através da parede periférica, exceto para a formaçãode nervuras de flexão, tais como serão descritas maisadiante. A terceira parte 27 é formada pela preparaçãode um segundo recorte circunferencial 29 através da pa-rede periférica 22, exceto para as nervuras de flexãoque também serão descritas mais adiante. O segundo su-porte 20 é montado no primeiro suporte 10 pela locali-zação do meão 18 dentro da abertura 28 e das orelhas 13através dos respectivos recortes 16, conforme ilustra-dos na Figura 7.

O primeiro suporte 10 é unido ao segundosuporte 20. A primeira nervura de flexão 31 é formadano primeiro suporte 10 de maneira que uma parte de su-porte principal do suporte 10 pode articular-se em tor-no de uma nervura 31 em relação a uma parte de suportesecundária do suporte 10. Isto será descrito de formamais detalhada com referência à segunda concretizaçãoilustrada nas Figuras 13 a 21.

As orelhas 13 conectam-se ao acessório 5no invólucro 3 que, por sua vez, localiza-se no Dewar 1para operação criogênica do gradiômetro.

0 Dewar é, por sua vez, montado em umaprimeira plataforma externa para controle de rotação decurso do gradiômetro em torno de três eixos x, y, z or-togonais. 0 acessório 5 suporta o sensor 40 (o qualserá descrito adiante com maiores detalhes e que estápreferentemente na forma de um quadrupolo de massa) pa-ra ajustagem de rotação muito mais precisa em torno doseixos x, y e z para estabilizar o gradiômetro durante atomada das medições particularmente quando o gradiôme-tro é aerotransportado.

A primeira nervura de flexão 31 permiteque o primeiro suporte 10 se movimente em relação aosegundo suporte 20 em torno de um eixo x que está ilus-trado na Figura 7.

As Figuras 5 e 6 são vistas ao longo daslinhas IV e V, respectivamente, que por sua vez são aolongo dos cortes 19 e 29 ilustrados na Figura 3. A pa-rede periférica 22 pode ser cortada por meio de qual-quer instrumento adequado tal como um alicate de corteou assemelhado. A Figura 5 mostra a superficie a su-perficie de fundo 19a formada pelo corte 27. Como éevidente a partir das Figuras 3 e 5, o corte 27 é dota-do de dois picos 34 em forma de "v" invertido. O ápicedos picos 34 não é cortado e, portando, forma uma se-gunda nervura de flexão 33 que une a primeira parte 25à segunda parte 26. Desta forma, a segunda parte 26 écapaz de girar articuladamente em relação à primeiraparte 25 em torno do eixo x na Figura 7. 0 segundocorte 29 está ilustrado na Figura 6 e novamente é visi-vel a superfície de fundo 29a formada pelo corte 29.

Novamente o segundo corte 29 forma dois picos 35 emforma de "v" e os ápices dos picos 35 não são cortadose portanto formam uma terceira nervura flexível 37 queconecta a segunda parte 26 à terceira parte 27. Destaforma, a terceira parte 27 é capaz de girar articuladaem torno do eixo y ilustrado na Figura 7.

A Figura 8 mostra o sensor 4 0 montado naestrutura. 0 sensor 40 é um sensor "Orthogonal Quadru-pole Responder" - OQR, formado de uma primeira massa ede uma segunda massa, na forma de uma primeira barra 41e de uma segunda barra 42 (não ilustrada na Figura 8)ortogonal à barra 41 e que tem a mesma configuração a-presentada pela barra 41.

A barra 41 é formada em um primeiro aloja-mento 45 e a barra 42 é formada em um segundo alojamen-to 47. A barra 41 e o alojamento 45 é o mesmo que abarra 42 e o alojamento 47 com a exceção de que um gira90° em relação ao outro de forma que as barras são or-togonais. Neste caso, somente será descrito o aloja-mento 45.

O alojamento 45 é dotado de uma parede ex-trema 51 e uma parede lateral periférica 52a. A paredeextrema 51 é conectada ao aro 75 (Figuras 2 e 7) da pa-rede 14 do primeiro suporte 10 por parafusos ou asseme-lhados (não ilustrados). A barra 41 é formada por umrecorte 57 na parede 51 exceto para uma quarta- nervurade flexão 59 que une a barra 41 à parede 51. A nervurade flexão está ilustrada ampliada na vista de topo dabarra 41 na Figura 9. Desta maneira, a barra 41 é ca-paz de articular-se em relação ao alojamento 45 quandoda resposta a mudanças no campo gravitacional. A barra'42 é montada da mesma maneira que mencionada anterior-mente e também pode articular-se em relação ao seu alo-jamento 47 em resposta a mudanças no campo gravitacio-nal em torno de uma quinta nervura de flexão 59. Oa-lojamento 47 é conectado à base 12 (Figura 2) do pri-meiro suporte 10.

A barra 41 e o alojamento 4 5 em conjuntocom a nervura de flexão 59 constituem uma estrutura mo-nolítica integral. Entretanto, a nervura 59 pode serfeita separada do alojamento 45 e . conectada ao aloja-mento 45 e barra 41, tal como será descrito na concre-tização das Figuras 24 e 25.

Transdutores 71 (não ilustrados nas Figu-ras 2 a 6) são proporcionados para medirem o movimentodas barras e para produzirem sinais de saida indicado-res da quantidade de movimento e, portanto, da mediçãodas diferenças no campo gravitacional detectado pelasbarras.

A Figura 10 é um diagrama de blocos esque-mático que mostra o controle de acionador para estabi-lizar o gradiômetro pela rotação do acessório 5 em tor-no de três eixos ortogonais (x, y, z) . Um controlador50, que pode ser um computador, microprocessador ou as-semelhado emite sinais para acionadores 52, 53, 54 e55. O acionador 52 poderá fazer girar o acessório emtorno do eixo x, o acionador 54 poderá fazer girar oacessório 5 em torno do eixo y e o acionador 54 poderáfazer girar o acessório 5 em torno do eixo z. Entre-tanto, na concretização preferida, dois dos quatro a-cionadores 52, 53, 54 e 55 são usados para fazer giraro acessório em torno de cada eixo de maneira que a ro-tação em torno de cada eixo é causada por uma combina-ção de dois movimentos lineares proporcionados a partirdos dois acionadores. O movimento linear proporcionadopor cada acionador será descrito com referência às Fi-guras 31 e 32. A posição do acessório 5 é monitoradade maneira que realimentação apropriada pode ser pro-porcionada para o controlador 50 e os sinais de contro-Ie apropriados proporcionados para os acionadores parafazer girar o suporte 10 como é requerido para estabi-lizar o suporte durante movimento através do ar sejadentro ou rebocado atrás de um avião.

A concretização preferida também incluiacelerômetros angulares os quais são semelhantes naforma às barras 41 e 42, mas a forma é ajustada paramovimento quadrupolo zero. Os acelerômetros linearessão dispositivos de pêndulo simples com um único micropivô que funciona como uma articulação flexionai.

A Figura 11 é uma vista de um controle derealimentação usado na concretização preferida.

A Figura 12 representa uma vista em cortedo gradiômetro pronto para montagem no Dewar 1 para o-peração criogênica e que, por sua vez, destina-se a sermontado na plataforma externa. Muito embora as Figuras2 a 8 mostrem o gradiômetro com as barras 41 e 42 dis-postas no topo e no fundo, o instrumento é efetivamenteligado no seu lado (90°) de forma que as barras 41 e 42estão nas extremidades tal como se encontram ilustradasna'Figura 12.

A Figura 12 mostra o acessório 5 dispostodentro do invólucro 61 e formado pelo anel 62 e as ex-tremidades hemisféricas transparentes 63. O anel 62 édotado de conectores 69 para conectar a fiação internaproveniente dos transdutores 71 (vide Figura 8) e com-ponentes eletrônicos SQuID (Dispositivo de Interferên-cia Quantum Supercondutor) localizados no invólucro 61aos conectores 5b (Figura 1).

Os transdutores 71 medem o ângulo de des-locamento das barras 41 e 42 e o circuito de controle(não representado) é configurado para medir a diferençaentre eles.

A correção de erro pode ser realizada nu-mericamente com base em sinais digitalizados provenien-tes dos acelerômetros e um sensor de temperatura.

Os transdutores 71 são transdutores basea-dos em SQuID e a correção de erro é possibilitada pelagrande faixa dinâmica e linearidade dos transdutoresbaseados em SQuID.

As Figuras 13 a 21 mostram uma segundaconcretização em que partes semelhantes indicam compo-nentes semelhantes àqueles descritos anteriormente.

Nesta concretização o primeiro suporte 10é dotado de recortes 80 que efetivamente formam fendaspara receberem orelhas (não representadas) que são co-nectadas ao suporte 10 nos recortes 80 e também ao se-gundo suporte 20 ilustrado nas Figuras 19 a 21. Nestaconcretização as orelhas são componentes separados demaneira que eles podem ser proporcionados menores, emais facilmente do que sendo cortados com a segunda se-ção de suporte 20 que forma a segunda nervura de flexão33 e a terceira nervura de flexão 37.

