RU2619132C1 - Gyro-stabilised quartz gravimeter and calibration method thereof - Google Patents

Gyro-stabilised quartz gravimeter and calibration method thereof Download PDF

Info

Publication number
RU2619132C1
RU2619132C1 RU2015153641A RU2015153641A RU2619132C1 RU 2619132 C1 RU2619132 C1 RU 2619132C1 RU 2015153641 A RU2015153641 A RU 2015153641A RU 2015153641 A RU2015153641 A RU 2015153641A RU 2619132 C1 RU2619132 C1 RU 2619132C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gravimeter
gyro
platform
axis
mgal
Prior art date
Application number
RU2015153641A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Антон Алексеевич Краснов
Александр Вячеславович Соколов
Леон Соломонович Элинсон
Original Assignee
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО)
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 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО) filed Critical федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики" (Университет ИТМО)
Priority to RU2015153641A priority Critical patent/RU2619132C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2619132C1 publication Critical patent/RU2619132C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V7/00—Measuring gravitational fields or waves; Gravimetric prospecting or detecting
    • G01V7/02—Details

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: physics, measurement technology.
SUBSTANCE: invention relates to measurement technology and can be used in devices for measuring gravity and calibration methods thereof. The gravimeter comprises a gravimetric sensor in the form of a torsional dual quartz elastic system with horizontal pendulums, immersed in a damping liquid, and a photoelectric converter arranged in a biaxial gyro-platform, on the axes of which there are angle sensors and torque motors, wherein inputs of the torque motors are connected to outputs of amplifiers of stabilisation servo systems, wherein two gyroscopes and two accelerometers are mounted on the gyro-platform, which includes analogue-to-digital converters, adders, an operating mode switch, a gyro-platform tilt angle setting unit and an accelerometer zero offset setting unit. Two electronic level gauges can be installed on the housing of the gravimetric sensor, one of which is oriented along the axis of the pendulums and the other along the axis of rotation of the pendulums. Calibration of the gravimeter is based on measurement of gravimeter readings while varying the tilt angle of the gravimeter. The gyro-platform is switched to electrical arresting mode, wherein the position of the gyro-platform relative to the horizontal is set based on signals from the angle sensors installed on the axes of the gyro-platform, and adjustments are made to the amplifier of the servo system on the roll axis to tilt the gyro-platform by angles corresponding to the change in gravitational acceleration to 4 gal with increment of 500 mgal, each time recording gravimeter readings, after which coefficients of the calibration curve of the gravimeter are calculated from an equation system of the type: b(m-m0)+a(m-m0)2=g(cosθ-1), where b is the scaling factor of the gravimeter, mgal/pix, a is the coefficient of the quadratic term of the calibration curve, mgal/pix2, g is gravity at the point of calibration, mgal.
EFFECT: invention increases measurement accuracy.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к геофизике, в частности к устройствам для измерения силы тяжести и способам его калибровки.The invention relates to geophysics, in particular to devices for measuring gravity and methods for calibrating it.

Известно устройство для измерения силы тяжести (патент РФ №2198414, МПК G01V 7/00, G01V 7/02, дата приоритета 03.04.2002 г., дата публикации 02.10.2002 г.), содержащее корпус, заполненный демпфирующей жидкостью, двойную кварцевую упругую систему крутильного типа с горизонтальными маятниками и укрепленными на них зеркалами и фотоэлектрический преобразователь, включающий в себя источник излучения, объектив, автоколлимационную марку, установленную в фокальной плоскости объектива, и фотоэлектрический приемник, который выполнен в виде двух приборов с зарядовой связью (ПЗС) линейного типа, развернутых друг относительно друга на 180°. Управляющие входы ПЗС подключены к единому формирователю управляющих сигналов, а выходные регистры через видеотракт подключены к аналого-цифровым преобразователям, соединенным с блоками вычислений, выходы которых через устройство интерфейса и оптронную развязку подключены к передатчику последовательного канала, при этом измерение силы тяжести, основанное на измерении угла поворота маятников, осуществляется в импульсном режиме по приходу синхроимпульса от внешнего источника. Недостатком известного устройства является достижение высокой точности только при незначительном изменении температуры окружающей среды в пределах ±0,5°C. Такие стабильные внешние условия трудно обеспечить при выполнении аэрогравиметрической съемки с самолетов, особенно в условиях Арктики, что является в настоящее время наиболее актуальной задачей.A device for measuring gravity is known (RF patent No. 2198414, IPC G01V 7/00, G01V 7/02, priority date 04/03/2002, publication date 02/10/2002), containing a housing filled with a damping fluid, double quartz elastic a torsion-type system with horizontal pendulums and mirrors mounted on them, and a photoelectric converter including a radiation source, a lens, a self-collimation mark mounted in the focal plane of the lens, and a photoelectric receiver, which is made in the form of two devices with a charge yazyu (CCD) linear type deployed with respect to each other by 180 °. The control inputs of the CCD are connected to a single driver of control signals, and the output registers are connected via a video path to analog-to-digital converters connected to calculation units, the outputs of which are connected to the transmitter of the serial channel through an interface device and optocoupler isolation, while the measurement of gravity based on the measurement the angle of rotation of the pendulums is carried out in a pulsed mode upon arrival of the clock from an external source. A disadvantage of the known device is the achievement of high accuracy only with a slight change in ambient temperature within ± 0.5 ° C. Such stable external conditions are difficult to ensure when performing airborne gravity surveys from aircraft, especially in the Arctic, which is currently the most urgent task.

