Разработка баллистического гравиметра для абсолютных измерений ускорений силы тяжести

• Автор: Генкин, Игорь Семенович
• Шифр специальности: 01.04.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1985
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 124 c. : ил

При решении ряда задач геофизики, геологии и геодезии широко используются результаты измерений ускорения силы тяжести. В частности, с их помощью выявляют структурные неоднородности земной коры, стремятся получить информацию о пе-ремещениях масс, вызванных геодинамическими явлениями. Делаются попытки использовать результаты измерений силы тяжести в комплексе данных для предсказания землетрясений и извержения вулканов. Результаты измерений силы тяжести используют для изучения процессов эксплуатации нефтяных и газовых месторождений, а также подземных газохранилищ.
Очевидно, что по мере повышения точности и детальности изучения гравитационного пойя Земли, число задач, решаемых с помощью гравиметрии будет расширяться. Поэтому актуальной является задача создания гравиметрических приборов с помощью которых возможно повысить точность и детальность изучения гравитационного поля Земли. В настоящее время гравиметрические сьмки выполняют, главным образом, относительными гравиметрами. Несмотря на высокую точность измерения относительными гравиметрами, передача значений ускорения силы тяжести с их помощью привела к возникновению больших систематических погрешностей даже в опорных гравиметрических сетях!.
Успехи в развитии электронных счетных приборов и оптических квантовых генераторов ( ОКГ ), имевшие место в 60х годах, позволили в ряде стран приступить к разработке баллистических гравиметров для измерения абсолютного значения силы тяжести с относительной ошибкой в 1СГ8 - Ю”^* Широкое применение баллистических гравиметров позво-лило-бы:
- повысить точность гравиметрических съемок за счет отказа от многоступенчатости построения опорных сетей;

- снизить затраты на создание высокоточных гравиметрических сетей, так как отпадает необходимость в частых контрольных наблюдениях на

исходном пункте;

- наиболее уверенно решать вопросы,связанные с регистрацией изменения силы тяжести во времени;
- иметь равноточную сеть гравиметрических пунктов, в которых ошибки определений не зависят от расстояний между пунктами;
- применить результаты измерений силы тяжести для решения новых научных и народно-хозяйственных задач, в том числе и задач, которые не могут быть решены при относительных измерениях силы тяжести. К таким научным задачам можно отнести, например, изучение движения центра масс Земли во времени, проверку гипотезы Дирака об уменьшении гравитационной постоянной во времени, проверку гипотезы об изменении радиуса Земли.
Поэтому разработка баллистического гравиметра является актуальной задачей. Единичные экземпляры современных баллистических гравиметров созданы во Франции, США, Японии и Китае. Приборы работают на одном из двух различных способах наблюдений свободного движения уголкового светоотражателя, симметричном и несимметричном. Член корр. АН СССР Ю.Д. Буланже замечает, что сравнение между собой абсолютных гравиметров различных конструкций позволяет более или менее уверенно решать вопрос оценки точности абсолютных измерений силы тяжести до тех пор, пока мы не распологаем должными знаниями в этой области.
В СССР, с 1972 года проводятся наблюдения баллистическим гравиметром Института автоматики и электрометрии ( ИАиЭ ) СО АН СССР, построенном на несимметричном способе. В этоже время в Институте физики Земли АН СССР начата бала работа по созданию баллистического гравиметра^построенного на другом методе - наблюдение симметричного падения уголкового светоотражателя. В 1975 году в ОКБ ИФЗ был

изготовлен баллистический блок, где на высоту около 120 см вертикально вверх подбрасывался уголковый светоотранатель. Б этом же ОКБ был изготовлен сам уголковый светоотражатель, сейсмометр и лазерный интерферометр. Оптическая схема интерферометра позволяла получать одну интерференционную полосу при перемещении уголкового светоотражателя на расстояние, равное А/4, где Л - длина волны излучения источника света интерферометра.
В связи с этим, перед диссертантом были поставлены следующие задачи:
- разработать методику юстировок и провести исследования баллистического гравиметра;
-’доработать гравиметр по результатам исследований ;
- разработать методику работы с этим гравиметром;
- выполнить экспериментальные наблюдения абсолютного значения силы тяжести гравиметром;
- определить пути дальнейшего совершенствования гравиметра.
Решению этих задач и посвящена данная работа. Её актуальность и элементы новизны состоят в том, что впервые в стране создан баллистический гравиметр, построенный на наблюдении симметричного падения уголкового светоотражателя, выполнены его исследования и разработана методика работы с ним, обеспечившие измерение абсолютного значения силы тяжести на испытательной станции Института с погрешностью + 5 мкГал ( по внутренней сходимости ). Полная ошибка результата с учетом систематических ошибок составила + 30 мкГал. Доминирующей в полной ошибке является ошибка, связанная с нестабильностью и воспроизводимостью длины волны излучения используемого серийного оптического квантового генератора.
Измеренное гравиметром абсолютное значение силы тяжести является начальной гравиметрической датой в пункте наблюдения для изучения изменений силы тяжести во времени.
49 -•

Па»

Ь*=г
Оптическая схема баллистического гравиметра