中国NIM型绝对重力仪及国际绝对重力仪比对

本文概述了中国计量科学研究院研制的ＮＩＭ型绝对重力仪三十年来的研究发展情况，着重介绍了其参加在国际计量局举行的历次国际绝对重力仪比对的结果。比对结果表明，中国计量科学院在绝对重力测量研究方面达到了国际先进水平。     

利用国产绝对重力仪进行南极中山站重力校准

2019-2020年南极夏季期间,中国第36次南极科学考察队利用中国计量科学研究院自主研发的国产NIM-3C型绝对重力仪在南极中山站进行了绝对重力测量,给极区海洋重力提供了计量校准点,并进行了30天以上的连续观测研究.该计量校准点的绝对重力校准值的标准不确定度优于3×10-7m·s-2,填补了我国目前极区海洋重力量值无...     

T-1型绝对重力仪的系统原理与测试结果

高精度绝对重力仪用于测量地球表面的重力加速度(g,常用值9.81 m/s2),已经广泛用于计量、测绘、地质、地震与资源勘探等领域。本文将简要介绍T-1型高精度绝对重力仪的系统原理和测试结果。经过进一步改进与工程化设计,T-1型高精度绝对重力仪有望在国内多个领域发挥重要应用。特别是在力学领域,高精度绝对重力仪能够满足国内测力、测压、扭矩等元器件及仪器仪表生产商对精确重力测量的要求。     

第10届全球绝对重力仪关键比对相对重力测量

2017年10月至12月,中国计量科学研究院作为主导实验室,组织全球14个国家的计量院或其指定实验室进行了第10届全球绝对重力仪关键比对(CCM.G-K2.2017)。由于不同类型绝对重力仪参考高度不一样,此次比对相对重力测量主要实现将不同参考高度测得的绝对重力值归算到同一高度进行比较。根据比对初步结果,相对重力测量结果的合成标准不确定度优于4μGal,确保了此次比对最终结果的准确有效。     

绝对重力仪国际比对新动态

全球绝对重力仪国际比对活动从1981年起每隔4年在法国国际计量局举办。近两年来,该比对活动发生了一些变化,同时,区域性绝对重力仪国际比对活动日益兴起。中国计量科学研究院代表我国参与了这方面的工作,并介绍了中国计量科学研究自主研制的NIM-II型绝对重力仪参加2009年第8届全球绝对重力仪国际比对的情况和结果     

基于冷原子重力仪的轨道移动绝对重力测量

绝对重力测量在铁路路基探测等领域发挥着重要作用，但大多数室外移动重力仪结构复杂或精度一般，可使用的范围有限。研制了一套轨道移动绝对重力测量系统，实现了高集成的系统结构设计、自动化的测试流程，开展了实验室及轨道环境下的绝对重力测量，测量结果可靠。首先，在实验室环境下重力测量灵敏度达到了440 μGal?Hz-1/2，测量300 s的误差小于30 μGal。其次，在炎热、嘈杂的室外轨道移动条件下，绝对重力测量不确定度优于15 μGal，与相对重力仪（LG-1）的测量偏差优于40 μGal。最后，轨道环境下的重力测量灵敏度达到707.9 μGal?Hz-1/2。所提出的轨道移动绝对重力测量系统可以在室外条件下进行快速重力测量，为铁路路基探测提供了新的仪器与解决方案。     

第五次国际绝对重力仪比对（ICAG‘97）

介绍了１９９７年第五次国际比对的概况及比对的结果。有１５台绝对重力仪参加比对,比对结果在国际计量局（ＢＩＰＭ）重力Ａ点０．９米高处获得的平均重力值为９８０９２５７０７．８微伽。中国计量科学研究院研制的ＮＩＭ－２型可移式绝对重力仪参加了比对,在Ａ（０．９ｍ）获得的测量结果是９８０９２５７０７．６微伽。     

绝对重力仪落体光心与质心空间距离测量

为了准确测量重力仪落体光心与质心距离,减少落体光心与质心不重合引起的旋转对重力加速度测量的影响,设计了落体光心与质心空间距离测量装置。提出了1种光心与质心间距的计算方法,并仿真验证了计算方法的可行性。使用设计的测量装置对落体进行测试,结果表明:激光干涉仪在信号频率为0.3~0.5Hz时的测量精度为0.1nm,提出的计算方法可以使测量系统的A类不确定度优于10μm,最大调校测量误差为1μm。     