Известен способ эталонирования гравиметров наклоном (Романюк В.А. и др. Эталонирование гравиметров с горизонтальной крутильной нитью методом наклона. М.: Наука, 1979, гл. 2, с. 12-64), заключающийся в том, что выполняются отсчеты гравиметра при изменении момента силы тяжести путем наклона прибора в гравитационном поле Земли и вычисляются коэффициенты градуировочной характеристики гравиметра из системы алгебраических уравнений. Недостатком указанного способа является то, что он требует очень тщательной юстировки устройства для эталонирования и гравиметра на нем. При эталонировании гравиметра с двойной упругой системой крутильного типа это принципиально недостижимо, так как оси вращения двух маятников практически никогда не бывают параллельными и, следовательно, их нельзя отъюстировать необходимым образом одновременно.There is a method of standardizing gravimeters with tilt (Romanyuk V.A. et al. Standardizing gravimeters with horizontal torsional filament by the tilt method. M: Nauka, 1979, Ch. 2, p. 12-64), which consists in the fact that gravimeter readings are performed at changing the moment of gravity by tilting the device in the Earth's gravitational field and calculating the coefficients of the calibration characteristics of the gravimeter from a system of algebraic equations. The disadvantage of this method is that it requires very careful alignment of the device for standardization and the gravimeter on it. When standardizing a gravimeter with a double torsion-type elastic system, this is fundamentally unattainable, since the rotation axes of two pendulums are almost never parallel and, therefore, they cannot be aligned as necessary at the same time.

Наиболее близким по технической сущности и принятым за прототип является устройство измерения силы тяжести (патент РФ №2377611, МПК G01V 7/00, дата приоритета 22.04.2008 г., опубликовано 27.12.2009 г.), содержащее двойную кварцевую упругую систему крутильного типа с горизонтальными маятниками и укрепленными на них зеркалами, которая помещена в корпус, наполненный демпфирующей жидкостью и фотоэлектрический преобразователь, включающий в себя источник излучения, объектив, автоколлимационную марку, установленную в фокальной плоскости объектива, и фотоэлектрический приемник, размещенный в сопряженной фокальной плоскости объектива, при этом в качестве фотоэлектрического приемника применяется специализированная мегапиксельная ТВ-камера на КМОП-структуре, выход которой подключен к USB-порту персональной электронно-вычислительной машины (ПЭВМ), а вход подключен к блоку синхронизации, который соединен также с источником излучения. Фотоэлектрический преобразователь закреплен на корпусе упругой системы с возможностью его поворота вокруг оптической оси. Упругая система вместе с фотоэлектрическим преобразователем помещена в корпус термостата, на боковых стенках которого прикреплены полупроводниковые модули с радиаторами, при этом модули последовательно соединены в цепь, подключенную к выходу платы управления термостатом, вход которой соединен с образцовым терморезистором, встроенным в корпус термостата, в нижней части основания термостата установлен вентилятор, в самом основании размещены полости для прокачки воздуха через радиаторы с помощью вентилятора, а корпус термостата жестко закреплен на основании через теплоизолирующую плиту и закрыт теплоизолирующим материалом. Для удержания оси чувствительности гравиметра в направлении местной вертикали при измерениях ускорения силы тяжести на борту подвижных объектов изобретение устанавливается в двухосную гироплатформу. Недостатком указанного устройства для измерения силы тяжести является отсутствие возможности автоматического контроля положения оси чувствительности гравиметра в процессе эксплуатации. При этом отклонение оси чувствительности гравиметра от вертикального положения на подвижном объекте определяется погрешностями его гироплатформы, обусловленными как инструментальными погрешностями ее чувствительных элементов - акселерометров и гироскопов, так и динамическими возмущениями, возникающими при движении носителя, и может достигать 3-5 угловых минут. Погрешность измерения ускорения силы тяжести при этом может достигать десятков миллигал (1 мГал = 10-5 м/с2).The closest in technical essence and adopted for the prototype is a device for measuring gravity (RF patent No. 2377611, IPC G01V 7/00, priority date 04/22/2008, published 12/27/2009), containing a double quartz elastic system of torsion type with horizontal pendulums and mirrors mounted on them, which is placed in a housing filled with a damping fluid and a photoelectric converter, including a radiation source, a lens, a self-collimating mark mounted in the focal plane of the lens, and photoelectric cells a receiver located in the conjugate focal plane of the lens, while a specialized megapixel TV camera on a CMOS structure is used as a photoelectric receiver, the output of which is connected to the USB port of a personal electronic computer (PC), and the input is connected to the synchronization unit, which is also connected to a radiation source. The photoelectric converter is mounted on the body of the elastic system with the possibility of its rotation around the optical axis. The elastic system together with the photoelectric converter is placed in the thermostat housing, on the side walls of which are attached semiconductor modules with radiators, while the modules are connected in series to a circuit connected to the output of the thermostat control board, the input of which is connected to an exemplary thermistor built into the thermostat housing, in the lower part of the base of the thermostat has a fan installed, in the base itself there are cavities for pumping air through radiators with a fan, and the thermostat housing is rigid fixed to the basis via a heat insulating plate and a heat insulating material is closed. To hold the axis of sensitivity of the gravimeter in the direction of the local vertical when measuring the acceleration of gravity on board moving objects, the invention is installed in a biaxial gyro platform. The disadvantage of this device for measuring gravity is the inability to automatically control the position of the axis of the sensitivity of the gravimeter during operation. In this case, the deviation of the axis of sensitivity of the gravimeter from the vertical position on the moving object is determined by the errors of its gyro platform, due to both instrumental errors of its sensitive elements - accelerometers and gyroscopes, and dynamic disturbances arising from the movement of the carrier, and can reach 3-5 angular minutes. The error in measuring the acceleration of gravity in this case can reach tens of milligals (1 mGal = 10 -5 m / s 2 ).