Na Figura 13 um recorte 87 é praticado pa-ra definir a parte 18a do meão 18. O recorte 87 entãoestende-se radialmente para dentro em 88 e, então, emtorno da seção central 18c como ilustrado pelo recorte101. O recorte 101 então entra na seção central 18c aolongo de linhas de corte 18d e 18e para definir um nú-cleo 18f. O núcleo 18f é conectado à seção central 18cpela nervura de flexão 31 que é uma parte recortada en-tre as linhas de corte 18e e 18d. A parte 10a, portan-to, forma uma parte de suporte principal do suporte 10que é separada de uma parte de suporte secundária 10ado suporte 10, exceto onde a parte 18a se une com aparte IOa pela nervura de flexão 31. A parte 18a efe-tivamente forma um eixo para permitir a rotação da par-te 18a em relação à parte IOa na direção z em torno danervura de flexão 31.

Tal como se encontra ilustrado na Figura14, a linha de recorte 88 afila-se para fora a partirda extremidade superior ilustrada na Figura 14 para aextremidade inferior e o núcleo 18c afila-se para foraem forma correspondente, tal como melhor ilustrado naFigura 17.

Como é evidente a partir das Figuras 13 a18, o primeiro suporte 10 é de forma octogonal em vezde redonda, como na concretização anterior.

As Figuras 19 a 21 mostram o segundo su-porte 20. A Figura 16 mostra o segundo suporte 20 mon-tado no primeiro suporte 10. Tal como melhor ilustradonas Figuras 19 e 20, o segundo suporte 20 é dotado derecortes 120 que registram com os recortes 80 para re-ceberem orelhas (não representadas). As orelhas podemser aparafusadas ao segundo suporte 20 por meios depernos que passam através das orelhas e em furos parapernos 121. As orelhas (não ilustradas) são montadasao suporte 20 antes que o suporte 20 seja fixado aoprimeiro suporte 10.

Na concretização das Figuras 19 e 20, ospicos 34 e picos invertidos 35 são achatados em vez deterem a forma em "V" como na concretização anterior.

Nesta concretização, a parede de topo 24 éprovida de um furo central 137 e dois furos de fixação138a. Três furos menores 139a são proporcionados parafacilitar empurrar o alojamento 45 para fora da parte18a se for necessária a desmontagem. Quando o segundosuporte 20 é localizado dentro do primeiro suporte 10,a parte superior da seção central 18c projeta-se atra-vés do furo 137, tal como melhor ilustrado na Figura16. O suporte 20 poderá ser então conectado ao suporte10 por meio de prendedores, os quais passam através dosfuros 138 e encaixam nos furos 139b (vide Figura 13) naparte 18a.

Desta maneira, quando o primeiro alojamen-to 45 e sua barra associada 41 são conectados ao aro 75do alojamento 10 e o segundo alojamento 47 é conectadoà base 12, os alojamentos 45 e 47 e as suas barras as-sociadas 41 e 42 são, portanto, capazes de se moveremem torno de três eixos ortogonais definidos pela nervu-ra de flexão 31, pela nervura de flexão 33 e pela ner-vura de flexão 37.

Tal como melhor ilustrado na Figura 21 queé uma vista explodida das três partes 25, 26 e 27 queconstituem o segundo suporte 20, uma abertura estende-se através do suporte 20 que é formada pelo furo 137,furo 138 e furo 139. Deverá ser compreendido que o su-porte 20 ilustrado na Figura 21 é uma estrutura monolí-tica e está meramente ilustrado em vista explodida parailustrar claramente a localização das nervuras de fle-xão 33 e 35. Obviamente, a nervura de flexão 33 ilus-trada na Figura 21 une-se com a parte 26 e a nervura deflexão 35 ilustrada na Figura 21 une-se com a parte 27.Os furos 137, 138 e 139 definem uma passagem através daqual o eixo ou primeira parte 18a do primeiro suporte10 pode estender-se quando o segundo suporte 20 estálocalizado no primeiro suporte 10.

Desta forma, quando o segundo suporte 20 éfixado à parte 18a, o segundo suporte 20 pode ser arti-cular-se com a primeira parte 10a do primeiro suporte10 em torno de um eixo x definido pela nervura de fle-xão 31 enquanto a segunda parte formada pela parte 18apermanece estacionária. O movimento em torno dos eixosx e y é conseguido pelo movimento de articulação do se-gundo suporte 20 em torno das nervuras de flexão 33 e35 como descrito anteriormente.

A Figura 22 mostra os acelerômetros linea-res e anulares 90 fixados aos alojamentos 45 e 47.

O gradiente de gravidade exerce um torqueem um corpo rigido com qualquer distribuição de massadesde que ela tenha um momento quadrupolo não-zero.Para um corpo plano, no plano x-y e articulado em tornodo eixo z, o quadrupolo é a diferença entre momentos deinércia nas direções x e y. Desta forma, um quadradoou circulo tem momento de quadrupolo zero, enquanto umretângulo tem um valor não-zero.

0 torque produzido é que constitui o sinalmedido pelo gradiômetro.

Existem duas perturbações dinâmicas quetambém podem produzir torques e, conseqüentemente,constituem-se em fontes de erro.

A primeira é a aceleração linear.

Esta produz um torque se o centro da massanão estiver exatamente no centro de rotação - isto é, abarra está "desequilibrada". As barras 41 e 42 são e-quilibradas tanto quanto possivel (utilizando-se para-fusos sem cabeça para ajustar a posição do centro damassa), mas isto não é totalmente bom, de forma que e-xiste um erro residual. Este erro pode ser corrigidopela medição da aceleração linear e utilizando-se estapara subtrair numericamente a parte errônea do sinal.

A segunda é o movimento angular.

Existem dois aspectos para o movimento an-guiar, cada um dos quais produz um erro diferente.

O primeiro é o aspecto da aceleração angular.

A aceleração angular produz um torque nadistribuição de massa através do seu momento de inércia(mesmo que o momento quadrupolo seja zero). Este é umerro enorme e, para neutralizá-lo, utilizam-se duastécnicas preferidas.

A primeira consiste em utilizar estabili-zação de rotação interna. Esta está ilustrada no dia-grama de blocos da Figura 10. Aqui, Ho(s) representa oconjunto sensor articulado em torno do suporte 5 (talcomo pela Figura 9). 0 bloco A(s) representa o aciona-dor, que proporciona o torque de realimentação para e-fetuar esta estabilização mediante cancelamento dasperturbações aplicadas. T(s) representa o sensor (outransdutor) que mede o efeito da perturbação aplicada.Este é o acelerômetro angular. Não é usual utilizarem-se acelerômetros angulares no controle de rotação - u-sualmente utilizam-se giroscópios e/ou medidores de in-clinação altamente amortecidos, mas para o propósito dapresente invenção são melhores os acelerômetros angula-res, uma vez que o erro é proporcional à perturbação deaceleração angular.

A segunda consiste em usar rejeição de mo-dalidade comum CMRR - que é a razão pela qual são ne-cessárias 2 barras ortogonais. Para as duas barras, otorque de erro produzido pela aceleração angular é namesma direção, mas o torque de sinal produzido pelogradiente de gravidade é na direção oposta.

Conseqüentemente, pela medição das dife-renças na deflexão entre as duas barras, o gradiente édetectado, mas não a aceleração angular.

Conseqüentemente, são proporcionados doisacelerômetros angulares separados 90 (rotulados como90' na Figura 22 para facilidade de identificação).

Temos dois sinais de saida independentes provenientesdo par de barras OQR 41 e 42. 0 primeiro é proporcio-nal à diferença na deflexão, que dá o sinal de gradien-te, e o segundo é proporcional à soma de suas defle-xões, que é proporcional à aceleração angular e propor-ciona o sensor para o controle de rotação de eixo x.Os eixos x e y requerem acelerômetros an-gulares separados. A estabilização de rotação em tornodestes eixos é requerida porque os eixos de articulaçãodas duas barras não são exatamente paralelos e, também,neutralizam a segunda forma de erro produzida por per-turbação angular, tal como discutida adiante.

0 segundo aspecto é a velocidade angular.

A velocidade angular produz forças centrí-fugas, as quais constituem, também, uma fonte de erro.

A estabilização de rotação interna proporcionada pelosacionadores reduz o movimento angular de forma que oerro está abaixo de 1 Eotvos.

A Figura 23 mostra o corpo principal 61 eo conector 69 com as extremidades hemisféricas removidas.

A Figura 24 é uma vista plana do alojamen-to 45 de acordo com uma outra concretização mais da in-venção. Como é evidente a partir da Figura 24, o alo-jamento 45 é circular em vez de octogonal, como é o ca-so com a concretização da Figura 8.

0 alojamento 45 suporta a barra 41 da mes-ma maneira que se descreveu por meio da nervura de fle-xão 59 que fica localizada no centro da massa da barra41. A barra 41 é em forma de divisa, muito embora aforma de divisa seja ligeiramente diferente daquela u-sada nas concretizações anteriores e tem uma borda 41emais arredondada oposta à nervura de flexão 59 e umaseção de parede em forma de calha 41f, 41g e 41h adja-cente à nervura de flexão 59. As extremidades da barra41 têm furos rosqueados 300 que recebem elementos ros-queados 301 que podem estar na forma de conectores taiscomo parafusos sem cabeça ou assemelhados. Os furos300 registram com furos 302 na parede periférica 52a doalojamento 45. Os furos 302 permitem o acesso aos co-nectores 301 por uma chave de parafusos ou outra ferra-menta, de forma que os conectores 301 possam ser apara-fusados e desparafusados em relação ao furo 300 paraajustar a sua posição no furo para equilibrar a massa41 de forma que o centro de gravidade fique situado nanervura de flexão 59.

