RU154804U1 - DEVICE FOR SCANNING GRAVITY AND WAVE FIELDS - Google Patents

DEVICE FOR SCANNING GRAVITY AND WAVE FIELDS Download PDF

Info

Publication number
RU154804U1
RU154804U1 RU2015107438/28U RU2015107438U RU154804U1 RU 154804 U1 RU154804 U1 RU 154804U1 RU 2015107438/28 U RU2015107438/28 U RU 2015107438/28U RU 2015107438 U RU2015107438 U RU 2015107438U RU 154804 U1 RU154804 U1 RU 154804U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gravimeter
values
sensitivity
sensor
measurement
Prior art date
Application number
RU2015107438/28U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Николаевич Феоктистов
Сергей Владимирович Тамилин
Максим Александрович Загинайло
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Геосфера"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Геосфера" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Геосфера"
Priority to RU2015107438/28U priority Critical patent/RU154804U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU154804U1 publication Critical patent/RU154804U1/en

Links

Abstract

Автоматический гравиметр, содержащий корпус, в котором установлены: термостатируемый блок с датчиком, состоящим из трех измерителей ускорения, выполненных в виде акселерометров, оси чувствительности которых расположены ортогонально; батареи питания, вычислительная и навигационная системы, разъемы для подключения внешних устройств, системы связи и интерфейс пользователя, отличающийся тем, что основание гравиметра выполнено с возможностью изменения в пространстве положения плоскости основания гравиметра изменением высоты его опор электроприводами, управляемыми вычислительной системой гравиметра по данным текущих измерений значения ускорений и задаваемым значениям направлений для автоматического изменения направлений векторов чувствительности датчика при сканировании гравитационного поля в точке измерения, а также дополнительно установлены датчики компаса, выполненные с возможностью определения направления и установки векторов чувствительности акселерометров датчика в пространстве, и датчик давления, выполненный с возможностью учета влияния атмосферы на измеренные значения.An automatic gravimeter comprising a housing in which are installed: a thermostatically controlled unit with a sensor consisting of three acceleration meters made in the form of accelerometers whose sensitivity axes are located orthogonally; power batteries, computing and navigation systems, connectors for connecting external devices, communication systems and a user interface, characterized in that the base of the gravimeter is configured to change the position of the plane of the base of the gravimeter in space by changing the height of its supports with electric drives controlled by the gravimeter’s computing system according to current measurements values of accelerations and preset values of directions for automatically changing the directions of the sensitivity vector of the sensor when ska the gravitational field at the point of measurement, and also installed compass sensors made with the possibility of determining the direction and installation of the sensitivity vectors of the accelerometers of the sensor in space, and a pressure sensor configured to take into account the influence of the atmosphere on the measured values.

Description

Полезная модель относится к геофизической технике, а именно к устройствам, используемым для измерения параметров гравитационного и волнового полей.The utility model relates to geophysical engineering, namely to devices used to measure the parameters of gravitational and wave fields.

Устройства, реализующие описанные выше измерения, называются гравиметрами. Во всех гравиметрах имеются датчики измерения ускорения силы тяжести, устройства для компенсации воздействия силы тяжести, компенсаторы температуры, система регистрации, установочные устройства, изоляционные устройства (от внешних воздействий температуры, давления, магнитного и электрического полей).Devices that implement the measurements described above are called gravimeters. All gravimeters have gravity acceleration sensors, devices to compensate for the effects of gravity, temperature compensators, a registration system, installation devices, isolation devices (from external effects of temperature, pressure, magnetic and electric fields).

К общим недостаткам известных гравиметров следует отнести сложность устройств и вычислений, невозможность автоматического сканирования гравитационного поля с программированием параметров сканирования гравитационного поля исследуемого пространства.The common disadvantages of known gravimeters include the complexity of devices and calculations, the inability to automatically scan the gravitational field with programming the scanning parameters of the gravitational field of the space under study.