Наиболее близким к изобретению является способ определения коэффициентов градуировочной характеристики морского гравиметра с двойной упругой системой крутильного типа путем снятия отсчетов шкалы гравиметра при изменении момента силы тяжести, действующего на упругую систему (авторское свидетельство СССР №1092456, МПК G01V 7/06, дата приоритета 27.09.83, опубликовано 15.05.84). В гравиметр устанавливают два зеркала с заданным углом между ними, выполняют отсчет этого угла на шкале гравиметра и по нему вычисляют масштабный коэффициент квадратичного члена, а масштабный коэффициент линейного члена вычисляют по отсчетам гравиметра, полученным при изменении момента силы тяжести. Кроме того, изменение момента силы тяжести осуществляют наклоном прибора, а масштабный коэффициент линейного члена для каждого из маятников вычисляют из системы алгебраических уравнений. Недостатком указанного способа калибровки гравиметра является то, что необходимо выполнять перемещения прибора по пунктам с известными значениями силы тяжести, что увеличивает продолжительность процесса калибровки.Closest to the invention is a method for determining the calibration coefficients of a marine gravimeter with a double torsion-type elastic system by taking readings of the gravimeter scale when the moment of gravity acting on the elastic system changes (USSR author's certificate No. 1092456, IPC G01V 7/06, priority date 27.09. 83, published 05/15/84). Two mirrors are installed in the gravimeter with a given angle between them, the angle is counted on the gravimeter scale, and the quadratic term scale factor is calculated from it, and the linear term scale factor is calculated from the gravimeter readings obtained by changing the moment of gravity. In addition, the change in the moment of gravity is carried out by tilting the device, and the scale factor of the linear term for each of the pendulums is calculated from a system of algebraic equations. The disadvantage of this method of calibrating the gravimeter is that it is necessary to move the device at points with known values of gravity, which increases the duration of the calibration process.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности гиростабилизированного кварцевого гравиметра и сокращение продолжительности процесса его калибровки.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of the gyrostabilized quartz gravimeter and reduce the duration of the calibration process.

Сущность изобретения заключается в том, что гиростабилизированный гравиметр содержит гравиметрический датчик в виде двойной кварцевой упругой системы крутильного типа с горизонтальными маятниками, погруженной в демпфирующую жидкость, и фотоэлектрический преобразователь. На корпусе гравиметрического датчика установлены два электронных уровня, один из которых ориентирован вдоль оси маятников, другой - вдоль оси вращения маятников, при этом выходы электронных уровней подключены к блоку регистрации показаний электронных уровней, включенному в состав ПЭВМ. Гравиметрический датчик помещен в двухосную гироплатформу с установленными на ее осях датчиками угла и моментными двигателями, которые соединены с выходами усилителей следящих систем стабилизации. На гироплатформе установлены также два гироскопа и два акселерометра. Датчики угла прецессии гироскопов через АЦП соединены с переключателями режимов работы, которые соединены с входами усилителей следящих систем стабилизации. Акселерометры через цепь коррекции гироплатформы соединены с датчиками моментов гироскопов. В цепь коррекции включен блок смещения нуля акселерометров, установленный в ПЭВМ. Ось чувствительности гравиметрического датчика перпендикулярна плоскости платформы, ось маятников упругой системы совпадает с осью бортовой качки платформы, а выход фотоэлектрического преобразователя соединен с блоком регистрации данных гравиметра, установленным в ПЭВМ. В режиме гиростабилизации датчики угла прецессии гироскопов соединены с усилителями следящих систем стабилизации и электронные уровни показывают положение оси чувствительности гравиметра. В режиме калибровки гравиметра датчики угла прецессии гироскопов отсоединяются от усилителей следящих систем стабилизации и на входы усилителей через АЦП и сумматоры подключаются датчики угла, установленные на осях гироплатформы. Вторые входы сумматоров подключены к блоку задания углов наклона гироплатформы, введенному в состав ПЭВМ.The essence of the invention lies in the fact that the gyrostabilized gravimeter contains a gravimetric sensor in the form of a double quartz elastic system of torsion type with horizontal pendulums immersed in a damping fluid, and a photoelectric transducer. Two electronic levels are installed on the body of the gravimetric sensor, one of which is oriented along the axis of the pendulums, the other along the axis of rotation of the pendulums, while the outputs of the electronic levels are connected to the electronic level readings recording unit included in the PC. The gravimetric sensor is placed in a biaxial gyro platform with angle sensors and torque motors mounted on its axes, which are connected to the outputs of the amplifiers of the tracking stabilization systems. Two gyroscopes and two accelerometers are also installed on the gyro platform. The gyro precession angle sensors through the ADC are connected to operating mode switches, which are connected to the inputs of the amplifiers of the tracking stabilization systems. Accelerometers are connected through the gyro platform correction circuit to the moment sensors of gyroscopes. The correction circuit includes a zero offset block of accelerometers installed in the PC. The axis of sensitivity of the gravimetric sensor is perpendicular to the plane of the platform, the axis of the pendulums of the elastic system coincides with the axis of the side rolling of the platform, and the output of the photoelectric transducer is connected to the recording unit of the gravimeter data installed in the PC. In the gyrostabilization mode, the gyro precession angle sensors are connected to amplifiers of the stabilization tracking systems and electronic levels indicate the position of the sensitivity axis of the gravimeter. In the gravimeter calibration mode, the gyro precession angle sensors are disconnected from the amplifiers of the stabilization tracking systems, and the angle sensors mounted on the axes of the gyro platform are connected to the amplifier inputs through the ADC and adders. The second inputs of the adders are connected to the unit for setting the inclination angles of the gyro platform introduced into the PC.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен общий вид гравиметрического датчика в плоскости основного сечения, на фиг. 2 - структурная схема гиростабилизированного гравиметра (показана одна ось стабилизации).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a general view of the gravimetric sensor in the plane of the main section, in FIG. 2 is a structural diagram of a gyrostabilized gravimeter (one stabilization axis is shown).

