Струнные гравиметры, сверхпроводящие гравиметры

Ø Гравиметры наземные для измерения разности силы тяжести на суше

Ø Гравиметры донные для измерения разности силы тяжести на дне водоемов

Ø Гравиметры морские надводные для измерения разности силы тяжести с надводных судов

Ø Гравиметры морские подводные для измерения разности силы тяжести с подводных судов

Ø Аэрогравиметры для измерения разности силы тяжести с самолетов и других летательных аппаратов

Ø Скваженные гравиметры для измерения разности силы тяжести в скважинах

Ø Гравиметры спец назначения(для космических исследований, для измерения приливных вариаций силы тяжести)

Вопрос 14

При обработке наблюдений с гравиметрами всегда предполагают, что деформация упругого элемента пропорциональна силе тяжести, т. е. деформация происходит в режиме закона Гука. Закон Гука описывает деформацию идеально упругих тел. Для всех реальных тел наблюдаются отклонения от закона Гука, даже при очень небольших нагрузках. Отклонения от закона пропорциональности вызывают изменения отсчета гравиметра— смещения нуль-пункта,— не связанные непосредственно с изменением силы тяжести.

Смещение нуль-пункта нужно отличать от изменений отсчета, связанных с изменением внешних условий — температуры, воздуха, изменения силы тяжести. При описании характера деформации «материалов различаюттакие явления: упругое последействие, усталость, ползучесть. Рассмотрим «кратко эти явления.

Упругое последействие заключается в том, что деформация, соответствующая данной нагрузке, устанавливается в течение некоторого промежутка времени. Влияние упругого последействия проявляется в изменении скорости смещения нуль-пункта во время наблюдений на пункте и при переездах. Для уменьшения влияния упругого последействия стараются, чтобы нагрузка (была все время постоянной. Для этого применяют нулевой метод отсчета, при перерывах в работе в арретируемых гравиметрах пружины закрепляют в растянутом состоянии, в неарретируемых гравиметрах устанавливают ограничители.

У с т а л о с т ь материалов проявляется в изменении упругих свойств под действием переменной нагрузки. Причиной переменной нагрузки является сотрясения при транспортировке. Явление усталости проявляется в нелинейных (неравномерных во времени) смещениях нуль-пункта. Для уменьшения влияния усталости арретируют подвижный элемент, стараются избегать переменных нагрузок.

П о л з у ч е с т ь ю называют непрерывную необратимую (пластическую) деформацию при постоянной нагрузке. Ползучесть вызывает изменения отсчета, пропорциональные времени. Особенно сильно она проявляется у «молодых» систем. Для уменьшения влияния ползучести системы подвергают искусственному старению: подвергают действию переменных температур и нагрузок. Со временем скорость пластической деформации стабилизируется.

на рис. 44

деформация D u соответствующая нагрузке Рь устанавливаетсяв течение времени t2 —t\ при постоянной нагрузке. Если затемнагрузка резко уменьшилась до значения Р2у соответствующая новой нагрузке деформация D2 установится за время t$—t2, причем в течение времени становления деформация зависит отпредшествующей (нагрузки («а рис. 44 Р\ > Р2у поэтому деформацияв течение времени h—t2 уменьшается, асимптотически приближаяськ значению D2).

Вопрос 15. Дифференцальные уравнение равновесия гравиметра. Влияние внешних факторов (z,B,t,β) на показания гравиметра и их учет.

На чувствительность эл-та действует сила тяж-ти g(F)

F1+F2+F3=0; Mg-момент массы; gMg-момент внешних сил

-момент внутренней силы (силы пружины и нити). Момент внешней силы зависит от материала из которого сост система(влияние температуры, давление, угла наклона прибора, ускорение силы тяж-ти)

gMg=f(z,B,t,β,g) =f(z,t)

gMg(z,B,t,β,g)+ (z,t)=0 продеференцируем уравнение по всем переменным получим

Дифференциальное уравнение чувствительности гравиметра

механическая чувствительность гравиметра

Температурный коэффициент гравиметра

Барометрический коэффициент гравиметра

зависимость показание гравиметра от наклона

Вопрос 16.Чувствительность гравиметра. Астазирование и его физический смысл.

Чувствительность гравиметра – отношение перемещения индекса маятника упругой системы по окулярной шкале к изменению силы тяжести. Чем выше чувствительность тем точнее м.б. совмещен индекс рычага с штрихом шкалы. Увеличение чувствительности ведет к периоду собственных колебаний маятника, что удлиняет время наблюдения на пункте. Чтобы повысить чувствительность применяют астазирование.

Астазирование - искусственное увеличение чувствительности, за счет уменьшения знаменателя дроби. Это достигается за счет того, что упругая система устанавливается в положение, близкое к неустойчивому, благодаря чему, небольшие изменения ускорения силы тяжести вызывают большие изменения отсчета по шкале прибора

Т.К. производные представляют собой тангенсы углов наклона касательных к функции

и , сумма производных может быть представлена только в случаи, если хотябы одна из функции , представлена кривой линией. Поэтому Астозированные системы называются также нелинейными. Астозированные системы работают в положении равновесия, близком к неустойчивому, отсюда их название.

Астозирование системы производят:1)за счет изменение угла наклона с помощью доп.пружин(упругое).2)За счет электрических или магнитных сил.3)нелинейного момента внешних сил(Гравитационное астазированные)

У астазированных гравиметров применяется система с чувствительностью около 120˝/мГал, следовательно, период колебаний рычага составляет около 10с.