Из уровня техники известна блок-схема устройства [1], соответствующая блок-схеме современных гравиметров. Блок-схема устройства содержит датчик измерения ускорений, состоящий из трех ортогонально расположенных акселерометров, систему определения направления горизонтальных осей чувствительности датчика в пространстве (Compass), систему определения координат точки измерения (GPS), вычислительный блок, блок хранения данных, систему связи и батарейного питания. Блок схема разработана для использования акселерометров, изготовленных по MEMS технологии, которые по некоторым параметрам, в частности простоте изготовления, размерам, надежности и стоимости значительно превосходят используемые в современной гравиметрии акселерометры, содержащие упругие компенсационные системы, систему подвесов, струны, маятники или электролит. По уровню шумов современные MEMS акселерометры достигают значения 2-3 мкГал/√Гц (в ближайшей перспективе 0.4 мкГал/√Гц), этот же параметр системы современного гравиметрического комплекса gPhoneX Micro-g LaCoste имеет значение шумов системы 0,75 мкГал/√Гц. По конструкции некоторые типы MEMS акселерометров ничем не отличаются от датчиков, используемых в гравиметрии, они имеют пробную массу, систему подвесов, компенсации и преобразователей перемещения пробной массы в электрический сигнал, но имеют значительные преимущества технологий микроэлектроники, а размеры пробной массы и конструкции подвесов обеспечивают меньшую конусность вектора измерения, что имеет большое значение при измерении векторных значений гравитационного поля.The prior art block diagram of the device [1], the corresponding block diagram of modern gravimeters. The block diagram of the device contains an acceleration measuring sensor consisting of three orthogonally located accelerometers, a system for determining the direction of the horizontal axes of the sensor sensitivity in space (Compass), a system for determining the coordinates of the measuring point (GPS), a computing unit, a data storage unit, a communication system and battery power . The block diagram is designed for the use of accelerometers made according to MEMS technology, which in some parameters, in particular ease of manufacture, dimensions, reliability and cost significantly exceed the accelerometers used in modern gravimetry containing elastic compensation systems, a suspension system, strings, pendulums or electrolyte. In terms of noise, modern MEMS accelerometers reach 2-3 μGal / √Hz (in the near future 0.4 μGal / √Hz), the same parameter of the system of the modern gravimetric complex gPhoneX Micro-g LaCoste has a system noise value of 0.75 μGal / √Hz. By design, some types of MEMS accelerometers are no different from the sensors used in gravimetry, they have test mass, a suspension system, compensations and converters of moving the test mass into an electrical signal, but they have significant advantages of microelectronics technologies, and the dimensions of the test mass and suspension design provide a smaller taper of the measurement vector, which is of great importance when measuring the vector values of the gravitational field.

В технической литературе периодически появляются сообщения о использовании MEMS акселерометров (вследствие их простоты изготовления, надежности и дешевизны) для создания глобальной системы получения высокоточных развернутых изображений земных глубин, на основе которых будут приниматься решения о перспективности и коммерческой жизнеспособности вновь открытых месторождений, а так же будет осуществляться контроль за состоянием месторождений, уже находящихся в эксплуатации.In the technical literature, reports periodically appear about the use of MEMS accelerometers (due to their simplicity of manufacture, reliability and low cost) to create a global system for obtaining high-precision detailed images of the Earth’s depths, on the basis of which decisions will be made about the prospects and commercial viability of newly discovered fields, as well as monitor the status of fields already in operation.

При использовании в гравиметрии ортогонально расположенных акселерометров, изготовленных по MEMS технологии не описываются устройства с автоматизированной системой установки углов векторов чувствительности датчиков относительно отвесной линии по вычисленным значениями ускорений и значениям, задаваемых условиями решения геологической задачи, и для определения значения вектора и углов максимального значения ускорения силы тяжести [2].When using orthogonally located accelerometers made in accordance with MEMS technology in gravimetry, devices with an automated system for setting the angles of sensitivity vectors of sensors relative to a vertical line are not described using calculated values of accelerations and values specified by the solution of the geological problem, and to determine the value of the vector and angles of the maximum force acceleration severity [2].

Известны устройства для автоматической установки оси чувствительности гравиметра в вертикаль, используемые при измерениях в труднодоступных местах [3], [5], или на движущихся объектах [5]. На движущихся объектах для установки гравиметров в вертикаль в основном используются гиростабилизированные платформы [6].Known devices for automatically setting the axis of sensitivity of the gravimeter in the vertical, used in measurements in hard-to-reach places [3], [5], or on moving objects [5]. On moving objects, gyro-stabilized platforms are mainly used for installing gravimeters in a vertical [6].

Известны способ и устройство для выставки в вертикаль оси гравиметра [7]. Способ заключается в том, что проводят серию бросков пробного тела при различных наклонах гравиметра, в каждом броске определяют ускорение свободного падения, находят минимальное значение ускорения в серии бросков и соответствующий ему наклон платформы, при этом наклоне фиксируют платформу, а для реализации способа предлагается платформа, акселерометры и двигатели.A known method and device for exhibiting in the vertical axis of the gravimeter [7]. The method consists in the fact that a series of throws of the test body is carried out at different inclinations of the gravimeter, the acceleration of gravity is determined in each throw, the minimum value of acceleration in the series of throws and the corresponding tilt of the platform are found, while the tilt is fixed to the platform, and a platform is proposed for implementing the method, accelerometers and engines.

Известны телеуправляемые гравиметры [8], содержащие корпус с чувствительной системой, включающей рычаг и нити подвеса чувствительного элемента, датчик вертикали (например, двухкоординатный электролитический уровень), измеритель вертикали, систему телеуправления, жилы кабеля. При измерениях в исходном положении чувствительного элемента не менее двух раз дополнительно измеряют угол наклона корпуса с чувствительной системой и по результатам измерений рассчитывают поправку, которую вводят в величину компенсирующей силы при вычислении ускорения силы тяжести.Known telecontrolled gravimeters [8], containing a housing with a sensitive system, including a lever and suspension threads of the sensing element, a vertical sensor (for example, two-coordinate electrolytic level), a vertical meter, a telecontrol system, cable conductors. When measuring in the initial position of the sensing element at least two times, the angle of inclination of the housing with the sensitive system is additionally measured and the correction is calculated from the measurements, which is introduced into the value of the compensating force when calculating the acceleration of gravity.