Da forma que se encontram ilustrados naFigura 24, os furos 300 estão a um ângulo de 45° em re-lação à horizontal e à vertical na Figura 24. Assim,os dois furos 302 ilustrados na Figura 24 estão em ân-gulos retos com relação um ao outro.

A Figura 24 também mostra aberturas 305para receberem o transdutor 71 para monitorar o movi-mento da barra 41 e produzir sinais que são transporta-dos para o dispositivo SQUID. Tipicamente, o transdu-tor encontra-se na forma de uma bobina e quando a barra41 se movimenta levemente devido à diferença de gravi-dade nas extremidades da barra, ocorre uma mudança nacapacitância que altera a corrente na bobina para pro-porcionar desse modo um sinal indicador de movimento dabarra 41.

Na concretização da Figura 24, a nervurade flexão 59 não é integral com a barra 41 e o aloja-mento 45, mas é em vez disso formada em um elemento denervura 501 separado.

Nesta concretização a barra 41 (e, também,a barra 42 no segundo alojamento, não ilustrado nas Fi-guras 24 e 25) é cortada separadamente do alojamento45. A barra 41 é configurada com um canal em forma decauda de andorinha 502 e o alojamento 45 é provido deum canal 503 correspondentemente em forma de cauda deandorinha.

Tal como melhor ilustrado na Figura 25, oelemento de nervura 501 é em forma de cauda de andori-nha dupla, tendo uma primeira parte em cauda de andori-nha 501a e uma segunda parte em cauda de andorinha501b, as quais são unidas entre si pela nervura de fle-xão 59. As partes 501 e 501b são separadas por um re-corte 504 isolado do local da nervura de flexão 59.

A parte 501a é formada e configurada paraajustar-se ao canal 503 e a parte 501b é formada e con-figurada para ajustar-se dentro do canal 502. Destamaneira, quando o elemento 501 é localizado dentro doscanais 502 e 503, o elemento 501 une a barra 41 ao alo-jamento 45 e proporciona a nervura de flexão 59 parapermitir o movimento da barra 41 no alojamento 45.

A fim de se prender o elemento 501 nos ca-nais 502 e 503, o elemento 501 é resfriado para umatemperatura baixa de forma tal que se contrai efetiva-mente em relação à sua dimensão sob temperatura ambien-te. O alojamento 45 e a barra 41 podem ser aquecidosde forma que eles expandem-se para aumentar para a di-mensão dos canais 502 e 503 em relação ao seu estado natemperatura ambiente. Desta forma, o elemento contrai-do 501 pode ajustar-se facilmente nos canais 502 e 503como um ajuste relativamente preciso e quando o elemen-to 501 e a barra 41 e o alojamento 45 retornam para atemperatura ambiente, o alojamento 41 e a barra 45 con-traem-se efetivamente em relação ao elemento 501 que seexpande, fazendo assim com que o elemento 501 seja tra-vado firmemente nos canais 502 e 503.

Quando o gradiômetro é usado sob tempera-turas criogênicas, tanto o elemento 501 quanto a barrae o alojamento serão submetidos à mesma temperatura e,portanto, a diferença de temperaturas entre as que o-correram quando o elemento 501 foi montado nos canais502 e 503 é mantida para manter o travamento e integri-dade da conexão do elemento 501 a uma barra 41 e aloja-mento 45.

O uso do elemento 501 significa que a ner-vura de flexão 59 é formada em um componente separado ese a nervura 59 quebrar, o elemento 501 pode simples-mente ser removido e substituído por um novo elemento.Portanto, isto evita a necessidade de substituir todo oalojamento 45 e a barra 41 na eventualidade da nervurade flexão 59 quebrar.

As nervuras de flexão 31, 33 e 37 poderãoser formadas na forma de elementos de nervura separadossemelhantes ao elemento 501, em vez de serem integraiscom suas partes de montagem respectivas, para evitardesse modo a necessidade de se substituir toda a partede estrutura, na eventualidade de uma dessas nervurasser quebrada.

A Figura 26 é uma vista mais detalhada doalojamento da Figura 24 que mostra as aberturas 305.Como pode ser observado a partir da Figura 25, as aber-turas 305 são dotadas de ressaltos 401que definem reen-trâncias 402. Uma mola 403 fica disposta adjacente àsuperfície 406.

As Figuras 27 a 33 são desenhos relaciona-dos com o transdutor 71 usado nas concretizações prefe-ridas da invenção, que medem o movimento das barras 41e 42 nos alojamentos 45 e 47. Somente um dos transdu-tores está ilustrado nas Figuras 27 a 33.

Tal como se encontra ilustrado in Figura27 o transdutor 70 tem duas bobinas sensórias 510 e 511as quais têm a sua indutância modulada pelo movimentoda superfície supercondutora 41a de uma barra 41, quan-do a barra 41 movimenta-se em torno da nervura de fle-xão 59 em resposta a mudanças no campo gravitacional.

A bobina 510 é uma bobina de passo fino de indutânciaampla com muitas espiras que se destina a carrear umacorrente relativamente baixa. A bobina 511 é uma bobi-na tipo panqueca de passo largo e baixa indutância commenor número de espiras e é estreitamente acoplada àbobina 510, porém separada em relação à bobina 510 poruma fina camada de isolamento 513 (que está ilustradana Figura 32). As bobinas 510 e 512 são concêntricasuma com a outra e são proporcionadas em uma superfíciede um bloco Macor 514 (vide Figura 29) que suporta umsubstrato de silício 515 (Figuras 28 e 29).

Uma bobina de indutor de lastro 516 é pro-porcionada em paralelo com uma bobina 510 e condutoresde entrada 517 e 518 são também proporcionados para in-serir como entrada corrente inicial no laço formado pe-Ia bobina 510 e pela bobina 516. Os condutores de en-trada e saida são separados por um interruptor de calor519. A função do interruptor de calor 519 e dos condu-tores 517 e 518 será descrita adiante de forma mais de-talhada. É suficiente dizer para a presente descriçãoque os condutores 517 e 518 e o interruptor 519 possi-bilitam que uma corrente inicial seja armazenada no la-ço formado pelas bobinas 510 e 516 que será moduladapelo movimento da barra 41 durante a operação criogêni-ca do gradiômetro para detectar mudanças no campo gra-vitacional.

A bobina 516 também proporciona a sintoni-zação do espaçamento efetivo das bobinas 510 e 516 apartir da superfície 512, tal como será descrito adian-te de forma mais detalhada.

A bobina 511 é conectada paralela à bobina518 que forma parte do dispositivo SQUID 367. Um indu-tor de lastro fixo na forma da bobina 519 pode ser pro-porcionado em paralelo com as bobinas 511 e 518 a fimde carrear quaisquer correntes amplas, de forma que es-sas correntes não fluam para o dispositivo SQUID 367.A partir do momento em que a indutância da bobina 519seja muito maior do que aquela da bobina 518, a sensi-bilidade não é alterada pela inclusão do indutor delastro fixo 519.

A fim de se poder proporcionar uma bobinapanqueca adequada para se medir o movimento da superfí-cie 512, é necessário um grande numero de espiras Istotorna dificil a formação das bobinas convencionais asquais são realizadas por enrolamento de um fio em umsubstrato por causa da dimensão da bobina e das restri-ções na dimensão devido à sua inclusão no alojamento 45e na proximidade com as barras 41 no gradiômetro degravidade.

Para. superar as dificuldades de manufaturae dispêndio, a bobina sensória é formada a partir deuma tecnologia de pelicula fina de maneira que a bobinaé um circuito integrado formado em um substrato de si-licio por meio de técnicas de manufatura por meio demáscara adequadas que são amplamente conhecidas. En-tretanto, essa tecnologia de pelicula fina sofre dadesvantagem de ter requisitos de limite de corrente re-lativamente baixos. Para se superar este inconvenien-te, o circuito é provido com pelo menos duas bobinas510 e 511, tais como descritas com referência à Figura27. Uma bobina 511 amplifica efetivamente a correntena bobina 510 adequada para o dispositivo SQUID 367.Desta maneira, a bobina 511 forma efetivamente umtransformador para aumentar a corrente de saida da bo-bina 510. Muito embora isto também diminua a indutân-cia de fonte efetiva, isto não é um inconveniente por-que utilizando-se micro-circuitos de alta resolução, épossivel produzir bobinas com muitas espiras e indutân-cia muito grande.

Assim, conforme ilustrado na Figura 29 queé uma vista plana do bloco Macor 514 ilustrado na vistalateral da Figura 28, um substrato de silicio 515 é de-positado no bloco 514 e, tal como se encontra ilustradoin Figura 30, uma placa de capacitor de aluminio circu-lar 518a é então formada no substrato de silicio 515.