Гравиметрический датчик (фиг. 1) содержит термостат, состоящий из нижнего корпуса 1 и верхнего корпуса 2, установленного через теплоизолирующее капролоновое кольцо 3 на основании 4, посредством которого гравиметрический датчик крепится в гироплатформе. В нижнем корпусе 1 установлена двойная кварцевая упругая система крутильного типа с горизонтальными маятниками, погруженными в демпфирующую жидкость 5. В верхнем корпусе 2 размещен фотоэлектрический преобразователь 6. На боковых стенках корпуса 1 установлены два электронных уровня 7, предназначенные для контроля положения оси чувствительности упругой системы в процессе эксплуатации гравиметра. На каждой из боковых стенок корпуса 1 установлено по два полупроводниковых модуля 8, работающих на эффекте Пельтье. Для отвода тепла с горячих спаев модулей служат радиаторы 9, через которые прокачивается воздух с помощью вентилятора 10, установленного в нижней части основания 4 гравиметрического датчика.The gravimetric sensor (Fig. 1) contains a thermostat, consisting of a lower housing 1 and an upper housing 2, mounted through a heat-insulating caprolon ring 3 on the base 4, through which the gravimetric sensor is mounted in a gyro platform. A torsion-type double quartz elastic system with horizontal pendulums immersed in damping fluid 5 is installed in the lower case 1. A photoelectric transducer 6 is placed in the upper case 2. Two electronic levels 7 are installed on the side walls of the case 1 to control the position of the sensitivity axis of the elastic system in the operation of the gravimeter. On each of the side walls of the housing 1 there are two semiconductor modules 8 operating on the Peltier effect. To remove heat from the hot junctions of the modules, radiators 9 are used, through which air is pumped by means of a fan 10 installed in the lower part of the base 4 of the gravimetric sensor.

