RU2327193C2 - Device to determine horizontal gradient of 2nd-order pull of gravity - Google Patents
Device to determine horizontal gradient of 2nd-order pull of gravity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2327193C2 RU2327193C2 SU4821350/28A SU4821350A RU2327193C2 RU 2327193 C2 RU2327193 C2 RU 2327193C2 SU 4821350/28 A SU4821350/28 A SU 4821350/28A SU 4821350 A SU4821350 A SU 4821350A RU 2327193 C2 RU2327193 C2 RU 2327193C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gravity
- horizontal gradient
- disk
- diameter
- order
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к геофизическому приборостроению, а именно к устройствам для измерения высших производных потенциала υ силы тяжестиThe invention relates to geophysical instrumentation, and in particular to devices for measuring higher derivatives of the potential υ gravity
и and
Эти производные также называют вторыми горизонтальными градиентами силы тяжести или третьими производными потенциала силы тяжести и обозначают соответственно в виде υzxx, υzyy, υzxy.These derivatives are also called the second horizontal gradients of gravity or the third derivatives of the potential of gravity and are denoted as υ zxx , υ zyy , υ zxy, respectively .
Приборы для измерения величинMeasuring Instruments
и and
гравитационного поля: вариометры и градиентометры обычно состоят из трех соосных частей: верхняя - собственно прибор, включающий крутильную систему, средняя - вращающееся устройство для перевода прибора из азимута в азимут и нижняя - неподвижное основание (Миронов В.С. Курс гравиразведки. - Л.: Недра. - 1980. - С.274). Ввиду сложности конструирования устройств для измерения вторых горизонтальных градиентов силы тяжести в производственных условиях они не используются.gravitational field: variometers and gradiometers usually consist of three coaxial parts: the upper one is the device itself, which includes the torsion system, the middle one is the rotating device for transferring the device from azimuth to azimuth and the lower one is the fixed base (V. Mironov Gravity prospecting course. - L. : Subsoil. - 1980. - P.274). Due to the complexity of designing devices for measuring second horizontal gradients of gravity in an industrial environment, they are not used.
При обработке материалов геофизических наблюдений, например, полученных при помощи гравиметра, эти величины получают путем численного дифференцирования. Однако вычислительная процедура является неустойчивой операцией и может приводить к резкому накоплению ошибок, а результаты будут зависимыми. Кроме того, требуется достаточно плотная сеть и высокая точность измерений силы тяжести.When processing materials from geophysical observations, for example, obtained using a gravimeter, these values are obtained by numerical differentiation. However, the computational procedure is an unstable operation and can lead to a sharp accumulation of errors, and the results will be dependent. In addition, a sufficiently dense network and high accuracy of gravity measurements are required.
Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство, снабженное двумя крутильными системами для измерения горизонтального градиента силы тяжести, разнесенными по горизонтали на такое расстояние, которое позволяет исключить их взаимное гравитационное влияние (Балабушевич И.А. Высшие производные потенциала силы тяжести и возможности их использования в геологической гравиметрии. - Киев: Из-во АН УССР. - 1983. - С.259).Closest to the proposed device is a device equipped with two torsion systems for measuring the horizontal gradient of gravity, spaced horizontally at such a distance that eliminates their mutual gravitational influence (Balabushevich I.A. Higher derivatives of the potential of gravity and the possibility of their use in geological Gravimetry. - Kiev: From the Academy of Sciences of the Ukrainian SSR. - 1983. - P.259).
ПроизводныеDerivatives
и and
получают путем деления величины приращения градиентов силы тяжести на расстояние - базу между точками подвеса двух крутильных систем.obtained by dividing the magnitude of the increment of the gravity gradients by the distance - the base between the suspension points of two torsion systems.
Недостатком известного устройства является необходимость в использовании двух идентичных крутильных систем. Кроме того, нужно исключить их взаимное влияние, что требует увеличения размеров устройства.A disadvantage of the known device is the need to use two identical torsion systems. In addition, it is necessary to exclude their mutual influence, which requires an increase in the size of the device.