Наиболее близким по технической сущности, к заявленному устройству, является способ и устройство для определения параметров гравитационного и волнового полей [9] принятый за прототип. В известном устройстве установлено три электролитических датчика по взаимно перпендикулярным осям координат, для определения угловых координат объекта относительно гравитационного поля. При полевых или скважинных измерениях производится запись сигналов трехкомпонентным блоком датчиков, пропорциональных воздействию силы, от суммарного ускорения гравитационного и волнового полей во времени и производятся вычисления значений гравитационного поля с применением низкочастотного фильтра, усреднением данных за промежуток времени, с учетом поправок и погрешности от угла наклона вертикальной оси устройства. Устройство обеспечивает измерение сигналов по взаимно перпендикулярным векторам чувствительности трех датчиков измерителя и позволяет определять параметры гравитационного и волнового полей, угловые координаты объекта и ускорения его движения.The closest in technical essence to the claimed device is a method and device for determining the parameters of gravitational and wave fields [9] adopted as a prototype. In the known device, three electrolytic sensors are installed along mutually perpendicular coordinate axes to determine the angular coordinates of the object relative to the gravitational field. During field or borehole measurements, signals are recorded by a three-component block of sensors proportional to the force from the total acceleration of the gravitational and wave fields in time and the values of the gravitational field are calculated using a low-pass filter, averaging data over a period of time, taking into account corrections and errors from the angle of inclination vertical axis of the device. The device provides measurement of signals from mutually perpendicular sensitivity vectors of the three sensors of the meter and allows you to determine the parameters of the gravitational and wave fields, the angular coordinates of the object and its acceleration.

Недостатком известного устройства является отсутствие в устройстве системы измерения и задания в пространстве направления векторов чувствительности горизонтальных акселерометров (и для определения направления ускорений при движении), поэтому известное устройство используется для определения угловых координат самого устройства относительно гравитационного поля. При построении пространственной модели гравитационного поля исследуемого участка и других измерениях, необходимо измерение и установка единого направления осей чувствительности горизонтальных датчиков во всех точках измерения значений гравитационного поля. Другим существенным недостатком известного способа и устройства является отсутствие автоматизированной системы обратной связи между вычисленными значениями ускорений и углами наклона векторов чувствительности датчиков относительно отвесной линии, задаваемых условиями решения геологической задачи и для определения углов вектора максимального значения ускорения силы тяжести.A disadvantage of the known device is the absence in the device of a measurement system and setting in the direction space of the sensitivity vectors of horizontal accelerometers (and for determining the direction of accelerations during movement), therefore, the known device is used to determine the angular coordinates of the device relative to the gravitational field. When constructing a spatial model of the gravitational field of the studied area and other measurements, it is necessary to measure and install a single direction of the sensitivity axes of horizontal sensors at all points of measurement of the values of the gravitational field. Another significant drawback of the known method and device is the lack of an automated feedback system between the calculated values of the accelerations and the angles of inclination of the sensitivity vectors of the sensors relative to the plumb line, specified by the solution of the geological problem and to determine the angles of the vector of the maximum value of the acceleration of gravity.

Общим недостатком известных устройств установки гравиметра является невозможность сканирования гравиметром гравитационного поля по заданным векторам, работа известных систем установки направлена только на измерение значений для поправок за угол уклонения отвесной линии с целью повышения точности гравиметрических измерений. Известные системы не имеют технической возможности для автоматического сканирования гравитационного поля измерением значений программно задаваемых направлений векторов гравитационного поля, определяемых геологической задачей, вычисляемых и устанавливаемых автоматически относительно нужных координат или отвесной линии и направлений сторон в режиме реального времени из измеренных значений ускорения по изменяемым векторам осей чувствительности устройства.A common disadvantage of the known gravimeter installation devices is the impossibility of the gravimeter to scan the gravitational field with the given vectors, the work of the known installation systems is aimed only at measuring values for corrections for the angle of deviation of the vertical line in order to increase the accuracy of gravimetric measurements. Known systems do not have the technical ability to automatically scan the gravitational field by measuring the values of programmable directions of the gravitational field vectors determined by the geological task, calculated and set automatically relative to the desired coordinates or vertical line and directions of the sides in real time from the measured acceleration values along the variable vectors of the sensitivity axes devices.

Технический результат - автоматическое получение значений гравитационного и волновых полей в геометрии исследуемого пространства, для построения трехмерной геологической модели из автоматически измеряемых и вычисляемых параметров гравитационного и волновых полей.EFFECT: automatic obtaining of gravitational and wave field values in the geometry of the space under study, for constructing a three-dimensional geological model from automatically measured and calculated parameters of the gravitational and wave fields.