Гиростабилизированный гравиметр (фиг. 2) содержит гравиметрический датчик 11, установленный на двухосную гироплатформу 12, и ПЭВМ 13. ПЭВМ 13 содержит блок регистрации данных гравиметра 14, блок регистрации показаний электронных уровней 15, блок задания углов наклона 16 и блок задания смещения нуля акселерометра 17. На гироплатформе 12 помимо гравиметрического датчика 11 размещены два гироскопа 18 и два акселерометра 19. Ось чувствительности гравиметрического датчика 11 перпендикулярна плоскости гироплатформы 12, а ось маятников упругой системы совпадает с осью бортовой качки гироплатформы 12. Фотоэлектрический преобразователь 6 гравиметрического датчика 11 подключен к блоку регистрации данных гравиметра 14. Электронные уровни 7 подключены к блоку регистрации показаний электронных уровней 15. На каждой из осей гироплатформы 12 установлены датчики угла 20 и моментные двигатели 21. Датчик угла 20 через аналого-цифровой преобразователь 22 и сумматор 23 соединен с одним из входных контактов переключателя режимов работы 24. Другой вход сумматора 23 подключен к блоку задания углов наклона 16. Ко второму контакту переключателя режимов работы 24 через аналого-цифровой преобразователь 25 подключен датчик угла прецессии гироскопа 18. Выходной контакт переключателя режимов работы 24 соединен с усилителем 26 следящей системы стабилизации, который соединен с моментным двигателем 21. Акселерометр 19 через блок коррекции гировертикали 27 и второй сумматор 28 соединен с датчиком момента гироскопа 18. Другой вход сумматора 28 подключен к блоку задания смещения нуля акселерометра 17. В режиме гиростабилизации сигнал с датчика угла прецессии гироскопа 18 через переключатель 24 подается на усилитель 26 следящей системы, управляющей моментным двигателем 21. Сигнал с датчика угла акселерометра 19 через блок коррекции гировертикали 27 поступает на датчик момента гироскопа 18, в результате чего гироплатформа 12 устанавливается в горизонтальное положение с некоторой погрешностью, что приводит к отклонению оси чувствительности гравиметрического датчика 11 от вертикали. Величина отклонения зависит от положения нуля акселерометра 19 и определяется по показаниям электронных уровней 7. Для компенсации этого отклонения с блока задания смещения нуля акселерометра 17 при необходимости вводят поправку на смещение нуля акселерометра так, чтобы показания электронных уровней были в заданных пределах. Затем посредством переключателя 24 гироплатформу 12 переводят в режим электрического арретирования, при котором на усилитель 26 следящей системы подается сигнал от датчика угла 20 и гироплатформа 12 принимает положение, определяемое величиной этого сигнала. В исходном состоянии сигнал с датчика угла 20 соответствует горизонтальному положению гироплатформы 12. При этом фиксируется начальное показание m0, пикс, гравиметра. Затем с блока задания углов наклона 16 через сумматор 23 последовательно вводят ряд поправок в усилитель следящей системы 26 по оси бортовой качки для наклона платформы на углы θ, равные 1°50'00ʺ; 2°30'00ʺ; 3°10'00ʺ; 3°40'00ʺ; 4°10'00ʺ; 4°30'00ʺ; 4°50'00ʺ; 5°10'00ʺ, 0°00'00ʺ, минус 1°50'00ʺ; минус 2°30'00ʺ; минус 3°10'00ʺ; минус 3°40'00ʺ; минус 4°10'00ʺ; минус 4°30'00ʺ; минус 4°50'00ʺ; минус 5°10'00ʺ, соответствующие изменению ускорения силы тяжести до 4 Гал с шагом 500 мГал, фиксируя каждый раз по завершении переходного процесса гравиметрического фильтра, обусловленного вводом поправок, показания m, пикс, гравиметра, после чего вычисляют коэффициенты градуировочной характеристики гравиметра из системы уравнений вида:The gyro-stabilized gravimeter (Fig. 2) contains a gravimetric sensor 11 mounted on a biaxial gyro platform 12, and a personal computer 13. The personal computer 13 contains a gravimeter data recording unit 14, electronic level readings recording unit 15, an inclination angle setting unit 16, and an accelerometer 17 setting a zero offset On the gyro platform 12, in addition to the gravimetric sensor 11, two gyroscopes 18 and two accelerometers 19 are located. The axis of sensitivity of the gravimetric sensor 11 is perpendicular to the plane of the gyro platform 12, and the axis of the pendulums of the elastic system coincides gives the gyro platform 12. The photovoltaic converter 6 of the gravimetric sensor 11 is connected to the data logger of the gravimeter 14. The electronic levels 7 are connected to the data logger of the electronic levels 15. Angle sensors 20 and torque motors 21 are installed on each axis of the gyro platform 12. Sensor angle 20 through an analog-to-digital Converter 22 and the adder 23 is connected to one of the input contacts of the mode switch 24. The other input of the adder 23 is connected to the block angles 16. the gyro precession angle sensor 18 is connected to the contact of the operating mode switch 24 through an analog-to-digital converter 25. The output contact of the operating mode switch 24 is connected to an amplifier 26 of the stabilization tracking system, which is connected to the torque motor 21. Accelerometer 19 through the gyro correction unit 27 and the second adder 28 is connected to the moment sensor of the gyroscope 18. The other input of the adder 28 is connected to the zero offset unit of the accelerometer 17. In the gyrostabilization mode, the signal from the gyro precession angle sensor 18 Through switch 24, it is fed to an amplifier 26 of the tracking system controlling the torque motor 21. The signal from the angle sensor of the accelerometer 19 through the gyro correction unit 27 is fed to the moment sensor of the gyroscope 18, as a result of which the gyro platform 12 is set to a horizontal position with some error, which leads to a deviation the sensitivity axis of the gravimetric sensor 11 from the vertical. The magnitude of the deviation depends on the zero position of the accelerometer 19 and is determined by the readings of electronic levels 7. To compensate for this deviation from the zero offset unit of the accelerometer 17, if necessary, a correction for the zero offset of the accelerometer is introduced so that the readings of the electronic levels are within the specified limits. Then, by means of the switch 24, the gyro platform 12 is transferred to the electric locking mode, in which a signal from the angle sensor 20 is supplied to the servo amplifier 26 and the gyro platform 12 takes a position determined by the magnitude of this signal. In the initial state, the signal from the angle sensor 20 corresponds to the horizontal position of the gyro platform 12. In this case, the initial reading m 0 , pix, of the gravimeter is fixed. Then, from the block for setting the angle of inclination 16, through the adder 23, a series of corrections are introduced sequentially into the amplifier of the servo system 26 along the pitching axis for tilting the platform by angles θ equal to 1 ° 50'00ʺ; 2 ° 30'00ʺ; 3 ° 10'00ʺ; 3 ° 40'00ʺ; 4 ° 10'00ʺ; 4 ° 30'00ʺ; 4 ° 50'00ʺ; 5 ° 10'00ʺ, 0 ° 00'00ʺ, minus 1 ° 50'00ʺ; minus 2 ° 30'00ʺ; minus 3 ° 10'00ʺ; minus 3 ° 40'00ʺ; minus 4 ° 10'00ʺ; minus 4 ° 30'00ʺ; minus 4 ° 50'00ʺ; minus 5 ° 10'00ʺ, corresponding to a change in the acceleration of gravity up to 4 Gal with a step of 500 mGal, fixing each time after the end of the transient process of the gravimetric filter, due to the introduction of corrections, readings m, pix, gravimeter, after which the coefficients of the calibration characteristic of the gravimeter from the system are calculated equations of the form:

b(m-m0)+a(m-m0)2=g(cosθ-1),b (mm 0 ) + a (mm 0 ) 2 = g (cosθ-1),

b - масштабный коэффициент гравиметра, мГал/пикс,b is the scale factor of the gravimeter, mGal / pixel,

a - коэффициент при квадратичном члене градуировочной характеристики, мГал/пикс2,a is the coefficient at the quadratic term of the calibration characteristic, mGal / pixel 2 ,

g - значение силы тяжести в месте калибровки, мГал.g is the value of gravity at the calibration site, mGal.

Проверка предложенного устройства и способа калибровки гравиметра была выполнена экспериментально. Было подтверждено, что предельная погрешность определения положения оси чувствительности гравиметра по показаниям электронных уровней не превышает 30 угловых секунд, что соответствует погрешности измерения гравиметра 0,04 мГал. Способ калибровки был проверен на 11-и образцах гравиметров. Относительная погрешность определения коэффициентов градуировочной характеристики гравиметров не превысила 0,05%, что соответствует предъявляемым требованиям. Продолжительность процесса калибровки одного гравиметра составила 8 ч, при использовании других способов продолжительность процесса калибровки составляла не менее 3 суток.Verification of the proposed device and method for calibrating the gravimeter was performed experimentally. It was confirmed that the limiting error in determining the position of the axis of sensitivity of the gravimeter according to the readings of electronic levels does not exceed 30 arc seconds, which corresponds to an error in measuring the gravimeter of 0.04 mGal. The calibration method was tested on 11 samples of gravimeters. The relative error in determining the coefficients of the calibration characteristics of gravimeters did not exceed 0.05%, which corresponds to the requirements. The duration of the calibration process for one gravimeter was 8 hours, while using other methods, the duration of the calibration process was at least 3 days.

Таким образом, заявляемое изобретение дает возможность повысить точность гиростабилизированного кварцевого гравиметра и позволяет сократить продолжительность калибровки гиростабилизированного кварцевого гравиметра за счет выполнения ее полевых условиях, что исключает необходимость демонтажа гравиметра с судна и доставки его в специализированную лабораторию.Thus, the claimed invention makes it possible to increase the accuracy of the gyrostabilized quartz gravimeter and reduces the calibration time of the gyrostabilized quartz gravimeter due to its field conditions, which eliminates the need to dismantle the gravimeter from the vessel and deliver it to a specialized laboratory.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект No14-29-00160).This work was supported by a grant from the Russian Science Foundation (project No. 14-29-00160).

Claims (7)