Цель изобретения - упрощение конструкции устройства и повышение точности измерения горизонтального градиента силы тяжести второго порядка.The purpose of the invention is to simplify the design of the device and improve the accuracy of measuring the horizontal gradient of the gravity of the second order.
Указанная цель достигается тем, что средняя часть устройства для определения горизонтального градиента силы тяжести второго порядка выполнена в виде вращающегося диска, на краю которого размещено гнездо для удержания корпуса с одной крутильной системой, причем диаметр диска больше относительно диаметра корпуса. Съемный корпус кроме крутильной системы содержит оптическую, осветительную, измерительную и другие, а также иные системы, обеспечивающие выполнение наблюдений на пункте. Смену азимута крутильной системы осуществляют либо путем соответствующего поворота корпуса, либо его перестановки, для чего используют специальные штифты.This goal is achieved by the fact that the middle part of the device for determining the horizontal gradient of gravity of the second order is made in the form of a rotating disk, on the edge of which there is a slot for holding the body with one torsion system, and the diameter of the disk is larger relative to the diameter of the body. The removable housing, in addition to the torsion system, contains optical, lighting, measuring and others, as well as other systems that ensure the performance of observations at the point. The azimuth of the torsion system is changed either by the corresponding rotation of the housing or its rearrangement, for which special pins are used.
Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод о том, что заявляемое устройство для определения высших производных потенциала силы тяжести отличается тем, что средняя его часть выполнена в виде вращающегося диска, на краю которого размещено гнездо для удержания корпуса с одной крутильной системой, причем диаметр диска больше относительно диаметра корпуса. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "новизна".Comparative analysis with the prototype allows us to conclude that the claimed device for determining the highest derivatives of the potential of gravity differs in that its middle part is made in the form of a rotating disk, on the edge of which there is a socket for holding the body with one torsion system, and the diameter of the disk is larger relative to the diameter of the housing. Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "novelty."
В результате проведенных патентно-информационных исследований не обнаружены технические решения со сходными существенными отличительными признаками в заявляемом устройстве для определения высших производных потенциала силы тяжести. Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".As a result of the patent information research, no technical solutions were found with similar significant distinguishing features in the inventive device for determining higher derivatives of the potential of gravity. Therefore, the proposed technical solution meets the criterion of "significant differences".
Предлагаемая конструкция устройства состоит из одной крутильной системы, кроме того, за счет осреднения значений повышается точность, т.к. определяемые высшие производные потенциала силы тяжести зависят от горизонтальных координат двух вершин. Именно конструкция устройства позволяет применяемую технологию измерений и граф обработки рассматривать как процедуру фильтрации типа сглаживания. Фильтрация является двумерным преобразованием. Она включает осреднение на треугольном полигоне (низкочастотная фильтрация) и вычисление конечных разностей (высокочастотная фильтрация).The proposed design of the device consists of one torsion system, in addition, due to the averaging of values, the accuracy increases, because the determined higher derivatives of the potential of gravity depend on the horizontal coordinates of two vertices. It is the design of the device that allows the applied measurement technology and the processing graph to be considered as a filtering type of smoothing. Filtering is a two-dimensional transformation. It includes averaging at a triangular polygon (low-pass filtering) and calculation of finite differences (high-pass filtering).
Таким образом, достигается цель изобретения - упрощение конструкции и повышение точности измерения горизонтального градиента силы тяжести второго порядка.Thus, the goal of the invention is achieved - simplifying the design and improving the accuracy of measuring the horizontal gradient of gravity of the second order.
Следовательно, можно сделать вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию "положительный эффект".Therefore, we can conclude that the proposed invention meets the criterion of "positive effect".