A placa 518a é provida com ranhuras radiais 519a parareduzir a circulação de corrente em torno da placa518a. Simultaneamente com a formação da placa de capa-citor 518a, entradas de interruptor de aquecedor 520 e521 são formadas para suprimento de corrente ao inter-ruptor de calor 519b. Atenuadores de entrada e saida517a são também formados para suprimento da corrente defonte inicial que flui através da bobina 510 e da bobi-na 516. Uma camada de isolamento fina 522 é então de-positada sobre o capacitor 518a, tal como se encontrailustrado na Figura 31. Uma camada que contém a bobinafina 510 é então formada na camada de isolamento 522,como são os condutores de entrada e saida 517 para ali-mentarem corrente inicial que circula através do laçoformado pelas bobinas 510 e 516. A bobina fina 510 éformada a partir de material supercondutor, tal comonióbio e pode ter 1200 espiras, um passo de 5 micrôme-tros, um diâmetro externo de 28 pm e um diâmetro inter-no de 16 |jm.

Uma camada de isolamento é então formadasobre a bobina 510. A camada de isolamento 513 ilus-trada na Figura 32 é então depositada sobre a bobina510 para separar a bobina 510 em relação à bobina 511 ea bobina larga 511 é então depositada na camada de iso-lamento 513 como ilustrado na Figura 32.

A bobina larga 511 também é feita a partirde material supercondutor, tal como nióbio e, por exem-plo, é dotada de 36 espiras com um passo de 150 micrô-metros, e diâmetros interno e externo que são os mesmosda bobina fina 510.

A bobina de lastro 516 é proporcionada nolado oposto do substrato 515 às bobinas 510 e 511. Is-to é feito pela provisão de dois substratos que têmcerca de 0,5 mm de espessura e colagem dos dois subs-tratos entre si de forma que a bobina 516 fica na su-perfície oposta externa do substrato formado àquela emque as bobinas 510 e 511 são depositadas. A bobina 510é conectada à bobina 516 por meio de fios de ligação535 (somente um está ilustrado na Figura 28). O blocoMacor 514 é provido de um leve recesso 539 para acomo-dar os fios de ligação 535. Os fios de ligação 536também se estendem entre o substrato 515 e uma tira decontacto de nióbio 537 formada no bloco Macor 514.Tal como se encontra ilustrado na Figura33, parte da bobina larga 511 é coberta por tiras deisolamento 530 para permitir a interligação da bobina511 ao dispositivo SQUID 367 tal como por intermédio doatenuador 531 e condutor 532 e atenuador 533, atenuador534 e condutor 535.

Na concretização mais simples da invençãoo circuito integrado formado pelas camadas anteriormen-te mencionadas pode ser tão simples quanto compreenden-do a bobina 510 e a bobina 511, bem como a placa de ca-pacitor de aluminio 518 todas separadas por suas res-pectivas camadas de isolamento.

Nesta concretização a disposição propor-ciona bom acoplamento com a unidade de aproximação Ki2.

A corrente inicial que circula no laço formado pela bo-bina larga 511 e pelo dispositivo SQUID 367 pode serajustada para zero com o fluxo sensório mantido pelacorrente na bobina 510. Muito embora a corrente sejapequena, o fluxo sensório é grande porque a bobina 510é dotada de um grande número de espiras.

Uma corrente inicial é armazenada na bobi-na 510 (ou no laço formado pela bobina 510 e pela bobi-na 516) pelo suprimento de uma corrente por meio docondutor de entrada 517 para o laço. Corrente também éfornecida aos condutores 520 e 521 para fazer o resis-tor 519a aquecer, aquecendo assim a parte do laço ilus-trada na Figura 28 adjacente ao resistor de aquecimento519b que fica subjacente ao condutor 517, tal como i-lustrado na Figura 32, para aquecer essa parte do con-dutor 517 e, portanto, romper efetivamente o laço su-percondutor. A corrente fornecida a partir dos condu-tores 517 e 518 pode então circular através do laço edesses condutores para induzir a corrente inicial nolaço. A corrente é então interrompida para o resistorde aquecimento 519b e a corrente induzida no laço con-tinua a circular no laço por causa das característicassupercondutoras do laço. A corrente que é induzida nolaço é a corrente que é modulada pelo movimento da bar-ra 41 em relação à bobina 510 de forma a mudar o fluxomagnético que é produzido que, por sua vez, altera acorrente na bobina 511 que por sua vez é detectada pelodispositivo SQUID 367 para proporcionar a medição damudança no campo gravitacional.

Na concretização ilustrada nas Figuras 27e 28 que inclui a bobina 516, a bobina 516, tal comoexplicado anteriormente, é montada no lado oposto dosubstrato 515 à bobina 510 e impede que a corrente depolarização que flui através da bobina 510 flua noscondutores externos 517. A bobina 516 é efetivamenteuma cópia exata da bobina 510 e, portanto, é preferen-temente também formada a partir de uma camada de pelí-cula fina depositada no substrato 515. Os fios de Ii-gação 536 que são conectados às tiras 537 formam as co-nexões para permitir que a bobina 511 seja conectada aodispositivo SQUID 367.

A bobina 516 também pode ser usada parasintonizar o espaçamento efetivo da bobina 510 em rela-ção à face frontal 512 da barra 41 de forma que todosos transdutores que são usados podem ser espaçados emrelação às superfícies 512 pela mesma distância. Istoserá descrito adiante de maneira mais detalhada, mas ésuficiente mencionar para a presente descrição que asbobinas 516 e 510 podem formar uma única bobina virtualpela seleção adequada da corrente que é induzida no la-ço formado pelas bobinas 510 e 516. Desta forma, pelamudança dessa corrente a posição da bobina virtual efe-tivamente movimenta-se entre as bobinas 510 e 516 paraproporcionar uma posição de bobina virtual que pode serlocalizada a uma distância predeterminada da face 512.

Pela seleção adequada das correntes que circulam atra-vés dos respectivos laços, as tolerâncias na manufaturae montagem do dispositivo podem ser superadas para as-segurar que a bobina virtual formada pelas bobinas 510e 516 fique igualmente espaçada em relação às faces 512de suas barras respectivas.

Assim, a bobina 516 pode ser usada paradesempenhar a dupla função de evitar correntes de pola-rização nos condutores externos tal como descrito ante-riormente, e também para sintonizar o espaçamento efe-tivo da bobina 510 em relação à superfície 512.

Nas concretizações descritas anteriormen-te, a placa de capacitor 518a fica concêntrica com asbobinas 510 e 511. A placa de capacitor 518a não de-sempenha qualquer função na operação do transdutor afim de detectar mudanças no campo gravitacional. Aplaca de capacitor 518a é usada para calibrar o equilí-brio das barras 41 e 42 nos seus alojamentos 45 e 47respectivos, tal como será descrito adiante de maneiramais detalhada. 0 posicionamento da placa de capacitor518a como uma disposição concêntrica com as bobinas 510e 511 e substancialmente coplanar com essas bobinassignifica que a placa de capacitor 518a vê o mesmo si-nal que é visto pela bobina (isto é, o intervalo entrea superfície 512 e a bobina 510). Desta forma, quandoo capacitor 518 é usado para calibrar o equilíbrio dasbarras 41 e 42, o capacitor está medindo o mesmo sinalefetivo tal como seria visto pelas bobinas durante aoperação do gradiômetro. Isto permite que as barras 41e 42 sejam equilibradas em relação ao sinal que é efe-tivamente detectado pelas bobinas 510 durante a opera-ção do dispositivo, aperfeiçoando assim o equilíbriodas barras 41 e 42 e, conseqüentemente, a operação dogradiômetro.

A placa 518a é proporcionada concêntricacom as bobinas 510 e 511 nesta concretização ao fazer-se com que a placa 518 e as bobinas 510 e 511 tenhamsubstancialmente o mesmo ponto central. Entretanto, emoutras concretizações a disposição concêntrica pode serproporcionada pela provisão da placa de capacitor 518acomo plaquetas separadas dispostas concentricamente emtorno do local central das bobinas 510 e 511 em vez deum centro comum, conforme ilustrado na Figura 30A. Sãoigualmente possíveis as disposições geométricas dife-rentes.

A Figura 34 mostra a localização do bloco514 na abertura 305 e as ranhuras 402 e é impelido pelamola 403 contra os ressaltos 401 para prender o bloco514 no lugar com a bobina 510 disposta adjacente à facede rebordo 41a da barra 41.

Desta forma, a bobina 510 e a barra 41formam um circuito Ic de modo gue guando a barra 41 semove, a corrente gue passa através da bobina 510 é al-terada.

Com referência à Figura 34A e à Figura34B, ilustra-se nas mesmas uma disposição de maior pre-ferência das bobinas 510 e 511. Na concretização ante-riormente descrita as bobinas 510 e 511 são bobinas dotipo pangueca geralmente circulares. Para formar maisfacilmente as bobinas e possibilitar a interligação dasbobinas com outros componentes de circuito do gradiôme-tro, as bobinas 510 e 511 nas Figuras 34A e 34B são bo-binas sinuosas formadas no bloco 514 em duas camadasseparadas, as guais são separadas por isolamento con-forme descrito anteriormente.