1. Гиростабилизированный кварцевый гравиметр, содержащий гравиметрический датчик в виде двойной кварцевой упругой системы крутильного типа с горизонтальными маятниками, погруженной в демпфирующую жидкость, и фотоэлектрический преобразователь, который расположен на двухосной гироплатформе, на осях которой установлены датчики угла и моментные двигатели, при этом входы моментных двигателей соединены с выходами усилителей следящих систем стабилизации, при этом на гироплатформе установлены также два гироскопа и два акселерометра, при этом ось чувствительности гравиметрического датчика перпендикулярна плоскости гироплатформы, а ось маятников упругой системы совпадает с осью бортовой качки гироплатформы, и выход фотоэлектрического преобразователя соединен с ПЭВМ через блок регистрации данных гравиметра, отличающийся тем, что введены аналого-цифровые преобразователи, два сумматора, переключатель режима работы, блок задания углов наклона гироплатформы и блок задания смещения нуля акселерометров, при этом каждый датчик угла через аналого-цифровой преобразователь и сумматор соединен с переключателем режимов работы, выходы которого соединены с входами усилителей следящих систем стабилизации, при этом вторые входы сумматоров соединены - один с блоком задания углов наклона гироплатформы, а другой с блоком задания смещения нуля акселерометров.1. A gyro-stabilized quartz gravimeter containing a gravimetric sensor in the form of a torsion-type double quartz elastic system with horizontal pendulums immersed in a damping fluid, and a photoelectric transducer located on a biaxial gyro platform, on whose axes angle sensors and torque motors are mounted, while the torque inputs are motors are connected to the outputs of amplifiers of servo stabilization systems, while two gyroscopes and two accelerometers are also installed on the gyro platform, ohm, the sensitivity axis of the gravimetric sensor is perpendicular to the gyro platform plane, and the axis of the pendulums of the elastic system coincides with the gyro platform roll axis, and the output of the photoelectric converter is connected to the PC via the gravimeter data recording unit, characterized in that analog-to-digital converters, two adders, an operating mode switch are introduced , a unit for setting the inclination angles of the gyro platform and a unit for setting the zero offset of the accelerometers, with each angle sensor through an analog-to-digital converter and with mmator connected to switch operation modes, which outputs are connected to inputs of amplifiers servosystems stabilization, wherein the second inputs of the adders are connected - with a reference tilt angle gyroplatform block and another block with zero displacement reference accelerometers. 2. Гиростабилизированный кварцевый гравиметр по п. 1, отличающийся тем, что на корпусе гравиметрического датчика установлены два электронных уровня, один из которых ориентирован вдоль оси маятников, другой - вдоль оси вращения маятников, при этом выходы электронных уровней подключены к блоку регистрации показаний электронных уровней.2. The gyrostabilized quartz gravimeter according to claim 1, characterized in that two electronic levels are installed on the body of the gravimetric sensor, one of which is oriented along the axis of the pendulums, the other along the axis of rotation of the pendulums, while the outputs of the electronic levels are connected to the electronic level reading unit . 3. Способ калибровки гиростабилизированного кварцевого гравиметра, установленного в двухосной гироплатформе, основанный на измерении показаний гравиметра при изменении угла наклона гравиметра, отличающийся тем, что гироплатформу включают в режим гиростабилизации и по показаниям электронных уровней определяют положение оси чувствительности гравиметра, вводят смещение нуля акселерометров так, чтобы показания электронных уровней были в пределах ±30'', затем переключают гироплатформу в режим электрического арретирования, при котором положение гироплатформы относительно горизонта задается по сигналам с датчиков угла, установленных на осях гироплатформы, через ПЭВМ последовательно вводят поправки со значениями 1°50'00''; 2°30'00''; 3°10'00''; 3°40'00''; 4°10'00''; 4°30'00''; 4°50'00''; 5°10'00'', 0°00'00'', минус 1°50'00''; минус 2°30'00''; минус 3°10'00''; минус 3°40'00''; минус 4°10'00''; минус 4°30'00''; минус 4°50'00''; минус 5°10'00'' в усилитель следящей системы по оси бортовой качки для наклона гироплатформы на углы, соответствующие изменению ускорения силы тяжести до 4 Гал с шагом 500 мГал, фиксируя каждый раз по завершении переходного процесса гравиметра, обусловленного вводом поправок, показания гравиметра, после чего вычисляют коэффициенты: градуировочной характеристики гравиметра из системы уравнений вида:3. A method for calibrating a gyrostabilized quartz gravimeter mounted in a biaxial gyro platform, based on measuring the gravimeter when the angle of the gravimeter is changed, characterized in that the gyro platform is included in the gyrostabilization mode and the gravity sensitivity axis is determined by the readings of electronic levels, the accelerometer zero offset is entered so so that the readings of the electronic levels are within ± 30 '', then the gyro platform is switched to the electric locking mode, in which the gyro platform position relative to the horizon is set by signals from angle sensors installed on the gyro platform axes, corrections with values of 1 ° 50'00 '' are introduced sequentially through the PC; 2 ° 30'00``; 3 ° 10'00``; 3 ° 40'00``; 4 ° 10'00``; 4 ° 30'00``; 4 ° 50'00``; 5 ° 10'00``, 0 ° 00'00 '', minus 1 ° 50'00``; minus 2 ° 30'00``; minus 3 ° 10'00``; minus 3 ° 40'00``; minus 4 ° 10'00``; minus 4 ° 30'00``; minus 4 ° 50'00``; minus 5 ° 10'00 '' to the servo amplifier along the roll axis to tilt the gyro platform at angles corresponding to a change in the acceleration of gravity to 4 Gal with a step of 500 mGal, fixing each time the transient process of the gravimeter, due to the input of corrections, reading the gravimeter , after which the coefficients are calculated: calibration characteristics of the gravimeter from a system of equations of the form: b(m-m0)+а(m-m0)2=g (cosθ-1),b (mm 0 ) + a (mm 0 ) 2 = g (cosθ-1), b - масштабный коэффициент гравиметра, мГал/пикс,b is the scale factor of the gravimeter, mGal / pixel, а - коэффициент при квадратичном члене градуировочной характеристики, мГал/пикс2,a is the coefficient at the quadratic term of the calibration characteristic, mGal / pixel 2 , g - значение силы тяжести в месте калибровки, мГал.g is the value of gravity at the calibration site, mGal.
RU2015153641A 2015-12-14 2015-12-14 Gyro-stabilised quartz gravimeter and calibration method thereof RU2619132C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153641A RU2619132C1 (en) 2015-12-14 2015-12-14 Gyro-stabilised quartz gravimeter and calibration method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015153641A RU2619132C1 (en) 2015-12-14 2015-12-14 Gyro-stabilised quartz gravimeter and calibration method thereof

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2619132C1 true RU2619132C1 (en) 2017-05-12

Family

ID=58715975

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015153641A RU2619132C1 (en) 2015-12-14 2015-12-14 Gyro-stabilised quartz gravimeter and calibration method thereof

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2619132C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107340535A (en) * 2017-06-27 2017-11-10 中国地震局工程力学研究所 Two fraction downhole sensor leveling devices
CN109855654A (en) * 2019-03-11 2019-06-07 深圳市橙子数字科技有限公司 Gyro calibiatio i method, apparatus, computer equipment and the storage medium of equipment
CN114047561A (en) * 2021-09-28 2022-02-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 Static relative gravimeter inclination error compensation method
CN114137627A (en) * 2021-11-25 2022-03-04 九江中船仪表有限责任公司（四四一厂） Control method for isolating biaxial angular motion of gravimeter
CN118210076A (en) * 2024-05-22 2024-06-18 华中科技大学 Gravity meter calibration device insensitive to environmental disturbance and gravity meter calibration method

