《攜帶型金屬彈簧重力儀探頭技術的初步研究》是依託中國科學院精密測量科學與技術創新研究院，由塗海波擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：攜帶型金屬彈簧重力儀探頭技術的初步研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：塗海波
- 依託單位：中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
實踐表明，由於恆彈性金屬製作的彈簧可以具有極低的老化率和溫度係數，攜帶型金屬彈簧重力儀已逐漸發展成了國際上最主要的攜帶型重力儀之一，有力地促進了地球動力學和軍事科學等領域的研究。然而在我國，攜帶型金屬彈簧重力儀的研究長期是一片空白，這與國際上的相關研究明顯脫節。針對這一空白，並充分利用我們研究所在重力儀器研發方向二十多年的技術積累，本項目提出設計和試製基於金屬彈簧的助動式微伽級的重力敏感探頭實驗室原理樣機一套。主要研究內容包括金屬零長彈簧的特性研究，高穩定的助動式重力敏感探頭的機械設計和試製。最終目標是經過探頭的組裝調試，使敏感探頭的實驗室原理樣機的解析度達到5~10 μGal，為將來形成我國的攜帶型金屬彈簧重力儀的產業化能力打下硬體技術基礎。
結題摘要
長期以來，我國的攜帶型重力儀的研製和生產與國際先進水平差距較大，不能滿足國家對基礎重力數據獲取、資源勘探、軍事科學研究等領域的套用需求，導致依賴大量進口CG、LaCoste、Burris等型號的攜帶型重力儀。上述攜帶型重力儀或採用熔融石英絲製作彈性結構、或基於精密金屬彈簧構建彈性結構，二者各有優缺點。相比較而言，由於金屬彈簧比石英彈簧具有更好的長期穩定性，且導體表面不易聚焦大量靜電荷而引起靜電噪聲，因此有更高的潛在解析度。本項目基於上述背景，面向攜帶型重力測量需求，以課題組自製精密金屬彈簧為核心部件設計和加工試製了對地表重力敏感的機械結構，螺旋主彈簧和杯狀的半空圓柱體採樣質量及一系列輔助元件構成精密彈性結構固定在低脹框架上構成核心探頭，採樣質量的底部採用電容極板進行微位移測量和靜電反饋控制，核心探頭的框架外尺寸為60mmⅹ94mmⅹ193mm。其外側構建有雙層恆溫結構，最外層為重力儀保護殼體，重力儀外尺寸為196mmⅹ242mmⅹ306mm，總質量15kg。項目組對探頭的參數進行了詳細設計分析，重點實驗研究了彈簧的特性、雙層溫控單元、高精度測溫和溫度補償、電容式微位移感測與靜電反饋等單元以及系統調試。實驗表明，測微電路在0.1 Hz附近的檢測解析度達到了0.5nm/Hz1/2。雙層恆溫單元的溫控水平達到0.008oC（當環境溫度變化10oC時），自研的高精度溫度感測器的測溫靈敏度優於1ⅹ10-5K；在5mHz附近，重力儀探頭的測量解析度達到了5μGal/Hz1/2，符合項目預期。殘餘的非線性溫度效應是其限制因素之一。該項目支持發展的相關技術對類似的精密測量儀器具有一定的普適性，可以為其所用；基於金屬彈簧的攜帶型重力測量探頭有望在未來幾年內投入使用，服務於我國的經濟發展和基礎科學研究。