Вопрос 17.Учет влияния температуры и давления на показание гравиметра.

Изменения показания прибора при изменения температуры на 1ºС наз-ся температурным коэф-м Гравиметра.

Примем в основном уравнении гравиметра деформацию, давление и наклон постоянным.

уравнение температурной зависимости. При изменении температуры меняются линейные размеры системы.

Для уменьшения влияние температуры системы гравиметров, изготавливают из материала имеющих малые температурные и термопластические коэф-ты(кварц, Железоникелевый сплав).

Для осуществление температурной компенсации в гравиметр вводят доп. уст-ва: помещают чувствительную систему в жидкость, вводят доп. пружины и рычаги.

В ходе наблюдения температура должна быть постоянной, для этого применяют термостатирование.

Различают пассивное и активное:1)пассивное- температура поддерживается за счет термоизоляции(Дюар, пробка, пенопласт).2)При активном –температура поддерживается с помощью электрических термостатов, представляющих эл. цепь. Так же влияние температур можно учесть виде поправки.

При изменении давления изм. плотность воздуха =>выталкивающая сила действует по закону архимеда.

-ур-е барометрического коэ-та.

Барометрический коэф-т в гравиметре проявляется как кажущиеся изменения момента массы упругой системы. Каждая элементарная масса упругой системы при изменении плотности воздуха испытывается по закону Архимеда.

Чтобы исключить влияние колебания атмосферного давления на положение чувствительного

эл-та гравиметра, в систему вкл. Барометрический компенсатор, объемный момент которого равен по величине объемному моменту маятника, но имеет противоположенный знак. в этом случаи объемный момент маятника и компенсатора будет =0.Барометрическкий компенсатор уст. В систему металлических гравиметров.

Для кварцевых- герметизация упругой системы. Внутреннее давление составляет доли мм.рт.ст. Это позволяет иск. влияние давление на положение упругой системы.

Вопрос 19.Юстировка уровня гравиметра на минимум чувствительности к наклону. основное уравнение гравиметра.

Чувствительностью гравиметра называют отношение перемещающегося индекса маятника упругой системы по окулярной шкале к изменению силы тяжести.

Настроить гравиметр на минимум чувствительности к наклону значит, привести главную плоскость гравиметра в горизонтальное направление.

Главная плоскость гравиметра- это мнимая плоскость в которой находиться нить подвеса маятника.

Гравиметр устанавливаем на прочное основание. При помощи подъемных винтов выводим пузырьки уровней на середину. Подъемными винтами, вдоль которых расположен уровень, задают гравиметру наклон в оборотах подъемного винта n и берут по микрометренному винту отсчет s. Затем постепенно, с помощью тех же подъемных винтов, гравиметр возвращают в горизонтальное положение и берут отсчеты по микрометренному винту. Далее продолжают наклонять прибор в противоположную сторону и так же берут отсчеты. Эти действия составляют прямой ход. Обратный ход выполняется аналогичным образом. По прямому и обратному ходу вычисляется средний отсчет Sср. По средним отсчетам и по установкам подъемного винта n строим график зависимости S и n. Полученная кривая представляет собой параболу. Вершина параболы указывает, при каком положении подъемного винта главная плоскость гравиметра горизонтальна. Если вершина параболы не совпадает с горизонтальным положением прибора, необходимо подъемный винт повернуть на величину ∆n – отстояния вершины параболы от начала координат. При этом пузырек уровня уйдет из нуль-пункта. Исправительными винтами уровня вывести на середину. контроль(допуск 20 делений)

Это ур-е наз-ся основное уравнение гравиметра.

механическая чувствительность гравиметра

Температурный коэффициент гравиметра

Барометрический коэффициент гравиметра

зависимость показание гравиметра от наклона

Вопрос 20.

Эталонирование (гравиметра) – исследование, в результате которых определяют цену деления гравиметра, а также ее зависимость от температуры и других внешних факторов.

Для определения постоянной гравиметра нужно измерить исследуемым прибором известную заранее (эталонную) разность силы тяжести. ∆S-разность отчетов гравиметра в оборотах микровинта. ∆g- та же разность выраженная в мГалах. С=∆g/∆S. (мГал/обор)

В зависимости от того, каким способом определяется эталонная разность ∆g ускорения силы тяжести, различают методы эталонирования: 1.эталонирование на пунктах с известными значениями силы тяжести, 2.методом наклона, 3.методом навешивания дополнительных грузов.1 метод является наиболее общим методом, пригодным для определения цены деления гравиметров всех типов.

2метод. Эталонная разность создается за счет уменьшения составляющей силы тяжести, действующей на упругую систему. Угол наклона β к горизонту, необходимы для эталонирования узкодиапазонных гравиметров, не превышает 1⁰. Величина ∆g при различных углах наклона составляет

∆g мГал	Β 0 ‘ “
	0 15 32
	0 34 44
	0 49 07
	1 09 27

C=-gβ²/2∆S

3Метод подвески груза. Основан на изменении момента массы упругой системы с помощью дополнительных грузов известной массы. Этим методом приближенно определяют цену деления гравиметров в процессе их изготовления. (в Гр. «Аскания» прсипособления для этого эталонир-я)

Вопрос 21.

-1внешний осмотр

-2Настроить гравиметр на минимум чувствительности к наклону

-3определить цену оборота

-4определить верхний предел измерения силы тяжести

-5определение чувствительности гравиметра

-6определить время становления отсчета

-7определить смещение нуль-пункта.