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1793190A1 (en) * 1990-11-30 1993-02-07 Vladimir G Arutyunov Method of testing of multicommand devices of active monitoring
RU2095829C1 (en) * 1994-07-27 1997-11-10 Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола Digital gravimeter
UA88061C2 (en) * 2007-10-08 2009-09-10 Национальный Научный Центр "Институт Метрологии" Gravi-geodesic method for certification of gravimetric points and device for its realization
RU2377611C1 (en) * 2008-04-22 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Measuring device of gravity force
RU2515194C2 (en) * 2008-12-04 2014-05-10 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед Rotary orientation-independent gravimetric device and method for correction of systematic errors

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1793190A1 (en) * 1990-11-30 1993-02-07 Vladimir G Arutyunov Method of testing of multicommand devices of active monitoring
RU2095829C1 (en) * 1994-07-27 1997-11-10 Серпуховское высшее военное командно-инженерное училище ракетных войск им.Ленинского комсомола Digital gravimeter
UA88061C2 (en) * 2007-10-08 2009-09-10 Национальный Научный Центр "Институт Метрологии" Gravi-geodesic method for certification of gravimetric points and device for its realization
RU2377611C1 (en) * 2008-04-22 2009-12-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Measuring device of gravity force
RU2515194C2 (en) * 2008-12-04 2014-05-10 Бейкер Хьюз Инкорпорейтед Rotary orientation-independent gravimetric device and method for correction of systematic errors

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Романюк В.А. и др. Эталонирование гравиметров с горизонтальной крутильной нитью методом наклона. М. "Наука", 1979, гл. 2, с.12-64. *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107340535A (en) * 2017-06-27 2017-11-10 中国地震局工程力学研究所 Two fraction downhole sensor leveling devices
CN107340535B (en) * 2017-06-27 2023-08-22 中国地震局工程力学研究所 Two-part type underground sensor horizontal adjusting device
CN109855654A (en) * 2019-03-11 2019-06-07 深圳市橙子数字科技有限公司 Gyro calibiatio i method, apparatus, computer equipment and the storage medium of equipment
CN114047561A (en) * 2021-09-28 2022-02-15 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 Static relative gravimeter inclination error compensation method
CN114137627A (en) * 2021-11-25 2022-03-04 九江中船仪表有限责任公司（四四一厂） Control method for isolating biaxial angular motion of gravimeter
CN114137627B (en) * 2021-11-25 2023-09-22 九江中船仪表有限责任公司（四四一厂） Control method for isolating biaxial angular motion of gravity meter
CN118210076A (en) * 2024-05-22 2024-06-18 华中科技大学 Gravity meter calibration device insensitive to environmental disturbance and gravity meter calibration method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2619132C1 (en) Gyro-stabilised quartz gravimeter and calibration method thereof
CA1330455C (en) Electronic tilt measuring system
US6876926B2 (en) Method and system for processing pulse signals within an inertial navigation system
Ferguson et al. Effect of temperature on MEMS vibratory rate gyroscope
RU2480713C1 (en) Method of algorithmic compensation for solid state wave gyro rate temperature drift
Venkateswara et al. Subtracting tilt from a horizontal seismometer using a ground‐rotation sensor
US10310132B2 (en) Absolute vector gravimeter and methods of measuring an absolute gravity vector
CN103852086A (en) Field calibration method of optical fiber strapdown inertial navigation system based on Kalman filtering
Noureldin et al. Inertial navigation system
EA036173B1 (en) Self-calibrating and autonomous magnetic observatory
Wang et al. Thermal calibration procedure and thermal characterisation of low-cost inertial measurement units
Günhan et al. Polynomial degree determination for temperature dependent error compensation of inertial sensors
Yingbo et al. Calibration method of quartz accelerometer on dynamic centrifuge
Iozan et al. Measuring the Earth’s rotation rate using a low-cost MEMS gyroscope
EP2442069A1 (en) A support arrangement for a registration device such as a surveying instrument
RU2668954C1 (en) Measuring unit for gravitational gradiometer
RU2339002C1 (en) Method of evaluation of navigation parameters of operated mobile objects and related device for implementation thereof
Lipatov et al. Accelerometers of the Meteorological Complex for the Study of the Upper Atmosphere of Mars
de Campos Porath et al. Uncertainty of angular displacement measurement with a MEMS gyroscope integrated in a smartphone
Tomaszewski et al. Analysis of the noise parameters and attitude alignment accuracy of INS conducted with the use of MEMS-based integrated navigation system
KR101364183B1 (en) Slope-angle sensor with accuracy in steady state and transient state
RU2377611C1 (en) Measuring device of gravity force
RU2748030C1 (en) Method for assessment of systematic wandering of triaxial laser gyro with vibrating baseplate
Kibrick et al. Evaluation of precision tilt sensors for measuring telescope position
RU2817003C1 (en) Method of calibrating microacceleration sensor in space flight