Для достижения этого технического результата используется автоматический гравиметр, содержащий корпус в котором установлены: термостатируемый блок с датчиком, состоящим из трех измерителей ускорения, выполненных в виде акселерометров, оси чувствительности которых расположены ортогонально, батареи питания, вычислительная и навигационная системы, разъемы для подключения внешних устройств, системы связи и интерфейс пользователя, отличающийся тем, что основание гравиметра выполнено с возможностью изменения в пространстве положения плоскости основания гравиметра, изменением высоты его опор электроприводами управляемыми вычислительной системой гравиметра по данным текущих измерений значения ускорений и задаваемым значениям направлений для автоматического изменения направлений векторов чувствительности датчика при сканировании гравитационного поля в точке измерения, а также установлены датчики компаса, выполненные с возможностью определения направления и установки векторов чувствительности акселерометров датчика в пространстве и датчик давления, выполненный с возможностью учета влияния атмосферы на измеренные значения. С целью сокращения времени измерений при сканировании датчик устройства, состоящий из трех измерителей ускорения выполненных в виде акселерометров оси чувствительности которых расположены ортогонально, может быть дополнен измерителями ускорения, оси чувствительности которых расположены по заданным углам в плоскостях векторов чувствительности двух из ортогонально установленных измерителей ускорения.To achieve this technical result, an automatic gravimeter is used, containing a housing in which are installed: a thermostatically controlled unit with a sensor consisting of three acceleration meters made in the form of accelerometers whose sensitivity axes are located orthogonally, power batteries, computing and navigation systems, connectors for connecting external devices , communication systems and user interface, characterized in that the base of the gravimeter is made with the possibility of changing in space the position of the pl the base of the gravimeter, by changing the height of its supports with electric drives controlled by the gravimeter computing system according to the current measurements of the acceleration value and the set direction values for automatically changing the direction of the sensor sensitivity vectors when scanning the gravitational field at the measurement point, as well as compass sensors configured to determine the direction and setting the sensitivity vectors of the accelerometer sensor in space and the pressure sensor, made with the possibility of taking into account the influence of the atmosphere on the measured values. In order to reduce the measurement time during scanning, the sensor of the device, consisting of three acceleration meters made in the form of accelerometers, whose sensitivity axes are located orthogonally, can be supplemented by acceleration meters, whose sensitivity axes are located at given angles in the planes of the sensitivity vectors of two of the orthogonally mounted acceleration meters.

Более того, преимущества настоящей полезной модели будут понятны специалисту в данной области техники из последующего подробного описания.Moreover, the advantages of the present utility model will be apparent to those skilled in the art from the following detailed description.

В заявленной полезной модели у трех расположенных ортогонально акселерометров, вектора чувствительности автоматически перенаправляются для измерения значений ускорения гравитационного поля в точках исследуемого пространства по условиям геологической задачи. При измерении в точке пространства, устройством измеряются значения ускорения по трем векторам гравитационного поля: Gx, Gy, Gz. Эти значения записываются в файл измерения и используются для вычисления двух углов уклонения векторов измерения, в зависимости от геологической задачи могущих совпадать с ортогонально расположенными векторами осей чувствительности акселерометров.In the claimed utility model for three orthogonal accelerometers located, sensitivity vectors are automatically redirected to measure the acceleration of the gravitational field at points in the space under study according to the conditions of the geological problem. When measured at a point in space, the device measures the acceleration values from three vectors of the gravitational field: Gx, Gy, Gz. These values are recorded in the measurement file and used to calculate two angles of deviation of the measurement vectors, depending on the geological problem, which can coincide with the orthogonally located vectors of the sensitivity axes of the accelerometers.

Угол наклона зенитный для вектора вертикальной оси измерения (угол уклонения отвесной линии) α вычисляется в градусах по формуле:The zenith angle for the vector of the vertical axis of measurement (angle of deviation of the vertical line) α is calculated in degrees by the formula:

α=57.295779×arccos(Gz/√(Gx+Gy+Gz))α = 57.295779 × arccos (Gz / √ (Gx + Gy + Gz))

где Gx, Gy, Gz - значения ускорения, измеренные по осям X, Y, Z векторов чувствительности ортогонально установленных датчиков ускорения, в мкГал (см/с).where Gx, Gy, Gz are the acceleration values measured along the axes X, Y, Z of the sensitivity vectors of orthogonally mounted acceleration sensors, in µGal (cm / s).

Значение азимутального угла наклона Р (направления в горизонтальной плоскости угла уклонения отвесной линии) вычисляется с учетом нужного направления осей чувствительности горизонтальных акселерометров и направления возрастания значений угла относительно направления вращения осей чувствительности в горизонтальной плоскости, определяемого решением геологической задачи. Оси устройства могут устанавливаться в любом направлении относительно сторон света, для этого измеряется, индицируется и записывается в файл измерения и память прибора значение магнитного азимута оси X, которое может быть проверено перемещением устройства в пространстве для определения направления сторон по данным системы навигации.The azimuthal angle of inclination P (the direction in the horizontal plane of the angle of deviation of the vertical line) is calculated taking into account the desired direction of the sensitivity axes of the horizontal accelerometers and the direction of increase of the angle relative to the direction of rotation of the sensitivity axes in the horizontal plane, determined by the solution of the geological problem. The axes of the device can be installed in any direction relative to the cardinal points; for this, the value of the magnetic azimuth of the X axis, which can be checked by moving the device in space to determine the direction of the sides according to the navigation system, is measured, displayed and recorded in the device’s file and memory.