2.Настроить гравиметр на минимум чувствительности к наклону – это значит привести главную плоскость гравиметра в горизонтально е положение.

Настройка заключается в совмещении нулевого положения уровней с горизонтальным положением главной плоскости гравиметра.

Гравиметр устанавливаем на прочное основание. При помощи подъемных винтов выводим пузырьки уровней на середину. Подъемными винтами, вдоль которых расположен уровень, задают гравиметру наклон в оборотах подъемного винта n и берут по микрометренному винту отсчет s. Затем постепенно, с помощью тех же подъемных винтов, гравиметр возвращают в горизонтальное положение и берут отсчеты по микрометренному винту. Далее продолжают наклонять прибор в противоположную сторону и так же берут отсчеты. Эти действия составляют прямой ход. Обратный ход выполняется аналогичным образом. По прямому и обратному ходу вычисляется средний отсчет Sср. По средним отсчетам и по установкам подъемного винта n строим график зависимости S и n. Полученная кривая представляет собой параболу. Вершина параболы указывает, при каком положении подъемного винта главная плоскость гравиметра горизонтальна. Если вершина параболы не совпадает с горизонтальным положением прибора, необходимо подъемный винт повернуть на величину ∆n – отстояния вершины параболы от начала координат. При этом пузырек уровня уйдет из нуль-пункта. Исправительными винтами уровня вывести на середину.

3. Цена оборота измерительного винта

Цена деления отсчетной шкалы (гравиметра) - Параметр гравиметра, предназначенный для перевода показаний гравиметра в значения измеряемой силы тяжести.

а) по результатам юстировки поперечного уровня строят график зависимости Sср от n: по оси абсцисс откладывают значения углов наклона n в оборотах подъемного винта, а по оси ординат – соответствующие средние значения по отсчетному устройству Sср;

б) по полученным точкам проводят наиболее вероятную параболу и определяют ее ось симметрии, которая определяет горизонтальное положение маятника (β = 0⁰);

в) исправляя все полученные значения угла на разность ∆n между истинным горизонтальным положением n и принятым n’ при построении графика n’=n±∆n, вычисляют цену оборота измерительного устройства С для каждого отсчета значения цены оборота по формуле:

,

где – цена оборота;

– отчет по гравиметру при угле наклона b=0;

– средний отчет по гравиметру при заданном угле наклона;

– число оборотов установочного винта гравиметра;

– коэффициент, вычисленный по постоянным гравиметра.

– сила тяжести на пункте; – шаг винта;

– расстояние между подъемными винтами

4. Определение верхнего предела измерения силы тяжести ∆g без перестройки диапазона гравиметра

Верхний предел измерений без перестройки диапазона (гравиметра) - Максимальное значение разности силы тяжести, которое может быть измерено данным гравиметром с нормированной погрешностью без перестройки диапазона измерений гравиметра.

а) устанавливаем по шкале гравиметра минимальный и максимальный отчет, каждый раз выводя блик маятника в поле зрения окуляра с помощью диапазонного устройства. Вращая микрометренный винт отчетного устройства, следим за положением индекса на окулярной шкале. Как только блик маятника начнет движение по окулярной шкале, берем отчет по микрометру S₁ – при минимальном обороте микровинта и S₂ – при максимальном;

б) значение верхнего предела измерений без перестройки вычисляют по формуле:

d=|C(S₁- S₂)|

5. Определение чувствительности гравиметра

Чувствительностью гравиметра называют отношение перемещающегося индекса маятника упругой системы по окулярной шкале к изменению силы тяжести.

а) гравиметр устанавливаем на тумбу в рабочем положении;

б) с помощью измерительного устройства последовательно (троекратно) совмещаем отсчетный индекс гравиметра с каждым из двух ближайших штрихов окулярной шкалы, расположенных симметрично справа +N и слева –N относительно отчетного штриха и снимаем соответствующие отсчеты S_-N и S_-N, где N – номер штриха окулярной шкалы;

в) вычисляем средние отчеты по формуле: Sср=∑Si/n

г) вычисляем чувствительность.

q=|∆*L/(C*(Sср_+N-Sср_-N))|, где

∆ -видимое расстояние между штрихами окулярной шкалы, ∆=2мм.

L – количество делений окулярной шкалы между +N и –N.

6. Определение времени переходного процесса

Время установления показаний гравиметра - Время, необходимое для установления отсчета показаний гравиметра в положение, соответствующее значению силы тяжести в данном пункте с нормированной погрешностью.

а) гравиметр устанавливают и закрепляют на подвижной платформе вибрационного стенда в рабочем положении и совмещают отсчетный индекс с отсчетным штрихом окулярной шкалы;

б) прибор подвергают вибрации в течении 10 минут с частотой 20±2 Гц и амплитудой 0,2±0,05 мм, после чего установку выключают;

в) в течении 20 минут снимают отсчеты по гравиметру: в течение первых пяти минут – не реже чем через каждую минуту, а далее – не реже, через каждые две минуты;

г) изменения показаний гравиметра ∆gi=С(Si-S₀), где

Si – значение текущего отсчета в делениях отсчетной шкалы;

С – цена оборота отсчетного устройства;

д) построение графика ∆gi=f(t_i). По оси абсцисс откладывается время в минутах, по оси ординат – отсчеты по шкале гравиметра в мГал. На графике проводят две прямые параллельно оси абсцисс: первую – через точку графика, соответствующую моменту времени t=20 мин; вторую – ниже первой на расстоянии, равном средней квадратической погрешности единичного измерения ε, вычисляемой по формуле:

ε= ε₀+k(d-d₀), где

d – значение верхнего предела измерений гравиметра без перестройки диапазона, мГал;

ε, ε₀, d₀ – коэффициенты, соответствующие гравиметру данного класса точности. Выбираются из ГОСТ 13017-83.

