Гравитационная градиентометрия на подвижном основании. Измерения градиентов силы тяжести на подвижном основании автомашине, самолте позволяют ускорить локальные, региональные и глобальные исследования гравитационного поля Земли. Градиентометр, не связанный с Землй, измеряет компоненты тензора V градиентов силы притяжения.
V grad b 1.5.1 1.5.2 Главное различие в теории измерений на неподвижном основании и на подвижной, то что при измерении на подвижном основании нужно перейти от топоцентрической системы координат к инерциальной системе.
Фирма Белл Bell Aerospace-Textron, Буффало, Нью-Йорк разработала систему для градиентометрической съмки GGSS, предназначенную для работы на автомашине или самолте. Основными частями системы являются три ортогональных гравитационных градиентометра, установленные с наклоном в 35 на трехосной гироплатформе для непрерывной ориентации в топоцентрической системе координат, связанной с гравитационным полем.
Каждый градиентометр содержит две пары акселерометров фирмы Белл расстояние 0,1 м, установленных ортогонально по краю диска диаметр 0,2 м их измерительные оси ориентированы по касательной к диску рис. 7. Ускорение пробной массы, укрепленной на маятниковом подвесе, измеряется двумя кольцевыми емкостными датчиками, расположенными по обе стороны от этой массы. Выходной сигнал датчиков усиливается и преобразуется в ток. Ток подается в катушку для возвращения пробной массы в нулевое положение. рис. 7 Принцип вращающегося гравитационного градиентометра Система фирмы Белл содержит также примоиндикатор спутниковой системы GPS, обеспечивающий в сочетании с акселерометрами и гироплатформой информацию о местоположении и ориентации, блок регистрации данных, компьютер и источник питания рис. 9. Система с кондиционером предназначена для работы в автомобильном фургоне, который в свою очередь можно разместить в самолете C-130 для измерений в воздухе. рис. 9 Платформа геодезического гравитационного градиентометра GGSS, установленная на стол Скорсби для лабораторных калибровок фотография предоставлена фирмой Белл и геофизической лабораторией ВВС США. При скорости движения 40 кмч автомобиль или 400 кмч самолт выходная информация выдатся соответственно с шагом 100 м. или 1 км. 1.6 Спутниковая градиентоментрия В настоящее время разрабатываются гравитационные градиентометры, которые основаны на традиционных или сверхпроводящих устройствах и будут установлены на спутниках, планируемых на 1990-е гг. Спутники будут запущены на практически круговые полярные орбиты с высотами от 160 до 250 км. Полагают, что за 6 мес. работы средние значения аномалий силы тяжести по трапециям 1 х 1 и 0,5 х 0,5 при разрешении 100 50 км будут получены с ошибкой 20 50 мкм с -2. Приведем примеры разработок, основанных на разных принципах Французская программа GRADlO Национальное бюро по аэродинамическим исследованиям и Исследовательская группа по космической геодезии предусматривает создание градиентометра на базе традиционной технологии.
В этом приборе имеется несколько микроакселерометров, которые расположены симметрично относительно центра масс по углам многоугольника так, что можно определить полный гравитационный тензор.
Трехосные электростатические акселерометры должны иметь разрешение 10 - 12 м с - 2. При максимальных возмущающих ускорениях около 10 - 4 м с - 2 на высоте 200км прибор должен иметь динамический измерительный диапазон 10 8 для непрерывного контроля и калибровки акселерометров предусмотрена бортовая калибровочная система.
Примером сверхпроводящего градиентометра является прибор Пайка, созданный в Университете штата Мэриленд, США. Основными элементами этой невращающейся системы служат сверхпроводящие акселерометры.
Акселерометр содержит пробную массу на мягком подвесе, магнитный преобразователь и усилитель с низкими шумами сверхпроводящее квантовое интерференционное устройство сквид SQUID в состоянии сверхпроводимости.
Магнитное поле, создаваемое катушками преобразователя, модулируется при движении пробной массы, в сквиде происходит детектирование и усиление модулирующего сигнала, который затем преобразуется в выходное электрическое напряжение.
Сверхпроводящая схема позволяет непосредственно суммировать и вычитать сигналы акселерометров. Это в свою очередь дает возможность измерять компоненты тензора градиентов силы тяжести, а также линейные и угловые ускорения носителя, необходимые для вычисления поправок.
В системах с продольным расположением акселерометров сигналы пропорциональны диагональным элементам Vii тензора и линейным поступательным ускорениям. Системы же с перекрестным расположением акселерометров дают недиагональные элементы и угловые вращательные ускорения рис. 10. рис. 10 Принцип сверхпроводящего гравитационного градиентометра с продольным слева и перекрстным справа расположением датчиков. Объединяя такие акселерометры в различные конфигурации, можно сконструировать градиентометры для определения диагональных элементов тензора или полного тензора. Стремятся получить чувствительность порядка 10 4 нс 2 вероятно, будет возможно повысить е до 10 6 нс 2 , если подвесить пробную массу в силовом поле. 3 2. ГРАВИМЕТРИЧЕСКАЯ РАЗВЕДКА НА КУРСКОЙ МАГНИТНОЙ АНОМАЛИИ 2.1