На фиг.1 схематически изображена конструкция устройства. Устройство имеет неподвижное основание - подставку 1, вращающийся диск 2, причем диаметр диска в 2-3 раза превышает диаметр самого устройства, гнездо 3 для удержания корпуса 4 с крутильной системой, треногу 5. На верхней поверхности вращающегося диска 2 выполнены метки 6 через -120°, а также может быть нанесена градусная шкала. Вращающийся диск 2 при помощи стопорных приспособлений (на чертеже не показаны) фиксируют в одном из трех положений.Figure 1 schematically shows the design of the device. The device has a fixed base - stand 1, rotating disk 2, and the diameter of the disk is 2-3 times the diameter of the device itself,
Основные параметры устройства, в первую очередь диска, рассчитывают следующим образом. Второй горизонтальный градиент силы тяжести и градиент силы тяжести, соответственно и связаны соотношениемThe main parameters of the device, primarily the disk, are calculated as follows. The second horizontal gradient of gravity and the gradient of gravity, respectively and are related by
где υzl(2) и υzl(1) - величины (модуль) горизонтального градиента силы тяжести; - расстояние (база) между точками 1 и 2.where υ zl (2) and υ zl (1) are the magnitudes (modulus) of the horizontal gradient of gravity; - distance (base) between points 1 and 2.
Дифференцируя формулу (2) и заменяя дифференциалы абсолютными предельными ошибками, получимDifferentiating formula (2) and replacing the differentials with absolute limit errors, we obtain
где - ошибка определения второго горизонтального градиента силы тяжести; - ошибка измерения приращения горизонтального градиента силы тяжести; - ошибка измерения длины базы Where - error in determining the second horizontal gradient of gravity; - error in measuring the increment of the horizontal gradient of gravity; - error measuring the length of the base
Чувствительность устройства для измерения теоретически можно обеспечить на уровне 1·10-12 ед. СГС (Маловичко А.К., Тарунина О.Л. Использование высших производных при обработке и интерпретации результатов геофизических наблюдений. - М.: Недра, 1981. - C.101-102). Практически достаточно иметь чувствительность на порядок ниже, т.е. 1·10-11 ед. СГС. При этом будут обнаруживаться плотностные неоднородности в виде массы 5÷10 кг вблизи устройства.Sensitivity of the measuring device theoretically, it is possible to provide at the level of 1 · 10 -12 units. GHS (Malovichko AK, Tarunina OL. The use of higher derivatives in the processing and interpretation of the results of geophysical observations. - M .: Nedra, 1981. - C.101-102). It is practically enough to have a sensitivity an order of magnitude lower, i.e. 1 · 10 -11 units GHS. In this case, density inhomogeneities in the form of a mass of 5 ÷ 10 kg near the device will be detected.
Полагая максимальную чувствительность градиентометра, равной 1·10-9 ед. СГС, на основании формулы (2) получимAssuming the maximum sensitivity of the gradiometer is 1 · 10 -9 units. GHS, on the basis of formula (2) we get
Этой расчетной величиной обосновывается диаметр вращающегося диска. Исходя из размеров известных приборов: гравитационных вариометров Е-60, Z-40, S-20 и градиентометра ГРБМ-2, диаметр вращающегося диска будет в 2÷3 раза превышать диаметр этих приборов, что составляет один из отличительных признаков предлагаемого устройства.This calculated value justifies the diameter of the rotating disk. Based on the sizes of the known devices: gravity variometers E-60, Z-40, S-20 and gradiometer GRBM-2, the diameter of the rotating disk will be 2 ÷ 3 times the diameter of these devices, which is one of the distinguishing features of the proposed device.
Учитывая, что при геологоразведочных работах величина редко превышает значение 100·10-9 ед. СГС и принимая и по формуле (3) получимGiven that during exploration work, the value rarely exceeds the value of 100 · 10 -9 units GHS and taking and by the formula (3) we get
Таким образом, диаметр вращающегося диска имеет размер порядка 1 м. В зависимости от содержания решаемой задачи и необходимой точности наблюдений целесообразно использовать сменные диски разного диаметра.Thus, the diameter of the rotating disk has a size of the order of 1 m. Depending on the content of the problem being solved and the necessary accuracy of observations, it is advisable to use interchangeable disks of different diameters.