Из точки пересечения второй линии с кривой ∆gi=f(t_i) проводят параллельно оси ординат прямую, отсекающую на оси абсцисс отрезок, соответствующий времени становления отсчета t_ст.

7. Определения коэффициента смещения нуль-пункта гравиметра

Нуль-пункт (гравиметра) - Отсчет показаний гравиметра, взятый на опорном гравиметрическом пункте в начале рейса.

Смещение нуль-пункта - Изменение нуль-пункта гравиметра за принятый интервал времени.

а) гравиметр устанавливают в рабочее положение на жесткое основание и в течение 10 часов через равные промежутки времени берут отсчеты по отсчетному устройству;

б) по результатам исследования строят график зависимости отсчетов от времени. По оси абсцисс откладывают время наблюдения T_i, а по оси ординат – соответствующий отчет. Все полученные на графике точки последовательно соединяют между собой.

в) если все точки графика легли в пределах точности на одну прямую, значит, такое смещение нуль-пункта у данного гравиметра линейно во времени;

г) значение смещение нуль-пункта вычисляют по формуле:

k=(S_n-S₁)*C/∆t, где

С – цена деления микрометра;

S_n и S₁ – отсчеты по гравиметру в оборотах;

∆t – значение интервала времени между отсчетами S_n и S₁

∆t=T_n-T₁

Вопрос 22.

1. Устройство гравиметра ГНУ

Главную часть гравиметра составляет упругая система, изготовленная из кварца (рис. 1).

Рисунок 1 – Основные части кварцевой упругой системы.

Основные части кварцевой упругой системы: три вертикально расположенные, витые цилиндрические пружины (главная 1, измерительная 2, диапазонная 3) три рамки (неподвижная 4, измерительная 5, температурно-компенсационная 6) и закрученные кварцевые нити, расположенные на общей горизонтальной оси, проходящей между концами неподвижной рамки 4 (нить рычага 7, пара нитей измерительной рамки 8, пара нитей рамки температурного компенсатора 9).

Каждая пара нитей имеет свой угол первоначального закручивания и свой коэффициент кручения.

С нитями 7 связан кварцевый рычаг 10, к отростку 11 которого приварен нижний конец главной пружины.

Рычаг температурного компенсатора 12 соединен кварцевой нитью 13 с рамой температурного компенсатора и металлической нитью 14 с кронштейном 32, осью вращения рычага 12 служит кварцевая нить 15.

За смещением рычага 10, оканчивающегося кварцевой иглой 16, наблюдают через микроскоп 17, который состоит из объектива 18, призмы 19, шкалы 20 и окуляра 21. Вертикальные угловые перемещения конца рычага видны в окуляр как горизонтальные перемещения его изображения в виде светового индекса по шкале 20.

Осветитель иглы (конца рычага) состоит из лампы 22, конденсора 23, светофильтра 24 и зеркала 25. Движение рычага ограничивается рамой 31, приваренной к основной раме 4.

Измерительная и диапазонная пружины скреплены с микрометренными винтами 26, 27 через сильфоны 28 и 29 (металлические трубки с гибкими гофрированными стенками, обеспечивающими сохранение герметизации при вертикальных перемещениях). Микрометренный винт измерительной пружины связан со счетчиком оборотов 30.

Измерение производят нулевым методом: для отсчета маятник каждый раз приводят в горизонтальное положение. Изменение силы тяжести от пункта к пункту компенсируется изменением угла закручивания нитей маятника 7 и осуществляется поворотом измерительной рамки 5 при изменении натяжения измерительной пружины 2.

Диапазонная пружина 3, отличающаяся от измерительной пружины 2 значительно большей жесткостью, служит для изменения диапазона, т. е. для настройки системы на величину силы тяжести в районе работ.

Рисунок 2 – Сосуд Дьюара

Средняя часть гравиметра представляет собой цилиндр, заканчивающийся сверху круглой панелью. Она помещается в сосуд Дьюара (рис.2), который вставляется в теплоизоляционный чехол, скрепленный с внешним кожухом гравиметра. Для более плотного соединения сосуда Дьюара со средней частью гравиметра на последнюю надевается шерстяной чехол. С внешним кожухом средняя часть гравиметра соединяется при помощи резинового манжета.

На рисунке 2 показано: средняя часть гравиметра в собранном виде, которая представляет собой цилиндр, состоящий из корпуса кварцевой системы 1 и теплоизоляционного столба 2, и заканчивается сверху круглой пластиной 3, называемой верхней панелью.

На рисунке 3 приведен разрез гравиметра: средняя часть гравиметра 2; сосуд Дьюара 2, который закрепляется в слое пористой резины или пенопласта 3.

Рисунок 3 – Разрез гравиметра

Верхняя панель 5 винтами 8 через резиновое кольцо прикрепляется к кольцу 6, закрепленному на внешнем корпусе 9. На панели сверху размещены уровни, отсчетное устройство, термометр, лампочка для освещения уровней, осветитель и микроскоп.

К внешнему корпусу гравиметра 9 прикреплена крышка 10. В крышке имеется четыре окна: два для уровней, одно для шкалы термометра и одно для лимбов отсчетного устройства. Над крышкой выступают ручка отсчетного устройства 11 и окуляр микроскопа. Снаружи к внешнему корпусу прикреплено фигурное кольцо 7 с ручкой 12, служащие для переноски гравиметра. Снизу внешний корпус 9 прикреплен к основанию гравиметра 13, имеющему три установочных винта 14.