Если при измерениях нужное приращение угла направлено против хода часовой стрелки, нулевое значение β совпадает с осью Y устройства (линия точек измерения у параллельных профилей), а оси X соответствует значение 90° (направление профиля), то вычисление азимутального угла наклона β в градусах производится по формулам: β=βi+57.295779×arctan(Gx/Gy)If during measurements the desired angle increment is directed counterclockwise, the zero value β coincides with the Y axis of the device (the line of measurement points for parallel profiles), and the X axis corresponds to a value of 90 ° (profile direction), then the azimuthal inclination angle β in degrees is calculated by the formulas: β = βi + 57.295779 × arctan (Gx / Gy)

где Gx, Gy - значения ускорения, измеренные по осям чувствительности ортогонально установленных датчиков ускорения горизонтальной плоскости, векторов X, Y в мкГал (см/с);where Gx, Gy are the acceleration values measured along the sensitivity axes of the orthogonally mounted acceleration sensors of the horizontal plane, X, Y vectors in µGal (cm / s);

βi - учитывает в значении азимутального угла наклона направление (±) векторов Gx и Gy.βi - takes into account the direction (±) of the vectors Gx and Gy in the value of the azimuthal angle of inclination.

βi=0° при Gx>0; Gy>0βi = 0 ° for Gx> 0; Gy> 0

βi=180° при Gx>0; Gy<0βi = 180 ° for Gx> 0; Gy <0

βi=180° при Gx<0; Gy<0βi = 180 ° at Gx <0; Gy <0

βi=360° при Gx<0; Gy>0βi = 360 ° at Gx <0; Gy> 0

Если при сканировании гравитационного поля и построении моделей нужно использовать пространственную ориентацию осей устройства относительно сторон света, то значения азимутального угла уклонения β вычисляются от 0° до 360° с возрастанием по ходу часовой стрелки, направлению оси X устанавливается 0° азимутального угла уклонения (направление профиля), а направлению оси Y значение 90° (линия точек измерения у параллельных профилей):If, when scanning the gravitational field and building models, it is necessary to use the spatial orientation of the device axes relative to the cardinal points, then the values of the azimuthal angle of deviation β are calculated from 0 ° to 360 ° with increasing clockwise, the direction of the X axis is set to 0 ° of the azimuthal angle of deviation (profile direction ), and the direction of the Y axis is 90 ° (the line of measurement points for parallel profiles):

β=βi+57.295779×arctan(Gy/Gx)β = βi + 57.295779 × arctan (Gy / Gx)

где Gy, Gx - значения ускорения, измеренные по осям чувствительности ортогонально установленных датчиков ускорения горизонтальной плоскости, векторов Y, X в мкГал (см/с);where Gy, Gx are the acceleration values measured along the sensitivity axes of the orthogonally mounted acceleration sensors of the horizontal plane, vectors Y, X in µGal (cm / s);

βi - учитывает значение направления (±) векторов Gy и Gx в значении азимутального угла наклона.βi - takes into account the direction value (±) of the vectors Gy and Gx in the value of the azimuthal angle of inclination.

βi=0° при Gx>0; Gy>0βi = 0 ° for Gx> 0; Gy> 0

βi=180° при Gx<0; Gy>0βi = 180 ° at Gx <0; Gy> 0

βi=180° при Gx<0; Gy<0βi = 180 ° at Gx <0; Gy <0

βi=360° при Gx>0; Gy<0βi = 360 ° for Gx> 0; Gy <0

При необходимости, направление осей и нулевое значение для отсчета азимутального угла легко меняются программно, для этого измеряется, индицируется и записывается в файл измерения на точке и память прибора значение магнитного азимута оси X. Значения азимутального угла и угла уклонения отвесной линии на точке измерения определяются условиями геометрии векторов измерения значений ускорения при решении геологической задачи.If necessary, the direction of the axes and the zero value for reading the azimuthal angle can easily be changed programmatically, for this the value of the X-axis magnetic azimuth is measured, displayed and recorded in the measurement file on the device’s memory and the memory. The values of the azimuthal angle and the angle of deviation of the vertical line at the measurement point are determined by the conditions geometry of vectors for measuring acceleration values when solving a geological problem.

Система установки углов сканирования управляет электроприводом наклона горизонтальной плоскости устройства и автоматически производит наклон осей прибора (при необходимости без изменения направления осей по профилю или сторонам света, или заданию), по измеренным значениям ускорений отслеживая необходимое изменение значений ускорений и углов (обратная связь) до значений, программно задаваемых условиями решения геологической задачи или для определения значений и углов вектора максимального ускорения силы тяжести, или значений нормали для построения двумерной и трехмерной модели участка.The system of setting scan angles controls the electric tilt of the horizontal plane of the device and automatically tilts the axes of the device (if necessary, without changing the direction of the axes along the profile or the cardinal points, or the task), using the measured values of accelerations, monitors the necessary change in the values of accelerations and angles (feedback) to the values programmed by the conditions for solving the geological problem or to determine the values and angles of the vector of maximum acceleration of gravity, or the norm and to construct a two-dimensional and three-dimensional model of the site.