Tal como mais bem ilustrado na Figura 34A,a bobina de passo largo 511 serpenteia de maneira ge-ralmente encurvada em ziguezague e tem braços 511a quesão unidos por transições encurvadas 511b nas extremi-dades alternadas respectivas dos braços 511a, tal comoilustrado na Figura 34A. A bobina de passo fino 510não está ilustrada na Figura 34A. Entretanto, se a bo-bina de passo fino simplesmente seguir o meandro da bo-bina 511 de forma que haja um número de braços sinuososde passo fino dotados de corrente fluindo em direçõesopostas associadas com cada braço 511a, então a corren-te nos braços da bobina de passo fino será simplesmenteneutralizada mutuamente para produzir fluxo magnéticoliquido zero.

Para evitar que isto ocorra, a bobina depasso fino 510 serpenteia da maneira ilustrada na Figu-ra 34B em relação à bobina 511. A bobina 510 é dotadade um primeiro braço 510a o qual acompanha a parte quesegue a parte serpenteante da bobina 511 (que está i-lustrada em linhas tracejadas na Figura 34B) até à ex-tremidade oposta da bobina 511a, então retorna ao longoda seção de bobina 510b para formar um outro braço510a' o qual então serpenteia da mesma maneira para re-tornar ao longo da parte de bobina 510c para formar no-vamente um outro braço 510a''. A bobina 510 então re-torna ao longo da parte de circuito 510d para formarainda um outro braço 510a'11.

Desta forma, a corrente que flui atravésdos braços 510a da bobina 510, que se sobrepõem aosbraços 511a da bobina 511, é na mesma direção que estáindicada pelas setas em cada um desses braços. Conse-qüentemente, não ocorre cancelamento do fluxo magnéticoem cada bobina 510a associada com o braço sobreposto511a da bobina 511. Por outro lado, a bobina 510 pre-cisa somente cruzar sobre si mesma em um local 512a co-mo ilustrado na Figura 34B a fim de proporcionar umacorrente de saida a partir da bobina 510. A parte debobina 512a pode estar em uma camada separada do res-tante da bobina 510 (por exemplo, a mesma camada da bo-bina de passo largo 511) de maneira que a camada de i-solamento entre as bobinas 510 e 511 separa a parte decircuito 512a em relação ao restante da bobina 510 i-lustrada na Figura 34B).

A bobina 511 é dimensionada de forma talque a largura W dos braços 511a da bobina de passo lar-go é maior do que o espaço d previsto entre a superfí-cie da barra 41 e a superfície do bloco 514 onde as bo-binas 510 e 511 são depositadas, conforme ilustradas naFigura 34.

Tal como será evidente a partir da Figura24, quatro transdutores 71 ficam dispostos adjacentesàs extremidades da barra 41. O outro alojamento 47também é dotado de quatro transdutores dispostos adja-centes à barra 42. Desta forma, são proporcionados oi-to transdutores 71 no gradiômetro.

A Figura 35 é a diagrama das barras 41 e42 mostrando as mesmas na sua configuração "em uso".Os transdutores que ficam localizados nas aberturas 305são ilustrados pelos números de referência 71a a 71epara equiparar os diagramas de circuito das Figuras 36e 37.

Com referência às Figuras 36 e 37, ostransdutores 71a e 71b associados com a barra 41, e ostransdutores 71g e 71e associados com a barra 42 sãousados para proporcionarem as medições de gradiente degravidade.

Os terminais de entrada 361 proporcionamcorrente de entrada para os circuitos supercondutoresilustrados na Figura 36. São proporcionados interrup-tores de calor que podem estar na forma de resistores362, os quais são usados para ajustar inicialmente acorrente supercondutora dentro do circuito. Os inter-ruptores de calor 362 são inicialmente ligados duranteum periodo de tempo muito curto para aquecer as partesdo circuito nas quais os resistores 362 estão localiza-dos para sustar a supercondução dessas partes do cir-cuito. Correntes podem ser então impostas no circuitode supercondução e quando os interruptores de calorformados pelos resistores 362 são desligados, as partesrelevantes do circuito tornam-se novamente supercondu-toras de forma que a corrente pode circular através doscircuitos submetidos a qualquer mudança causada pelomovimento das barras 41 e 42 sob a influência do gradi-ente de gravidade e aceleração angular, tal como serádescrito mais adiante.

Os transdutores 71a, 71b, 71g e lie sãoconectados em paralelo à linha de circuito 365 e à li-nha de circuito 366 que conecta a um SQUID 367.

Desta maneira, quando as barras 41 e 42giram em torno de sua respectiva nervura de flexão, asbarras 41 e 42, por exemplo, ficam mais próximas dotransdutor 71a e conseqüentemente, mais afastadas dotransdutor 71b, e mais próximas do transdutor 71h e a-inda mais afastadas do transdutor 71g, respectivamente.

Isto, portanto, muda a corrente que flui através dostransdutores e aquelas correntes são efetivamente sub-traídas para proporcionarem sinais usados para propor-cionar uma medida do gradiente de gravidade.

Tal como se encontra ilustrado na Figura37, os transdutores 71c e 71d formam um circuito sepa-rado e são usados para sintonização de freqüência dabarra 41 e transdutores 71a e 71b. De forma assemelha-da, os transdutores 71e e 71f são utilizados para sin-tonização de freqüência da barra 42 e dos transdutores7Ig e 71h. A sintonização de freqüência das barras éimportante porque as barras deverão ser idênticas a fimde rejeitar acelerações angulares. Conseqüentemente,os circuitos de sintonização de freqüência possibilitamque a sintonização eletrônica das barras case as fre-qüências ressonantes e consiga rejeição de modalidadede forma que cada uma das barras funcione de uma manei-ra idêntica.

Os transdutores 71a, 71b, 71g e 71h tambémsão usados para formarem acelerômetros angulares paramedirem o movimento angular do acessório 5, de formaque sinais de realimentação possam ser proporcionadospara compensarem esse movimento angular.

Para fazer isto, a linha 366 é conectada aura transformador 370. A polaridade dos sinais proveni-entes dos transdutores 71a e 71b e 71g e 71h é inverti-da, de maneira que a saida do transdutor 370 nas linhas371 e 372 é uma adição dos sinais em vez de uma subtra-ção, como é o caso quando o gradiente é medido de formaque a adição dos sinais dá uma medida do movimento an-gular das barras. As saidas 371 e 372 são conectadasao dispositivo SQUID 375 para proporcionarem uma medidada aceleração angular que pode ser usada no circuito daFigura 10 para proporcionar sinais de compensação paraestabilizarem o acessório 5.

Assim, de acordo com a concretização pre-ferida da invenção, os acelerômetros angulares 90' pro-porcionam uma medição da aceleração angular; por exem-pio, em torno dos eixos x e y, e o acelerômetro angularformado pelas barras 41 e 42 e os transdutores 71a,71b, 71g e 71h proporcionam uma medida do acelerômetroangular em torno, por exemplo, do eixo z.

Com referência às Figuras 38 e 39, serádescrita a maneira Segundo a qual é conseguido o equi-líbrio das barras 41 e 42. Proporciona-se um par desensores de deslocamento formados pelos capacitores 400e 401 para dois propósitos principais:

1. Medir a sensibilidade de aceleração linearresidual de cada barra 41 (e 42) para per-mitir que as barras sejam equilibradas me-canicamente utilizando-se os parafusos semcabeça 301 descritos com referência à Fi-gura 24, antes da operação sob baixas tem-peraturas; e

2. Medir a sensibilidade de aceleração linearinduzida de cada barra 41 e 42.

0 capacitor 400 é formado pela placa decapacitor 518a descrita anteriormente e a superfície41a da barra 41. Utiliza-se um segundo circuito que éo mesmo ilustrado na Figura 39, para medir a mudançaexperimentada pelo capacitor 401. Esse circuito é omesmo da Figura 38 com a exceção de que o capacitor 400é substituído pelo capacitor 401 que é formado por umaplaca de capacitor e superfície 41a referente a outrodos transdutores 71.

As barras 41 e 42, nos seus respectivosalojamentos, são levadas a girar em um gabarito (nãoilustrado) através de 360°. Isto proporciona uma faixade aceleração de 2 gE, que é tipicamente 100 vezes mai-or do que as acelerações que podem ser convenientementeaplicadas sob baixas temperaturas. Um requisito tipicoé para os capacitores 400 e 401 serem capazes de detec-tar 0,1 nm durante um periodo de 1 a 20 minutos. É re-querido um par de capacitores 400 e 401 para cada barrapara proporcionar alguma discriminação contra desloca-mento de sensor, uma vez que a rotação da barra 41 farácom que um capacitor 400 aumente e o outro capacitor401 diminua pela mesma quantidade, como está ilustradona Figura 33, enquanto que a expansão térmica fará comque as duas saldas dos capacitores 400 e 401 aumentem.Os capacitores 400 e 401 permanecem na posição, mesmoque eles sejam não-utilizáveis sob baixas temperaturas,e portanto os seus componentes precisam ser não-magnéticos de maneira a não interferirem com a operaçãodo gradiômetro e, em particular, o seu circuito muitoperto da supercondutividade.

A Figura 38 mostra que quando a barra 41 éarticulada, o afastamento aplicável ao capacitor 400diminui e o afastamento do capacitor 401 aumenta.