Вопрос 23.

Гравиметрическая съемка – совокупность гравиметрических и геодезических измерений в отдельных точках земной поверхности, с целью получения гравитационной карты.

Классификация гравиметрических съемок. – проводят для решения геологических, геофизических и геодезических задачах. Подразделяются

1. Региональные. М-б 1:1000000 и меньше. Сечение изаномал 5-10мГал. Плотность – пункт на100 км². Назнач: для выявления закономерностей изображения региональных геологических структур в поле силы тяжести.

2. Рекогностировачные (разведка). М-б 1:200000 до 1:1000000. Сечение изаномал 2-5мГал. Плотность – пункт на 10-100 км². Назнач: для поиска участков перспективных на обнаружения полезных ископаемых.

3. Детальный. М-б 1:1000 до 1:100000. Сечение изаномал 0,001-1мГал. Плотность – пункт на 2-4 км². Назнач: для детального исследования отдельных структур геологических целей.

4. Съемка сгущения. Для цели геодезии вокруг астропунктов в радиусе 500м для повышения точности определения отклонения отвесной линии.

По расположению пунктов на площади исследования подразделяются:

1. Площадные ∆Х=∆У ∆Х<5∆У

2. Профильные 5∆Х<∆У

3. Маршрутные

На участке гравиметрической съемки пункты подразделяются на:

-рядовые

-опорные – известно значение силы тяжести.

-исходные – пункты гос.грав.сети

-контрольные

Вопрос 24

Гравиметрический рейс – это непрерывная последовательность измерений с гравиметром, объединенная общим смещением нуль-пункта, которые начинаются и заканчиваются на опорном пункте. Гравиметрический рейс планируется до 4 часов по продолжительности.

Во время гравиметрического рейса запрещается:

- перерывы

- перестраивать диапазон измерения

- изменять тип транспортировки

Схемы построения гравиметрического рейса.

1.Прямой и обратный ход. K=∑(∆G∆T) / ∑∆T²

2.Прямой ход К=((S_a-S_b)*C-(g_a-g_b))/(T_b-T_a)

3.Замкнутый ход K=((S_a-S_a’)*C)/(T_a’-T_a)

Вопрос 25

Пространственные координаты гравиметрических пунктов нужны для вычислений аномалий силы тяжести, составление каталога пунктов и нанесения пунктов на карты. При погрешностях аномалии в 0,01 мгал высоты нужно определять с точностью 5 см. Точность привязки гравиметрических пунктов в зависимости от точности аномалий силы тяжести и масштаба карты установлена Инструкцией по гравиметрической разведке. Метод определения координат гравиметрических пунктов зависит от точности их определения. Плановые координаты для составления мелкомасштабных карт определяют по топографическим картам и фотопланам более крупного масштаба. При детальных гравиметрических съемках масштаба 1:50 000 и крупнее координаты гравиметрических пунктов определяют теодолитными и мензульными ходами или радиогеодезическими способами. Методика определения высот также выбирается в зависимости от точности их определения. При съемках мелких масштабов высоты определяют из наблюдений с гравиметром-высотомером или используют топографические карты. При детальных съемках точности 0,1 мгал и выше высоты определяют из геометрического нивелирования, при съемках точности 0,2—0,5 мгал — из геодезического, барометрического или гидростатического нивелирования, применяют стереофотограмметрические методы определения высоты. Топографо-геодезические работы по трудоемкости и, объему работ значительно превосходят гравиметрические наблюдения. Топографо-геодезичеокие работы по времени должны, опережать гравиметрические наблюдения.

Вопрос 26

Обработка и оценка точности результатов измерений состоит из предварительной и окончательной. Предварительная обработка выполняется в полевых условиях непосредственно после гравиметрических рейсов.

Включает: Обработку журнала измерений

Минуты в доли часа.

gi=g0+∆gi	K=∑(∆G∆T) / ∑∆T2	∆gi=(gгиспр)i-(gгиспр)гл	Hi=Hгл+∆Hi
∆gi= (giн-giк)/2	∆gг= gнгл-gкгл	M∆gi=± ∑δi/(n-1)	∆Hi=∆gi/(δg/δH)
gгиспр=gгизм+δgнп	∆T= Tкгл- Tнгл	δi=∆gi-∆g
(δgнп)i=K∆ti	∆t=Ti-Tгл	∆g=∑∆gi/n

Окончательная обработка выполняется на базе. Перевычисляются все результаты. Вычисляются и водятся поправки за влияние луны и солнца.

Вопрос 27

Гравиметр устанавливают на пункт. Приводят в рабочее положение. Подключают электропитание. Берут 3 отчета, расхождение не должно превышать 3 деления. Снимают показание часов. Записывают температуру гравиметра. В примечание записать условие наблюдения, природные условия и особенности. На первых трех точках обязательно повторить измерения чтобы прибор пришел в рабочее положение. Гравиметрический рейс планируется до 4 часов по продолжительности.

Во время гравиметрического рейса запрещается:

- перерывы

- перестраивать диапазон измерения

- изменять тип транспортировки.