Впервые, на основе разработанного устройства, достигнуто одновременное, геометрически взаимосвязанное измерение значений ускорения векторов гравитационного поля для всех точек участка, что позволяет производить построение трехмерной геологической модели участка из измеренных значений разнонаправленных (горизонтальных и вертикальных) векторов ускорения и расстояний решением системы уравнений из взаимосвязанных значений, а не вычислением производных силы тяжести из значений вертикальных векторов для редуцирования поля в гравиметрическом моделировании объектов в трехмерном пространстве.For the first time, on the basis of the developed device, a simultaneous, geometrically interconnected measurement of the acceleration values of the gravitational field vectors for all points of the plot has been achieved, which allows the construction of a three-dimensional geological model of the plot from the measured values of multidirectional (horizontal and vertical) acceleration vectors and distances by solving a system of equations from interrelated values and not by calculating the derivatives of gravity from the values of the vertical vectors for reducing the field in the gravimetric matic modeling of objects in three-dimensional space.

Предложенное устройство реализует следующий алгоритм работы, для решения геологической задачи или построения трехмерной геологической модели участка:The proposed device implements the following algorithm of work, for solving a geological problem or building a three-dimensional geological model of the site:

1. Программирование устройства с интерфейса персонального компьютера перед началом работы на профилях: установка параметров измерения в соответствии с задачей и необходимой точностью; задание координат точек измерения в соответствии с разработанным маршрутом по профилям и параметров измерения на каждой точке; программирование автоматически устанавливаемых значений углов векторов чувствительности датчиков для измерения значений ускорения в соответствии с размерами сети и решаемой задачей; установка количества необходимых измерений, установка диагностических и сервисных параметров для текущих сообщений оператору о превышении допустимых задачей пределов отклонения от установленных значений измерения (координаты, азимут, перемещение опор, ветер и пр.) Интерфейс устройства позволяет проводить все программирование прибора оператором без использования внешнего компьютера.1. Programming the device from the interface of a personal computer before starting work on profiles: setting measurement parameters in accordance with the task and the necessary accuracy; setting coordinates of measurement points in accordance with the developed route along profiles and measurement parameters at each point; programming automatically set values of the angles of the sensitivity vectors of the sensors for measuring acceleration values in accordance with the network size and the task to be solved; setting the number of required measurements, setting diagnostic and service parameters for current messages to the operator about exceeding the deviation limits allowed by the task from the set measurement values (coordinates, azimuth, movement of supports, wind, etc.) The device interface allows the operator to carry out all programming of the device without using an external computer.

2. Транспортировка прибора оператором на точки согласованного маршрута (точки и маршрут автоматически проверяются прибором), установка на подходящем для измерения основании и нажатии кнопки «Пуск». После проведения измерений и проверок качества измерений прибор выдает сигнал о перемещении его на следующую точку, где цикл измерения повторяется в соответствии с заданием.2. Transportation of the device by the operator to the points of the agreed route (points and the route are automatically checked by the device), installation on a suitable base for measurement and pressing the "Start" button. After taking measurements and checking the quality of measurements, the device gives a signal of its movement to the next point, where the measurement cycle is repeated in accordance with the task.

После установки прибора на точке измерения производится установка вектора чувствительности оси X по встроенному электронному компасу.After installing the device at the measuring point, the sensitivity vector of the X axis is set using the built-in electronic compass.

Автоматически производится измерение и запись в файл измерения значений координат, магнитного азимута, высоты, температуры, времени и давления для текущего измерения. Нажатием кнопки «Пуск» включается цикл всех измерений по заданной перед работой программе. Автоматически производится вычисление значения ускорения силы тяжести по осям чувствительности датчиков, вычисление зенитного и азимутального углов гравитационного поля для определения начальной установки прибора. Производится определение и автоматическая установка векторов чувствительности горизонтальных датчиков в касательной плоскости в точке измерения, измерение значения ускорения для вектора, перпендикулярного касательной плоскости (нормаль). Автоматически производится наклон устройства (относительно касательной плоскости или отвесной линии) на заданные углы (зенитные и азимутальные) для измерения значения векторов, обычно в направлении других точек измерения. Углы (и необходимое количество углов) наклона осей для измерений устанавливаются при программировании в зависимости от расположения точек сети, для квадратной или прямоугольной сети азимутальные углы уклонения обычно устанавливаются кратными 90°.The measurement and writing to the measurement file of coordinates, magnetic azimuth, altitude, temperature, time and pressure for the current measurement is automatically performed. By pressing the “Start” button, a cycle of all measurements is started according to the program set before work. Automatically calculates the value of the acceleration of gravity along the sensitivity axes of the sensors, calculates the zenith and azimuthal angles of the gravitational field to determine the initial installation of the device. The sensitivity vectors of horizontal sensors are determined and automatically set in a tangent plane at the measurement point, and the acceleration value is measured for a vector perpendicular to the tangent plane (normal). The device is automatically tilted (relative to the tangent plane or vertical line) to the given angles (anti-aircraft and azimuthal) to measure the value of the vectors, usually in the direction of other measurement points. The angles (and the required number of angles) of the axis tilt for measurements are set during programming depending on the location of the network points; for a square or rectangular network, azimuthal deviation angles are usually set to multiples of 90 °.