На основе измерений с предлагаемым устройством высшие производные потенциала силы тяжести в системе координат, начало которой совмещено с центром диска, изображенной на фиг.2, вычисляют по следующим формулам.Based on measurements with the proposed device, the higher derivatives of the potential of gravity in the coordinate system, the beginning of which is combined with the center of the disk depicted in figure 2, is calculated by the following formulas.
ИмеемWe have
где х1; у1; х2; y2; х3; у3 - координаты вершин треугольника на диске, причем ось y направлена на север, ось х - на восток; υzx, υzy - значения градиентов - модули, полученные при трех положениях диска.where x 1 ; at 1 ; x 2 ; y 2 ; x 3 ; 3 - the coordinates of the vertices of a triangle on the disk, with the y axis pointing north, the x axis east; υ zx , υ zy - values of gradients - modules obtained at three positions of the disk.
Полный второй горизонтальный градиент силы тяжести вычисляют по формулеThe full second horizontal gradient of gravity is calculated by the formula
Азимут υzss находят из соотношения:The azimuth of υ zss is found from the ratio:
При этом угол θ отсчитывается по направлениям от оси у: вправо - положительный, влево - отрицательный.In this case, the angle θ is measured in directions from the y axis: to the right - positive, to the left - negative.
Возможность получения величины так называемого второго смешанного градиента силы тяжести, является новым свойством, реализуемым при помощи предлагаемого устройства. Эта величина, получаемая из двух серий наблюдений, во-первых, может служить для контроля и, во-вторых, расширяет возможности геологической гравиметрии.The possibility of obtaining a value the so-called second mixed gradient of gravity is a new property implemented using the proposed device. This value, obtained from two series of observations, firstly, can serve as a control and, secondly, expands the possibilities of geological gravimetry.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Устанавливают устройство на пункте наблюдения, например на земной поверхности, и при помощи уровней (на чертеже уровни не показаны) приводят вращающийся диск в горизонтальное положение. Затем закрепляют верхнюю часть устройства - корпус - в гнезде для его удержания и ориентируют вращающийся диск по одной из меток в направлении на север по астрономическому меридиану. При помощи стопорного приспособления фиксируют диск относительно основания и выполняют измерения с прибором в этом положении. Далее поворачивают диск на 120° и выполняют измерения: затем снова вращают диск на 120° и выполняют измерения υzx и υzy. Для контроля целесообразно произвести повторное измерение при первоначальном, ориентированном на север, положении диска.Install the device at the observation point, for example on the earth's surface, and using the levels (not shown in the drawing), rotate the disk in a horizontal position. Then fix the upper part of the device - the body - in the slot for holding it and orient the rotating disk along one of the marks in the north direction along the astronomical meridian. Using the locking device, the disk is fixed relative to the base and measurements are taken with the device in this position. Next, turn the disk 120 ° and perform measurements: then rotate the disk again 120 ° and perform measurements υ zx and υ zy . For control, it is advisable to re-measure at the initial, north-oriented position of the disk.
Обработку измерений производят в соответствии с формулами (4)-(9). При этом приращения по горизонтальным осям координат для диска будут постоянными величинами.Measurement processing is carried out in accordance with formulas (4) - (9). In this case, the increments along the horizontal coordinate axes for the disk will be constant.
Благодаря применению вращающегося диска в процессе наблюдения на пункте участвуют три точки измерения - вершины равностороннего треугольника, находящиеся на одном горизонтальном уровне. Это позволяет исключить проведение дополнительных топографогеодезических работ, как это требуют полевые дифференциальные системы наблюдений в геофизике (Кашик А.С. Информационная достаточность дифференциальных систем наблюдений в геофизике//Изв. вузов Геол. и разведка. - 1986. - 12. - С.152-153).Thanks to the use of a rotating disk in the observation process at the point, three measurement points are involved - the vertices of an equilateral triangle located at the same horizontal level. This eliminates the need for additional topographic and geodetic work, as required by field differential observation systems in geophysics (Kashik A.S. Informational sufficiency of differential observation systems in geophysics // Izv. Universities Geol. And exploration. - 1986. - 12. - P.152 -153).