Os capacitores 400 e 401 são formados pelaface 41a da barra 41 (e a face correspondente na outrabarra 42) e segundas placas 405 que ficam espaçadas emrelação à face 41a. O intervalo entre as placas dosrespectivos capacitores 400 e 401 devem ser tipicamentedecompostas para cerca de 1 ppm.

O capacitor 400 forma um circuito resso-nante de alto fator Q com indutor 410. O indutor 410 eo capacitor 400 são proporcionados paralelos aos capa-citores 411 e 412 e conectados por meio do capacitor413 a um amplificador 414. A saida do amplificador 414é proporcionada para um contador de freqüência 415 etambém realimentado entre os capacitores 412 e 411 pelalinha 416. Portanto, o capacitor 400 determina a fre-qüência de operação do amplificador 414 que pode sercom uma alta precisão.

Se a barra 41 estiver fora de equilíbrio,o contador de freqüência 415 tenderá a derivar por cau-sa do desequilíbrio da barra. Este pode ser ajustadopelo movimento dos parafusos sem cabeço 301 para dentroe para fora das massas como descrito anteriormente atéocorrer o equilibrio. O amplificador 414 pode ser en-tão desconectado do contador de freqüência 415 de umaforma tal que o gradiômetro pode ficar disposto dentrodo Dewar 1 com as outras partes dos circuitos ilustra-dos na Figura 39 no lugar.

A Figura 40 é uma vista detalhada de parteda barra 41 e alojamento 45 ilustrados na Figura 24 emarcados pelo circulo A. Uma vez que a barra 41 é co-nectada ao alojamento 45 por meio de uma nervura deflexão 59 muito fina, se a barra 41 se movimentar dema-siadamente ela poderá exceder os limites elásticos danervura de flexão 59. Isto poderá degradar a junta deflexão e, portanto, o movimento da barra 41 sob a in-fluência de diferenças no campo gravitacional experi-mentadas nas extremidades da barra 41.

A quantidade de movimento da barra 41 quenormalmente ocorreria e que é requerida a fim de pro-porcionar sinais indicadores de probabilidade de mudan-ça no campo gravitacional é da ordem de 10 micrômetros.

Tipicamente, a barra 41 é cortada a partir do alojamen-to 45 por uma operação de corte por fio que executa umcorte tal como aquele assinalado por 550 in Figura 40que tem uma espessura de cerca de 60 micrômetros. Des-ta forma, a quantidade de espaço que fica disponívelpara a barra 41 se movimentar excede em muito aquelaque é requerida e que pode exceder o limite elástico danervura de flexão 59. Para impedir a barra 41 de semovimentar além do limite elástico (tal como mais doque mais ou menos 10 micrômetros) um corte é praticadoadjacente à extremidade da barra 41. Um corte asseme-lhado é praticado na outra extremidade da barra 41 quenão está ilustrado na Figura 40. O corte 551 é propor-cionado com um furo alargado 552. O corte 550 que de-fine a extremidade da barra 41 é provido de uma seçãoperfilada 553 que define uma primeira superfície de en-costo 554 e uma segunda superfície de encosto 555.

A tira muito fina de material 556 entre ocorte 551 e o corte 550 tem um perfil 557 que casa como perfil 553, exceto que as superfícies de encosto 558e 559 formadas na extremidade do perfil 557 ficam afas-tadas uma da outra segundo uma distância de 20 micrôme-tros menos do que o espaço entre a superfície de encos-to 554 e 555. Desta forma, as superfícies de encosto558 e 559 podem mover-se na direção da seta B (tal comoserá explicado mais adiante) de maneira que as superfi-cies de encosto 558 e 559 movem-se no perfil 553 adja-cente e levemente espaçadas em relação às superfícies554 e 555.

A tira de material fina 506 é movida nadireção da seta B para deste modo localizar as superfi-cies de encosto 558 e 559 pela inserção de um pino nofuro 552 que empurra a tira de material 556 na direçãoda seta B de maneira que as superfícies 558 e 559 ficamem registro com as superfícies 554 e 555. Desta forma,as superfícies 554 e 558 ficam afastadas uma da outraSegundo uma distância de cerca de 10 micrômetros e assuperfícies 555 e 559 ficam espaçadas uma da outra se-gundo uma distância de cerca de 10 micrômetros. Assim,quando a barra 41 se movimenta na direção da seta decabeça dupla C na Figura 4 0 perto da nervura de flexão59, a quantidade de movimento é limitada a 10 micrôme-tros porque a superfície 554 então irá contactar a su-perfície 558 e o contacto destas superfícies impedirámaior movimento da barra 41. De uma forma assemelhada,se a barra 41 for movimentada na direção oposta, entãoa superfície 555 irá contactar as superfícies 559 paralimitar novamente o movimento para cerca de 10 micrôme-tros.

Conseqüentemente, o movimento da barra 41é limitado a um movimento dentro do limite elástico danervura de flexão 59 de modo que a nervura não é degra-dada e não influencia prejudicialmente a operação dogradiômetro.

As Figuras 41 e 42 são desenhos mais deta-lhados que mostram o conector 5a que é usado para co-nectar sinais elétricos vindos do interior do Dewar 1para os componentes (não ilustrados) fora do Dewar 1.

Em particular, a estrutura e circuito das Figuras 41 e42 destina-se a proteger o dispositivo SQUIDs 367 dainterferência de RF que pode de outro modo ocorrer sehouver simplesmente um terminal de fio passando atravésda placa extrema 4 para os componentes externos.O conector 5a compreende um recipiente 560que é dotado de uma parede de fundo 561 vedada em rela-ção à placa extrema 4 por meio de um anel de seção cir-cular 562. Um condutor tal como aquele marcado por 563passa do interior do Dewar 1 através da placa extrema 4para uma alimentação através do filtro 564 montado naparede de fundo 561. Um primeiro defletor 567 suportauma tampa de três terminais 565 que é conectada à ali-mentação através do filtro e a tampa 565 é conectada aum relê 566 que é suportado em um segundo defletor 567.

O relê 566 inclui uma chave de relê 568 (vide Figura42) que por sua vez passa através de um elemento de co-nexão 570 no recipiente 560 para um condutor 571 paraconexão aos componentes externos (não ilustrados).

Tal como se encontra ilustrado na Figura41, o condutor 563 é conectado à alimentação através dofiltro 564 que é compreendido de um indutor 571 e umcapacitor 572 que é conectado em paralelo ao indutor571 em um lado e à terra no outro lado. O indutor 571é conectado à tampa de três terminais 565 que compreen-de um indutor 573, um indutor 574 e um capacitor 575.O capacitor 575 é conectado em paralelo aos indutores573 e 574 em um lado e é ligado à terra no outro lado.

O indutor 574 está conectado ao relê 566 que compreendeuma bobina de relê 575 e a chave de relê 568. Quandose deseja conduzir sinais do condutor 563 para o condu-tor 571, fornece-se corrente à bobina de relê 575 parafechar o interruptor 568, de maneira que os sinais po-dem passar através do filtro 564, da tampa de três ter-minais 565, da chave de relê 568 para o condutor 571.

0 relê sendo aberto quando sinais não são conduzidos,corta o circuito em relação ao condutor 571 para o con-dutor 563 e a tampa de três terminais 565 e alimentaçãoatravés do filtro 564 protegendo ainda o dispositivoSQUID dentro do Dewar 1 durante a operação do gradiôme-tro, de maneira a eliminar interferência de RF proveni-ente de fontes externas, tais como sinais de televisãoe assemelhados, de serem conduzidos através do terminal5a para os dispositivos SQUIDs 367.

Em outras concretizações os capacitores572 e 575 podem ser substituídos por resistores.

A Figura 42A mostra outra parte da blinda-gem de RF localizada nos conectores 5b. Cada um dosfios 563 (somente um ilustrado nas Figuras 41 e 42A)compreende partes de fios trançados, com cada par sendoblindado individualmente. Cada fio em cada par de fios563 é conectado ao indutor 579a e 579b e dois resisto-res 579c que são conectados em paralelo com os respec-tivos indutores 579a e 579b para proporcionarem maioratenuação de RF.

As Figuras 43 e 44 mostram a configuraçãofisica e diagrama de circuito de uma das barras de me-dição (isto é, a barra 41) e um diagrama de circuitorespectivamente que ilustra a sintonização do espaça-mento efetivo da bobina de sensor de cada transdutorcom relação à borda 41a da barra 41. Nas concretiza-ções ilustradas, o transdutor 71b é provido de duas bo-binas 510 e 516 que podem ser as bobinas anteriormentedescritas com referência à Figura 28. As bobinas 510 e516 são separadas por um espaço de cerca de 1 mm. Achave térmica 362 é proporcionada no laço formado pelasbobinas 510 e 516 e a bobina 601 do transdutor 71a naoutra extremidade da barra 41. A fim de assegurar queas bobinas 601 e 510 fiquem espaçadas a igual distânciadas superfícies 41a da barra 41, a corrente que fluiatravés do laço formado pelas bobinas 510, 516 e 601 éproporcionada entre as bobinas 510 e 516 para formaruma bobina virtual, por exemplo, no local D mostrado naFigura 44. Pela mudança da proporção da corrente queflui através das bobinas 510 e 516, a posição D mudaentre as bobinas para formar uma bobina virtual efetivanessa posição. Desta forma, se as bobinas 510 e 601não forem espaçadas igualmente em relação às suas su-perfícies respectivas 41a, a corrente induzida no laçopode ser alterada para, por sua vez, alterar a quanti-dade de corrente que flui através de cada uma das bobi-nas 510 e 516 para ajustar a posição D e, conseqüente-mente, a localização virtual de uma única bobina forma-da a partir das bobinas 510 e 516 até que o espaçamentocoincida com aquele da bobina 601.