Если запрограммировано задачей, включается система управления наклоном осей для поиска и измерения максимального значения ускорения силы тяжести в точке по оси Z. Все измеренные значения (ускорения и углы) и параметры работы записываются в память прибора отдельным файлом измерения на точке, содержащим необработанные и обработанные по алгоритмам расчетов результаты измерений с поправками и могут быть переписаны на персональный компьютер или на сменный носитель, или считаны на интерфейсе прибора. По данным измерений производится построение двумерной или трехмерной модели участкаIf the task is programmed, the axis tilt control system is turned on to search and measure the maximum value of the acceleration of gravity at a point along the Z axis. All measured values (accelerations and angles) and operation parameters are recorded in the device memory in a separate measurement file at a point containing unprocessed and processed calculation algorithms, the measurement results are adjusted and can be transferred to a personal computer or removable media, or read on the device interface. According to the measurement data, a two-dimensional or three-dimensional model of the site is constructed

Измерения обычно проводят по системе профилей, проложенных в соответствии с геологическим или иным заданием. При этом профили располагают параллельно на изучаемой площади для создания квадратной или прямоугольной сети. Расстояние между профилями (густота сети) и расстояние между рядовыми гравиметрическими пунктами по профилю рассчитывают исходя из требуемой точности и детальности съемки. При измерении на точке ось X обычно устанавливается в направлении движения профиля, а ось Y устанавливается в плоскости точек измерения на параллельных профилях. Дополнительно в центре исследуемого участка, в точке пересечения диагоналей участка создается опорный пункт для контроля смещения нульпункта приборов при измерениях на точках и для проверки внутренней сходимости измерений. На опорном пункте также устанавливается один прибор для непрерывной записи текущих значений измерений во время работы других приборов на профилях, в остальном технология проведения работ не отличается от известной гравиметрии.Measurements are usually carried out according to a system of profiles laid in accordance with a geological or other task. In this case, the profiles are placed in parallel on the studied area to create a square or rectangular network. The distance between the profiles (network density) and the distance between ordinary gravimetric points along the profile are calculated based on the required accuracy and detail of the survey. When measuring at a point, the X axis is usually set in the direction of profile movement, and the Y axis is set in the plane of the measurement points on parallel profiles. Additionally, in the center of the investigated area, at the intersection of the diagonals of the area, a reference point is created to control the displacement of the instrument null point when measuring at points and to check the internal convergence of the measurements. At the reference point, one device is also installed for continuous recording of current measurement values during the operation of other devices on profiles, otherwise the technology of the work is no different from the known gravimetry.

По данным высот точек измерения, направлений, углов и расстояний строится геометрическая модель векторов измерений гравитационного поля участка, соответствующая измеренным значениям ускорений векторов гравитационного поля. Решением системы уравнений, данные измерений преобразуются в массив значений единичных объемов масс, по которому строится трехмерная модель распределения плотностей геологических объектов исследуемого участка.Based on the data of the heights of the measurement points, directions, angles and distances, a geometric model of the measurement vectors of the gravitational field of the section is constructed, corresponding to the measured values of the accelerations of the gravitational field vectors. By solving the system of equations, the measurement data are converted into an array of values of unit mass volumes, from which a three-dimensional model of the density distribution of geological objects of the studied area is built.

Используемые источники:Used sources:

1. Устройство и способ для определения параметров гравитационного и волнового полей, RU 2260199 C2, опубл. 10.09.2005.1. Device and method for determining the parameters of the gravitational and wave fields, RU 2260199 C2, publ. 09/10/2005.

2. «MEMS Applications in Seismology Seismic Instrumentation Technology Symposium». Nov 11, 2009 стр. 29.2. "MEMS Applications in Seismology Seismic Instrumentation Technology Symposium." Nov 11, 2009 p. 29.

3. «Компании HP и Shell разрабатывают систему беспроводных датчиков для разведки полезных ископаемых и изучения земных недр», описание расположено на сайте Интернет: http://www.computerweekly.com/3. "HP and Shell are developing a system of wireless sensors for mineral exploration and the study of the bowels of the earth," the description is located on the Internet: http://www.computerweekly.com/

4. Электромеханический привод гравиметра в вертикаль, SU 1144070 A1.4. The electromechanical drive of the gravimeter in the vertical, SU 1144070 A1.

5. Скважинный прибор гравитационной разведки и способ гравитационной разведки скважины, RU 2178575 C2.5. Downhole gravity exploration device and method of gravity well exploration, RU 2178575 C2.

6. Способ формирования сигнала управления положением оси чувствительности гравиметра, установленного на летательном аппарате, при его дистанционной выставке по линии отвеса, RU 2221990 C2.6. The method of generating a control signal for the position of the axis of sensitivity of the gravimeter mounted on the aircraft, with its remote exhibition along the plumb line, RU 2221990 C2.

7. Система коррекции гиростабилизатора морского гравиметра, RU 2282147 C1.7. Correction system gyro stabilizer marine gravimeter, RU 2282147 C1.

8. Способ выставки в вертикаль лазерного луча баллистического гравиметра и гравиметр для его осуществления, RU 2522116.8. The method of exhibiting in a vertical laser beam a ballistic gravimeter and a gravimeter for its implementation, RU 2522116.