Вопрос 28

Для увязки результатов гравиметрических измерений выполненных на отдельных участках земной поверхности, создаются опорные геодезические сети. Опорная гравиметрическая сеть состоит из мировой опорной сети, государственных (рациональных) опорных сетей и местных (полевых) опорных сетей. Последние создают непосредственно перед началом гравиметрической съемки или одновременно с ней. Мировая опорная гравиметрическая сеть в настоящее время образована и уравнена на основании многочисленных гравиметрических наблюдений последних лет в разных странах и рекомендована к применению на XV Генеральной ассамблее Международного геофизического и геодезического союза (МГГС), которая состоялась в 1971 г. в Москве. Национальные опорные сети различных государств отличаются по точности, методике построения, густоте расположения пунктов от сети СССР. Для наблюдения на пунктах опорных

сетей используют лучшие гравиметры — «Ла Косте-Ромберг», «Аскания» GS. Опорные сети всех государств по мере повышения точности приборов и совершенствования методов измерения

заново определяют и уравнивают.

Полевая опорная гравиметрическая сеть создается непосредственно перед началом наблюдений на пунктах рядовой сети или одновременно с ними. Она должна по точности превосходить

рядовую сеть в 1,5—2 раза. Повышение точности достигается за счет использования лучших гравиметров и более совершенной методики наблюдений. Для создания опорной сети применяют

метод многократно-групповых измерений, сокращают длительность рейсов за счет использования более совершенных транспортных средств, выполняют уравнивание сети

Вопрос 29

Опорная гравиметрическая сеть состоит из мировой опорной сети, государственных (рациональных) опорных сетей и местных (полевых) опорных сетей. Последние создают непосредственно перед началом гравиметрической съемки или одновременно с ней.

Национальная опорная гравиметрическая сеть создается относительным методом на территории отдельных государств. Сеть развивается обычно от национального опорного пункта, определенного с высокой точностью относительно исходного пункта Потсдамской системы или пункта системы IGSN-71. Государственная опорная сеть состоит обычно из редкой сети маятниковых пунктов и привязанной к ней сети гравиметровых пунктов разных классов. Для создания национальных опорных сетей используют лучшие маятниковые приборы и гравиметры.

Опорная гравиметрическая сеть создается методом полигонов. Вдоль каждой стороны полигона наблюдения выполняют несколькими приборами одновременно. ведут несколькими независимыми рейсами. Такая методика называется методом многократно-групповых измерений. Государственная гравиметрическая сеть России является основой для выполнения гравиметрических исследований, имеющих целью изучение гравитационного поля и фигуры Земли и их изменений во времени, а также для решения других научных и народнохозяйственных задач, включая метрологическое обеспечение гравиметрических съемок. Она служит для распространения на территорию страны единой гравиметрической системы. Высокоточная государственная гравиметрическая сеть представляет собой совокупность закрепленных на местности и гравиметрически связанных между собой пунктов, на которых выполняют относительные или абсолютные измерения ускорения силы тяжести и осуществляют определение высот и координат этих пунктов.

I – расст до 400км, один на 100-200тыс км в кв, точн. 0,1мГал

II – 100-300км, один на 3-6 тыс км в кв, точн 0,15 мГал

III – до 100км, один на карту 1:25000, точн 0,2мГал

Сущ фундамент пункты – подвалы, капит зд, пп Iкл – аэропорт, морской порт – опред-ся из нивелир Iкл. грав пп Iкл – бетон монолит 0,8×0,8м. фунд пп – верх площ 1×1м. Уравнив сетей Iкл-заик полиг.

Вопрос 30. Эффект Этвеша.

ω Q₁^{’ ОЛ R - радиус земли; r – радиус параллельный проведенный через т. М.; G – вектор силы тяжести; Q – центробежная сила}

K r Q₁ Q1’ = Q1 * cos ϕ; из ОКМ опред r - r = R*cos ϕ

_{G R} M Q₁^’ = ω²*R* cos²ϕ

ϕ

O R_ЗЕМ

N V – скорость движения судна; V_N=V*cos A V_E=V*sin A

v

A движение на север не практически не изменяет значение центробежной силы

E если движение происходит по параллели, то происходят изменения:

При движении с зап на восток угловая скорость увелич => увелич и

центробежная сила, которая уменьшает силу тяж. Наоборот при движении с востока на зап.

(первое слагаемое поправка Кориолисова, вторая центробежное ускорение)

Вопрос 31. Потенциал силы тяжести и его свойства.

Потенциал силы тяжести - физическая величина, характеризующая поле силы тяжести в данной точке. Единица измерения потенциала как удельной энергии 1 Дж/кг = 1 м2/с2.

Потенциал силы тяжести () был введен в теорию гравиметрии для облегчения решения теоретических задач. В точке А, расположенной на расстоянии r_A от центра Земли, выражение для потенциала принимается равным: W_A=GM/r_A, а в любой точке B, расположенной на продолжении радиуса , . Поэтому разность потенциалов будет равна:

В пределе при малом имеем:

отсюда g=-dW/dr, т.е. сила тяжести есть производная потенциала силы тяжести по направлению к центру Земли. С другой стороны, работа, которая может быть произведена при движении притягиваемой точки по отрезку , равна . Поэтому , или работа силы тяжести по перемещению единичной массы на отрезке равна разности значений потенциала на концах этого отрезка. При перемещении точки в направлении, перпендикулярном силе тяжести, dW=0. Это означает, что W =const. Поэтому гравитационное поле можно представить в виде набора бесконечного числа поверхностей, на которых потенциал остается постоянным, а ускорение силы тяжести направлено перпендикулярно этой поверхности. Такие поверхности называют эквипотенциальными или уровенными. В частности, поверхность жидкости на Земле, например, моря, совпадает с уровенной поверхностью. У Земли есть одна уникальная уровенная поверхность, которая совпадает с невозмущенной волнениями поверхностью океанов. Она называется геоидом. Таким образом, геоид - это условная уровенная поверхность, которая совпадает со средним уровнем океанов и открытых морей, проходит под сушей и по определению везде горизонтальна, а ускорение силы тяжести к ней перпендикулярно.