Se desejado, a bobina 601 poderá ser subs-tituída por uma disposição de bobina dupla da mesmaforma que aquela que forma o transdutor 71b ilustradona Figura 44. Naturalmente, os transdutores 71a e 71bpodem ser idênticos àqueles descritos com referência àsFiguras 27 e 28 em que a bobina larga 511 que forma umtransformador é proporcionada para aumentar a correnteque é fornecida ao dispositivo SQUID 367. Para facili-dade de ilustração, a bobina adicional 511 e os outroscomponentes descritos com referência à Figura 27 até àFigura 33 não estão representados.

Tal como exposto anteriormente, o SQUID367 é sintonizado inicialmente pela indução de uma cor-rente no laço formado pelas bobinas 510 e 601. Isto éconseguido pelo suprimento de corrente ao resistor deaquecimento 362 que forma uma bomba de calor para ele-var a parte do laço na posição do resistor 362 para a-quecer essa parte do circuito acima da transição de su-percondução de forma que essa parte do circuito não se-ja mais supercondutora. Assim, uma corrente pode serfornecida ao laço a partir de, por exemplo, entradas517 descritas com referência às Figuras 27 a 33 e quenão estão ilustradas na Figura 44, de maneira que cor-rente circula através do laço e o suprimento de corren-te conectado aos terminais 517 e 518. O resistor deaquecimento 362 é então desativado de maneira que aparte do circuito torna-se novamente supercondutora e osuprimento de corrente é desligado do laço de forma quea corrente induzida no laço continua a circular atravésdo laço sob condições de supercondução.

Para proporcionar a corrente através dasbobinas 510 e 516, proporciona-se uma outra chave tér-mica 362' que permite que uma corrente seja induzida nolaço formado pelas bobinas 510 e 516 que pode circularna direção da seta E na Figura 44. A corrente induzidapela chave térmica 362 circula na direção da seta F.

Conseqüentemente, a quantidade de corrente que passaatravés da bobina 510 pode ser alterada em comparaçãocom aquela que passa através da bobina 516, desviandoassim a posição da bobina virtual formada pelas bobinas510 e 516. Desta forma, consegue-se eletronicamente oespaçamento das bobinas, de maneira que o espaçamentoda bobina 510 e da bobina 601 são os mesmos.

Essa corrente é levada a passar proporcio-nalmente através das bobinas 510 e 516 para fixar a po-sição virtual da bobina 510 na posição D se necessário,de forma que as bobinas 601 e 501 são espaçadas efeti-vamente em relação às superfícies 41a precisamente amesma distância. Uma vez que a barra 41 se movimentasob a influência do gradiente de gravidade, as bobinas601 e 510 serão portanto movidas em relação às superfi-cies 41a, mudando a corrente induzida que passa atravésdessas bobinas que, por sua vez, é detectada pelo dis-positivo SQUID 367 para proporcionar uma medida do mo-vimento e, conseqüentemente, do gradiente de gravidadeexperimentado pela barra 41.

As bobinas 601 e 510 permitem que o movi-mento angular seja diferençado em relação ao movimentolateral. Qualquer movimento lateral da barra 41 para adireita ou para a esquerda na ilustração da Figura 45produzirá o mesmo efeito nas duas bobinas, enquanto ummovimento angular sob a influência do gradiente de gra-vidade fará com que uma extremidade da barra 41 se movapara mais perto da sua bobina correspondente e a outraextremidade se mova para ficar mais afastada da sua bo-bina.

Muito embora as chaves térmicas 362 ante-riormente descritas possam assumir a forma convencionalde resistores, em uma concretização da invenção as cha-ves térmicas compreendem material semicondutor, tal co-mo um sensor de efeito de Hall 570, tal como ilustradona Figura 45. O sensor de efeito de Hall 570 é dotadode condutores 571 e 572 para excitação do sensor para,por sua vez, elevar a temperatura de parte do circuitorotulado por 575 ao qual se refere acima do limite su-percondutor, de forma a abrir efetivamente o circuitonesse ponto para que uma corrente possa ser induzida nocircuito a partir de uma fonte externa e, assim, quandoo sensor é desligado e o dispositivo retorna para a o-peração criogênica, a corrente induzida fornecida pelafonte externa simplesmente continua a circular atravésdo circuito sob condições supercondutoras.

O uso do material semicondutor material e,em particular, do sensor de efeito de Hall tem a vanta-gem de que ele funciona no ambiente frio, é não-magnético e também é muito compacto.

Por outro lado, o sensor de efeito de Hall570 tem ainda a vantagem ser não-magnético e capaz deser aquecido. As características não-magnéticas, dessemodo, evitam interferência com um circuito supercondu-tor e a característica usualmente indesejável de capa-cidade de aquecimento do sensor 570 permite que o sen-sor 570 seja usado como a chave tal como explicada an-teriormente. O sensor 570 também é dotado de alta re-sistência na ordem de IK ohm a 4°K, o que também é van-tajoso.

As Figuras 45A a 45E mostram a chave tér-mica 570 e sua disposição no gradiômetro de forma maisdetalhada. Com referência a estas figuras e em parti-cular na Figura 45A, a barra 41 no alojamento 45 estáilustrada junto com os transdutores 71. Um painel decircuito 850 é suportado pelo alojamento em uma ranhura861 (vide Figura 45C) e localizado na posição por para-fusos 863 (apenas um ilustrado na Figura 45C). 0 pai-nel de circuito 850 suporta circuitos eletrônicos, taiscomo o dispositivo SQUID e assemelhados, que estão i-lustrados coletivamente pelo bloco 859 na Figura 45C.

Com referência às Figuras 45A e 45B, também tal comofoi exposto anteriormente, o bloco de núcleo Macor 514onde estão depositadas as bobinas 510 e 511 é dotado detiras 537 para conduzirem corrente para o circuito 859.Tal como exposto anteriormente, o 514 é impelido para aposição pela mola 403.

O painel de circuitos 850 é dotado de umapluralidade de tiras condutoras 856 que, nesta concre-tização, são formadas a partir de material supercondu-tor, por exemplo, nióbio, que é interligado com os cir-cuitos 859. As tiras 537 são conectadas às tiras 856por pontes 852 também formadas de nióbio. As pontes852 são separadas da mola 403 por meio de isolamentoque pode ser um revestimento de verniz na mola 4 03 oualternativamente mediante espaçamento adequado das pon-tes 852 em relação à mola 403.

Como é mais bem ilustrado na Figura 45C, opainel de circuitos 850 é dotado de um substrato condu-tor, tal como um substrato de cobre 865 na sua superfí-cie inferior onde fica localizado o sensor de efeito deHall 570. Tal como mais bem ilustrado na Figura 45D osensor 570 é dotado de quatro terminais ou pinos conec-tores 8 67. Nesta concretização somente são usados doisdos pinos 867 de maneira a fazer com que uma correnteflua através do sensor 570 a partir dos condutores decorrente 571 e 572. Os condutores 571 e 572 conectadoscom os atenuadores 869 formados a partir do material desubstrato de cobre que é causticado em 870 para isolaros atenuadores 867 em relação ao restante do substrato865. Tal como ilustrado na Figura 45E, os condutores571 e 572 passam através do painel de circuitos 850 efios de cobre finos 873 podem ser usados para unir oscondutores 571 e 572 aos pinos 867.

0 circuito supercondutor 575 é enrolado emtorno dos pinos 8 67 de forma tal que quando correntepassa através do sensor 570 o sensor é aquecido e essecalor é conduzido para o pino 867 para, por sua vez,aquecer a parte do circuito 575 enrolada em torno dopino 867 para abrir o circuito, tal como exposto ante-riormente. 0 circuito 575 é fixado ao substrato de co-bre 865 nos locais 879 na Figura 45D por meio de vernizou assemelhado, de forma que quando o sensor 570 é des-ligado o pino 867 e o circuito 575 esfriam rapidamenteporque calor pode ser conduzido para fora através dosubstrato 865. Desta forma, o circuito 575 retorna pa-ra o seu estado fechado supercondutor.

A concretização preferida da chave térmica570, portanto, tira vantagem da característica usual-mente indesejável desses dispositivos aquecerem o dis-positivo, bem como a natureza não-magnética e alta re-sistência do dispositivo.

Tal como se encontra ilustrado na Figura44, se o transdutor 71a também for formado por uma bo-bina dupla 601 e 601a tal como se encontra ilustradapelas linhas tracejadas, pode-se fazer circular a cor-rente somente através de cada laço formado pelas res-pectivas bobinas 510 e 516, e 601 e 601a, produzindodesta forma corrente zero no condutor 576 ao qual estáconectado o dispositivo SQUID. Portanto, a perturbaçãode microfonismo de condutor que leva ao dispositivoSQUID 367 é removida.