9. Способ измерения ускорения силы тяжести телеуправляемым гравиметром, SU 1166042.9. A method of measuring the acceleration of gravity by a telecontrolled gravimeter, SU 1166042.

Claims (1)

Автоматический гравиметр, содержащий корпус, в котором установлены: термостатируемый блок с датчиком, состоящим из трех измерителей ускорения, выполненных в виде акселерометров, оси чувствительности которых расположены ортогонально; батареи питания, вычислительная и навигационная системы, разъемы для подключения внешних устройств, системы связи и интерфейс пользователя, отличающийся тем, что основание гравиметра выполнено с возможностью изменения в пространстве положения плоскости основания гравиметра изменением высоты его опор электроприводами, управляемыми вычислительной системой гравиметра по данным текущих измерений значения ускорений и задаваемым значениям направлений для автоматического изменения направлений векторов чувствительности датчика при сканировании гравитационного поля в точке измерения, а также дополнительно установлены датчики компаса, выполненные с возможностью определения направления и установки векторов чувствительности акселерометров датчика в пространстве, и датчик давления, выполненный с возможностью учета влияния атмосферы на измеренные значения. An automatic gravimeter comprising a housing in which are installed: a thermostatically controlled unit with a sensor consisting of three acceleration meters made in the form of accelerometers whose sensitivity axes are located orthogonally; power batteries, computing and navigation systems, connectors for connecting external devices, communication systems and a user interface, characterized in that the base of the gravimeter is configured to change the position of the plane of the base of the gravimeter in space by changing the height of its supports with electric drives controlled by the gravimeter’s computing system according to current measurements values of accelerations and preset values of directions for automatically changing the directions of the sensitivity vector of the sensor when ska the gravitational field at the point of measurement, and also installed compass sensors made with the possibility of determining the direction and installation of the sensitivity vectors of the accelerometers of the sensor in space, and a pressure sensor configured to take into account the influence of the atmosphere on the measured values.
RU2015107438/28U 2015-03-04 2015-03-04 DEVICE FOR SCANNING GRAVITY AND WAVE FIELDS RU154804U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107438/28U RU154804U1 (en) 2015-03-04 2015-03-04 DEVICE FOR SCANNING GRAVITY AND WAVE FIELDS

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015107438/28U RU154804U1 (en) 2015-03-04 2015-03-04 DEVICE FOR SCANNING GRAVITY AND WAVE FIELDS

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU154804U1 true RU154804U1 (en) 2015-09-10

Family

ID=54073968

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015107438/28U RU154804U1 (en) 2015-03-04 2015-03-04 DEVICE FOR SCANNING GRAVITY AND WAVE FIELDS

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU154804U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663273C2 (en) * 2016-05-23 2018-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Геосфера" Method of gravitational field scanner calibration

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2663273C2 (en) * 2016-05-23 2018-08-03 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное объединение Геосфера" Method of gravitational field scanner calibration

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9645267B2 (en) Triaxial accelerometer assembly and in-situ calibration method for improved geodetic and seismic measurements
CA2212676C (en) Apparatus and method for measuring gravity
CN110017812B (en) Measuring device and method for vertical line deviation, gravitational acceleration and gravity gradient
CN107132587B (en) The full tensor magnetic gradient measurements system mounting error calibration method of aviation superconduction and device
Zaitsev et al. Precession azimuth sensing with low-noise molecular electronics angular sensors
US10310132B2 (en) Absolute vector gravimeter and methods of measuring an absolute gravity vector
RU2488849C1 (en) Borehole three-component digital accelerometer
Emel’yantsev et al. Calibration of a precision SINS IMU and construction of IMU-bound orthogonal frame
RU154804U1 (en) DEVICE FOR SCANNING GRAVITY AND WAVE FIELDS
CN112649889A (en) Six-component seismic data and absolute gravity measuring instrument and measuring method
CN104111063B (en) A kind of Wireless 3 D obliquity sensor based on magnetic field and detection method thereof
RU2433262C1 (en) Method of gps-based (versions) azimuth well directivity control and checking inclination apparatus for implementation of method of gps-based azimuth well directivity control
CN109901239A (en) The measurement method and system of density of earth formations
CN209606630U (en) Three-component gravimeter and three-component gravimetric prospecting data collection system
RU2767153C1 (en) Method for marine gravimetric survey and apparatus for implementation thereof
RU2507392C1 (en) Method for zenith angle and drift direction determination and gyroscopic inclinometer
RU2668954C1 (en) Measuring unit for gravitational gradiometer
Berzhitsky et al. GT-1A inertial gravimeter system: results of flight tests
Koneshov et al. Methods for determining deflections of the vertical on a moving base
Taimazov A nonpendular gravitational variometer
Guo et al. Modeling and analysis of gravity and gravity gradient based on terrain anomaly
RU2538424C2 (en) Gravitational-magnetic-seismic system (versions)
RU2504803C2 (en) Device and method for measurement of gravitational acceleration
RU2784859C1 (en) Method for platform-free orientation of moving objects
RU2544262C2 (en) Method to measure acceleration of free fall on movable object

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20160305