Вопрос 32. Классификация вторых производных.

Гравитационный потенциал, а вернее силовая функция для удельной силы тяжести является непрерывной функцией. Принимающей единственное значение в каждой точке пространства. Поверхности равного потенциала (эквипотенциальные поверхности) как угодно плотно заполняют внешнее пространство, нигде не пересекаясь. Вектор силы тяжести в точке P направлен перпендикулярно к эквипотенциальной поверхности, проходящей через эту точку. Таким образом, гравитационный потенциал во внешнем пространстве образует силовое поле. Оно пронизано силовыми линиями, причем направление силы тяжести совпадает с касательной к силовой линии.

Из сказанного следует, что силовые линии не могут пересекаться, так как в точке пересечения не может существовать два вектора силы тяжести. Вектор силы тяжести (удельной) можно записать следующим образом

где -- орты, направленные соответственно вдоль осей PX, PY и PZ. Очевидно, что составляющие вектора силы тяжести суть первые производные потенциала тяжести

В геодезической и геофизической практике рассматривают также и вторые производные гравитационного потенциала, которые отмечают двойными нижними индексами

Первые производные потенциала являются составляющими силы тяжести по координатным осям х, у и z, поскольку потенциал W должен удовлетворять условиям. Напишем шесть вторых производных потенциала W:

Возьмем начало прямоугольных координат в точке М земной поверхности. Совместим направление оси z с направлением силы тяжести g, а оси х и у расположим в.плоскости горизонта, направив их соответственно на север и восток. В таком случае

можно представить сл.образом:

Эта производная показывает, как изменяется сила тяжести в направлении вертикали, и потому называется в е р т и к а л ь ным г р а д и е н т о м силы т я ж е с т и. Представим аналогичным образом производные

Отсюда видно, что эти производные характеризуют изменение силы тяжести в горизонтальной плоскости: первая — в направлении меридиана, а вторая — в направлении первого вертикала.

Они получили название г о р и з о н т а л ь н ы х г р а д и е н т о в силы т я ж е с т и. Знание горизонтальных градиентов силы тяжести дает возможность определить п о л н ы й горизо н т а л ь н ы й г р а д и е н т, под которым понимается геометрическая сумма векторов и т. е. вектор, указывающий направление, в котором сила тяжести возрастает (или убывает) в плоскости горизонта быстрее всего

Вопрос 33. Изменение силы тяжести во времени.

Подразделяются на приливные(Луна и Солнца) и неприливные (вековые, период, непериод)

δg=K_л,с(3cos²Z-1) cosZ=sinφ*sinδ+cosφ*cosδ*cost φ-широта δ-склонения светила t-часовой угол.

Сила тяжести на уровенной поверхности изменяется. Наибольшего значения сила тяжести достигает на полюсе — около983 гал на уровне моря. На экваторе сила тяжести на уровне моря равна 978 гал. Увеличение силы тяжести на полюсе объясняется двумя причинами: во-первых, на полюсе центробежная сила равна нулю, во-вторых, точка на полюсе находится ближе к центру масс Земли из-за сжатия уровенной поверхности. Центробежная сила, напротив, увеличивается от полюса, где она равна нулю, к экватору, где она достигает значения 3,4 гал.

Сила тяжести в любой точке Земли изменяется в зависимости от положения небесных тел, мгновенной оси вращения в теле Земли, от изменения скорости вращения Земли, а также перемещения масс Земли и деформации ее поверхности. Различают вековые, периодические и непериодические изменения силы тяжести и других элементов гравитационного поля. Причиной вековых изменений силы тяжести могут быть изменение гравитационной постоянной и замедление вращения Земли. Обе эти причины вызывают очень небольшие изменения силы тяжести. Например, вследствие изменения скорости вращения Земли сила тяжести может измениться не более чем на2 - 1 0^-15 мгал/столетие. Поэтому (вековые изменения силы тяжести экспериментально не обнаружены. ΔН=100м, измен пл-ти=0,01г/см³, вызовет повыш силы тяжести на 40 микроГал. Непериодические изменения гравитационного поля вызываются естественными причинами (вулканическая деятельность, землетрясения, перемещения вещества мантии и т.п.) и деятельностью человека (создание крупных водохранилищ, горные выработки). По величине эти изменения являются наибольшим и могут достигать миллигалов. Однако непериодические изменения всегда носят локальный характер и вызывают в целом для Земли незначительные деформации гравитационного поля. Среди периодических изменений силы тяжести главными являются приливные изменения, вызванные влиянием Луны и Солнца. Кроме того, периодическими являются изменения, вызванные собственными колебаниями Земли. Колебания уклонения отвеса (наклоны уровенной поверхности относительно физической поверхности Земли) вызывают изменение превышений, полученных из геометрического нивелирования. Приливные поправки нивелирования невелики. Их нужно учитывать только при обработке результатов высокоточного нивелирования.

Вопрос 34. Уклонение отвеса. Виды. Способы вычисления

Абсолютное уклонения отвеса – это угол между отвесной линией и нормалью к общему земному эллипсоиду.