Ainda em outra concretização da invenção,em vez de proporcionar um par de barras de medição for-madas pelas barras 41 e 42, pode ser proporcionado pelomenos um par de barras extras ortogonais. O segundopar de barras pode ser da mesma configuração das barras41 e 42 e seus respectivos alojamentos 45 e 47 e podeser localizado nas posições dos acelerômetros 90'1 i-lustrados na Figura 22. Esta disposição encontra-seilustrada in Figura 46. 0 primeiro par de barras pro-porcionadas nos alojamentos 45 e 47 que estão ilustra-dos nas Figuras 22 e 46 proporcionam respectivamenteuma medida da diferença entre os componentes tensoresGzz e Gyy (Gzz - Gyy) e o segundo par de barras propor-cionadas nos alojamentos assinalados por 45' e 47' naFigura 4 6 proporcionam uma medida da diferença entre oscomponentes sensores GZz e GXx (Gzz ~ GXx).

Deverá ser compreendido que os subscritosdados aos componentes mencionados anteriormente são comrelação aos eixos XeY que estão em um plano horizon-tal e ortogonal, e um eixo Z que é um eixo vertical.

Tal como mencionado anteriormente, as barras 41 e 43nos alojamentos 45 e 47 são ortogonais com relação umaà outra e as barras nos alojamentos 45' e 47' tambémsão ortogonais com relação uma à outra. As barras 41 e43 também são dispostas em planos espaçadas os quaissão ortogonais aos planos espaçados onde estão locali-zadas as barras dos alojamentos 45' e 47'. Deverá serainda compreendido que na Figura 4 6 o gradiômetro nãoestá ilustrado na orientação que ele deveria assumirquando em uso. Quando em uso, o gradiômetro é efetiva-mente levado a girar 90° em relação à posição ilustradana Figura 46, de maneira que a linha pontilhada na nFigura 46 forma o eixo X ou direção de vôo da aeronaveque carrega o gradiômetro. A maneira pela qual o movi-mento das barras nos alojamentos 45' e 47' são executa-dos e proporcionam sinais de medição é exatamente amesma que foi descrita nas concretizações anteriores.

Tipicamente, quando se executa um vôo de aerolevanta-mento, a aeronave voa de acordo com o rumo geológico daregião em que está sendo realizado o levantamento. Aprovisão de dois conjuntos de barras no gradiômetro i-lustrado na Figura 4 6 resulta em um único vôo medindo-se simultaneamente os dados provenientes dos dois con-juntos de barras de medição e, portanto, tem a vantagemde que os dados são aplicáveis ao mesmo ponto ao longodas linhas de levantamento.

Nas várias concretizações da invenção, osdados que são coletados a partir dos dois conjuntos debarras de levantamento podem ser manipulados por umprocessador 800 ilustrado na Figura 46 para proporcio-nar uma medida de um ou mais do que um componente dotensor de gradiente de gravidade. Uma vez que os dadossão recebidos a partir de dois conjuntos de barras demedição e são processados, a medida real de um compo-nente do tensor, tal como o componente Gzz, pode serobtida para pontos individuais ao longo de uma linha delevantamento. Conseqüentemente, isto permite que aero-levantamentos sejam conduzidos voando em linhas muitomais amplas do que como é o caso com levantamentos geo-lógicos convencionais, e portanto o gradiômetro da con-cretização da Figura 4 6 pode ser usado para levantamen-tos geológicos e levantamentos regionais com as linhasde levantamento tendo uma distância de afastamento re-lativamente grande.

Nas situações onde são usadas apenas duasbarras, precisa ser obtida uma grade de dados a fim depossibilitar o processamento por uma técnica de trans-formação matemática com a finalidade de se obterem me-dições de um único componente do tensor. Isto geral-mente requer que a grade seja produzida pelo vôo em li-nhas de levantamento relativamente fechadas e por causada natureza do processamento, os dados são apresentadosusualmente como uma grade de dados que proporciona umaindicação global da região de levantamento. Desta ma-neira, com a presente concretização da invenção, os da-dos que são coletados a partir do ponto de interessereal são analisados para produzirem o componente. Seforem utilizadas somente duas barras, é necessária umagrade de dados e é requerido processamento por meio deuma técnica de transformação de Fourier ou assemelhada,onde os dados provenientes do ponto em particular maisos pontos circundantes são usados para obter-se uma me-dida do componente. Desta forma, a fim de que a medi-ção seja exata, é necessário que as linhas de levanta-mento estejam próximas umas das outras.

Ainda em outras concretizações da inven-ção, um outro conjunto de barras de medição poderá serproporcionado de forma tal que são usadas seis barraspara proporcionarem medições para permitir novamenteque várias combinações de componentes sejam manipuladaspelo processador para se obterem medições em relação aqualquer componente desejado do tensor de gradiente degravidade que possam ser requeridas. Estas mediçõesadicionais deverão também permitir processamento adi-cional para aperfeiçoar sinal para ruido.

Tal como exposto anteriormente, os dadosprovenientes dos transdutores (não ilustrados na Figura46) que detectam o movimento das barras 41 e 43 dãofornecidos a um dispositivo SQUID 367. O dispositivoSQUID 367 está ilustrado apenas de forma esquemática naFigura 46 para propósitos ilustrativos. Os dados pro-duzidos pelo dispositivo SQUID podem ser manipuladospelo processador 800 que pode ser conectado fisicamenteao gradiômetro da Figura 46 mas que, mais provavelmentedo que não, é um processador separado em um local remo-to. Se o processador 800 estiver em um local remoto,os dados provenientes do dispositivo SQUID 367 e outroscomponentes de processamento associados com o gradiôme-tro podem ser registrados em um meio suscetível de sergravado 900 e carregados no processador 800 para mani-pulação ou podem ser enviados ao processador 800 por umenlace de comunicação. O processador 800 processa osdados obtidos a partir de dois conjuntos de barras demedição da seguinte maneira:

<formula>formula see original document page 60</formula>Gzz - Gyy (Medição 2)

sendo a equação 1 uma relação conhecidaentre os componentes do tensor de gradiente de gravida-de dada na equação 1;

sendo a medição 1 aquela medição obtidapelo primeiro par de barras;

sendo a medição 2 aquela medição obtidapelo segundo par de barras;

a soma das medições 1 e 2 dá:

Gzz — Gxx + Gzz - Gyy= 2GZZ — Gxx - Gyy= 2GZZ - (Gxx + Gyy) (Equação 2)

a partir da equação 1 Gxx + Gyy = -Gzz e subs-tituindo-se na equação 2 dá:

2GZZ - (-Gzz)= 3GZZ

Uma vez que modificações dentro do espiri-to e escopo da invenção podem ser facilmente realizadaspor pessoas versadas na técnica, deverá ser compreendi-do que a presente invenção não fica limitada à concre-tização particular descrita anteriormente somente a ti-tulo de exemplo.

Nas reivindicações que se seguem e na des-crição precedente da invenção, exceto onde o contextorequer de outro modo devido a linguagem expressa ou im-plicação necessária, a palavra "compreende" ou varia-ções tais como "que compreende" ou "compreendendo" sãousadas em um sentido inclusivo, isto é, para especifi-car a presença dos aspectos expostos, mas não impedir apresença ou adição de outros aspectos em várias concre-tizações da invenção.

Claims (4)

1. - Gradiômetro de gravidade para medircomponentes do tensor de gradiente de gravidade, carac-terizado pelo fato de compreender:pelo menos uma massa sensória para movimentoem resposta ao gradiente de gravidade;pelo menos um transdutor localizado adjacenteà massa sensoria para medir o movimento da massa sen-sória, sendo que o transdutor compreende uma estruturade pelicula fina que é dotada de:uma primeira camada dotada de uma primeirabobina de passo fino de grande indutância quetem um grande número de espiras para trans-portar uma corrente relativamente baixa;uma segunda camada dotada de uma segunda bo-bina sensorial de passo largo de indutânciamais baixa, que é dotada de relativamente me-nos espiras para transportar uma corrente re-lativamente mais alta, com a segunda bobinaformando um transformador para aumentar acorrente que flui através da primeira bobina;uma camada de isolamento entre a primeira esegunda bobinas; eem que a segunda bobina fornece corrente paraum dispositivo SQUID para proporcionar umamedida do componente do tensor de gradientede gravidade.

2. - Gradiômetro, de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura depelícula fina também compreende uma camada que formauma placa de capacitor para proporcionar uma placa deum capacitor usado em um circuito de equilíbrio paraequilibrar pelo menos uma massa sensória, sendo a placade capacitor disposta concêntrica com a primeira e se-gunda bobinas.

3. - Gradiômetro, de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira esegunda bobinas são formadas em uma superfície comum deum substrato de silício e a primeira bobina sensória éconectada em paralelo a uma bobina de indutância decompensação formada na superfície oposta do substratode silício.

4. - Gradiômetro, de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizado pelo fato de que a estrutura depelícula fina inclui uma outra bobina indutora de com-pensação fixa separada em relação à segunda bobina poruma camada de isolamento e conectada em paralelo à se-gunda bobina para conduzir quaisquer correntes Amplaspara impedir estas correntes de fluírem para o disposi-tivo SQUID.