Предлагаемое устройство предназначено для изучения плотностных неоднородностей малых размеров и слабой интенсивности при относительно небольших глубинах от нескольких до десятков и сотен метров.The proposed device is designed to study density inhomogeneities of small size and low intensity at relatively shallow depths from several to tens and hundreds of meters.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4821350/28A RU2327193C2 (en) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | Device to determine horizontal gradient of 2nd-order pull of gravity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4821350/28A RU2327193C2 (en) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | Device to determine horizontal gradient of 2nd-order pull of gravity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2327193C2 true RU2327193C2 (en) | 2008-06-20 |
Family
ID=39637567
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4821350/28A RU2327193C2 (en) | 1990-03-19 | 1990-03-19 | Device to determine horizontal gradient of 2nd-order pull of gravity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2327193C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109471189A (en) * | 2018-10-18 | 2019-03-15 | 吉林大学 | A kind of nonlinear measurement platform of gravity gradient |
-
1990
- 1990-03-19 RU SU4821350/28A patent/RU2327193C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Миронов B.C. Курс гравиразведки. - Л.: Недра, 1980 с.274. Балабушевич И.А. Высшие производные потенциала силы тяжести и возможности их использования в геологической гравиметрии. - Киев: Изд-во АН УССР, 1983, с.259. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109471189A (en) * | 2018-10-18 | 2019-03-15 | 吉林大学 | A kind of nonlinear measurement platform of gravity gradient |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Barthelmes | Definition of functionals of the geopotential and their calculation from spherical harmonic models: theory and formulas used by the calculation service of the International Centre for Global Earth Models (ICGEM), http://icgem. gfz-potsdam. de | |
US9645267B2 (en) | Triaxial accelerometer assembly and in-situ calibration method for improved geodetic and seismic measurements | |
Telford et al. | Applied geophysics | |
Rummel et al. | Spectral analysis of the full gravity tensor | |
AU2003245762A1 (en) | System and method for surveying underground density distributions | |
Jekeli | Airborne gradiometry error analysis | |
CN107861150B (en) | Wave detector gesture recognition method based on relative rotation between AHRS and wave detector | |
CN113885098A (en) | Gravity sensor low-frequency response error online modeling and compensating method | |
CN109633541A (en) | A kind of magnetic source positioning device and source localization method | |
RU2327193C2 (en) | Device to determine horizontal gradient of 2nd-order pull of gravity | |
Pang et al. | A new misalignment calibration method of portable geomagnetic field vector measurement system | |
CN109901239B (en) | Method and system for measuring formation density | |
CN112649889A (en) | Six-component seismic data and absolute gravity measuring instrument and measuring method | |
Rudd et al. | Commercial operation of a SQUID-based airborne magnetic gradiometer | |
Karshakov et al. | Promising aircraft navigation systems with use of physical fields: Stationary magnetic field gradient, gravity gradient, alternating magnetic field | |
CN108254796A (en) | A kind of optimization method of scalar magnetometer array baseline | |
Zhu et al. | A least squares method based on quaternions to derive absolute orientation of geophones with AHRS | |
RU2767153C1 (en) | Method for marine gravimetric survey and apparatus for implementation thereof | |
CN109870733B (en) | Land exploration data measuring device and exploration data processing method | |
Guo et al. | Modeling and analysis of gravity and gravity gradient based on terrain anomaly | |
Alammareen | Groundwater Exploration in Karst Examples for Shallow Aquifers Using Microgravity Technique in Paderborn-Germany and the Reconnaissance of Deep Aquifers in Catchment of Barada Spring-Syria | |
US4217699A (en) | Terrestrial magnetism responsive device and method for using north or south seeking magnets in both north and south headings | |
Lin | High-Precision Calibration Method of Inclinometer for Coal Mine Based on Improved Ellipsoid Fitting | |
Kalinnikov et al. | Investigation of variable gravitational gradients and specific features of the microseismic background with a torsion balance | |
Lévêque | Geomagnetic Survey |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080320 |