Относительное уклонение отвеса – угол между отвесной линией и нормалью к референц-эллипсоида

Этот угол, как и высота квазигеоида ξ, обусловлен отличием гравитационного поля Земли от нормального и может рассматриваться в качестве величины, характеризующей форму нашей планеты. При проектировании измерений, проводимых на физической поверхности Земли, необходимо знать направление нормали п к принятому эллипсоиду. Уклонение отвесной линии от направления этой нормали называется астрономо-геодезическим уклонением отвеса (угол (n, g)

Направления отвесной линии можно определить астрономической Широтой и долготой. А геодезические широты и долготы определяются положением нормалью к референц эллипсоиду, следовательно уклонение отвесной линии получают как разность астрономических и геодезических координат.

Существует три способа определения уклонение отвесной линии: Астрономо-геодезический, Гравиметрический, Астрономо-гравиметрический.

Вопрос 36. Неоднородности гравит. поля.

Монтаж с погрешностью не более 25м, с отн-ой погреш 10^-4;10^-5при этом грав поле в пределах пл-ки считается однородным. При работах с 10^-5;10^-6 представление об однородности престает быть. Коор. система, в кот учитывается пол-ие силовых линий – плоская кривая, кот перпенд эквипотенц пов-ти. Касательная к силовой линии к данной т. Сил линии имеют кривизну не совпад с отвесными линиями, не параллель др другу. Вместе с силовыми линиями искрив и пов-ти, ортогональ. При неодн-м поле сила тяжести будет набл-ся отклонение оси вращения Т от силовой линии, поэт при вып-ии геод р-т треб высокой точности, необ учитывать уклонение отвесных линий. При обработке результатов высокоточных геодезических измерений необходимо учитывать влияние уклонения отвесной линии. в инженерной геодезии обычно предполагают, что в пределах съемки отвесные линии во всех точках параллельны, а уровненные поверхности — параллельные плоскости. Такое предположение было бы верным, если бы гравитационное поле Земли было однородным. Напомним, что однородным гравитационным полем называют поле постоянной силы тяжести. Так как сила тяжести в реальном гравитационном поле непостоянна, то гравитационное поле Земли неоднородно, причем в соответствии с разделением поля силы тяжести на нормальное и аномальное будем различать неоднородность, связанную с изменением нормальной силы тяжести, и неоднородность, обусловленную отступлением реальной силы тяжести от нормальной. Все элементы нормального гравитационного поля известны, если только заданы координаты точки. Поэтому влияние неоднородности нормального гравитационного поля (например, поправку?а кривизну Земли в тригонометрическом нивелировании, поправку за кривизну нормальной силовой линии и т. д.) всегда можно учесть в виде поправок. Предположение об однородности гравитационного поля может привести к непренебрегаемым ошибкам в определяемых координатах точек.В процессе измерений геодезические приборы ориентируют по направлениям отвесных линий с помощью отвесов и уровней. Из-за непараллельности отвесных линий вертикальные оси приборовв разных точках оказываются также непараллельными. Если обработку результатов измерений вести в местной системе прямоугольных координат, начало которой совмещено с исходным пунктом сети и направление оси 0Z совпадает с отвесной линией в исходном пункте, то измерения во всех остальных точках сети необходимо привести к этой же системе координат, для чего нужно знать разности уклонения отвеса во всех точках, где были выполнены измерения, относительно исходной. Через точку N проведем плоскость, перпендикулярную к направлению MN₀. Точку пересечения этой плоскости линией MN₀ обозначим через No. Очевидно, что горизонтальное направление будет искажено на угол ΔM за счет составляющей Δu разности уклонений отвеса в плоскости, перпендикулярной к измеренному направлению. Эта составляющая равна

1) попр-ка в изм-ое гориз напр-ие: Δu=Δ𝛏·SinA+Δ𝛈·CosA

ΔM= Δu·tgz, где z – изм зенит расст

2) поп-ка в зенитное расстояние: z=z_изм+ Δʋ, где Δʋ - состав разности уклонений отвеса в азимуте измеряемого направления. Вводится, если точность изм z расст сравнима с величиной уклонений отвеса, т.е. при изм z с погрешностями ок 1"и долей ", если >1,0", то можно не учитывать

Влияние уклонения отвеса в измеренные расстояния:

d_s=Δh·ν, где Δh-превышение м/у конечными точками и линиями, ν-уклонение отвесной линии

Влияние уклон отвеса на геом и тригоном нив-ие:

ΔH=Δh - ν·b, где b – проекция измеряемой линии на пл-ть горизонта

Редуцирование азимута в шахту:

ΔА=-(Δξ·SinA-ΔηCosA)·H/S₀, где Н – глубина шахты, S₀-длина линии

Вопрос 38. Перспективы развития гравиметрии.

В последние годы в связи с широким развитием в мире спутниковых средств измерений и их привлечением к решению задач высшей геодезии в гравиметрии появился новый раздел, называемый спутниковой гравиметрией. Этот раздел занимается созданием и развитием методики получения карт аномалий силы тяжести в свободном воздухе по данным картирования рельефа поверхности океана посредством стационарных спутников. Существенный прогресс в осуществлении данной идеи преобразования высот поверхности океана в гравитационные карты был достигнут после запуска геодезических спутников GEOSAT и ERS-1 (1995 г.). В настоящее время спутниковая гравиметрия располагает точностью 3-7 мГал и разрешением объектов размером 20-30 км. Точность метода существенно возрастает при совместном использовании результатов спутниковых измерений с данными локальных гравиметрических съемок.