基于移动光晶格布洛赫振荡的原子干涉重力仪

针对目前传统的原子干涉重力仪—马赫-曾德尔型原子重力仪存在体积较大，影响设备便携性的问题，北京大学实现了国内首个基于移动光晶格的布洛赫振荡原理的小型化原子干涉重力仪。本实验系统的采样率达到0.9 Hz，能够满足长期实时测量的需求，且实验系统中原子的竖直位移约为3 cm，灵敏度达到4.6 × 10² μGal·Hz^-1/2，在2 800 s积分时间内，分辨率可以达到6.50.7?μGal。实验成果为原子干涉重力仪的小型化与实用化指明了未来的发展方向。     

CCM.G-K2国际比对和NIM-3A型绝对重力仪

基于激光干涉法的自由落体原理,中国计量科学研究院研制了最新的NIM-3A型绝对重力仪。该仪器参加了第9届全球绝对重力仪国际比对CCM.G-K2,根据公布的国际比对结果,NIM-3A型绝对重力仪的测量结果与参比各仪器的测量结果达到了等效一致,测量结果的合成标准不确定度为5.3 μGal。     

重力关键比对点连续观测不确定度评估

分析了超导重力仪iGrav-012在中国计量科学研究院全球绝对重力仪关键比对参考点连续观测结果的不确定度,通过最小二乘加权拟合计算超导重力仪格值因子为-927.96(nm/s²)/V,标准不确定度为0.80(nm/s²)/V,格值因子对关键比对点连续观测引入的标准不确定度为3.20 nm/s²,超导重力仪与绝对重力仪5.5年同址观测线性拟合得到超导重力仪漂移率为-14.66(nm/s²)/年,标准不确定度为2.1(nm/s²)/年,对关键比对点连续观测引入的标准不确定度为6.30 nm/s²,二者对重力连续观测结果引入标准不确定度为7.07 nm/s²。     

绝对重力仪中落体光心与质心间距的精确测量

为了减少用光学干涉法测量绝对重力过程中落体旋转对测量结果的影响,设计了基于扭摆法调校落体光心与质心间距的方法。采用标准模态分析落体的本征频率,推导光心与质心沿铅锤线方向偏移的测量方程。并分析了角锥棱镜折射率与气体阻尼分别对测量结果的影响。结果表明:入射角在0~0.1°之间,品质因子Q=1000时,调校落体使光心与质心重合,旋转导致的重力加速度干扰最佳可控制在1.4μGal。     

超小型绝对重力仪主机系统设计

为了解决NIM-3A和NIM-3C绝对重力仪传动方式在车载、共基座上使用时会产生自振及磁性材料对重力数据准确度和稳定性影响的问题,设计了一套超小型绝对重力仪主机系统,通过传动托盘的伺服跟踪运动改为托盘先行下落的落体测量过程无其他内部机械运动的测量方式等新设计,消除自振及磁性材料的影响.在主机系统重质量减小至30 kg的...     

集成光栅干涉微位移测量方法

介绍了一种新型集成光栅干涉微位移测量方法,设计加工了微位移敏感芯片,并进行了初步的性能测试．敏感芯片利用硅-玻璃键合体硅工艺制作而成,在玻璃上制有金属光栅,光栅上方有由铝梁支撑的可动结构．实验系统由敏感芯片、半导体激光器、光电二极管以及相应的驱动、检测电路组成入射激光照射到光栅上产生衍射光斑,衍射光的光强随可动结构与光栅之间的距离变化,通过测量衍射光强的变化可以得到位移．测试实验结果表明,所制作的集成光栅干涉微位移敏感芯片可实现位移检测,最小可检测的位移约0．2nm．     

氡绝对测量装置的小立体角计算方法研究

为计算确定氡绝对测量装置的小立体角,研究了准直孔半径、氡源半径到准直器距离等相关尺寸参数的测量方法与结果,并基于这些尺寸参数的精确测量,建立了Geant4模型,确定冷凝氡源的探测立体角;采用文献报道的参考方法对模拟计算结果进行了验证评估,结果表明模拟方法是可靠的,该装置在典型探测条件下的冷凝氡源探测的小立体角为0.015 83 Sr,相对标准不确定度仅为6.6×10-6 Sr.     

相对重力仪校准方法研究

重力仪广泛应用于大地测量、地震火山研究和矿藏勘察等领域.但是,目前国内还没有相对重力仪的检定规程和校准规范,无法保证相对重力仪测量的准确性.文章从相对重力仪的测量原理人手,重点探讨了用重力基线方法实现对相对重力仪校准方法的研究,并分析其可行性,为制定一套成熟可行的相对重力仪校准方法做些工作.