基本介紹
- 中文名：超導重力儀
- 外文名：superconducting gravimeter
- 用途：測定相對重力變化的新型儀器
- 原理：超導線圈內產生永久性的閉合電流
工作原理,總體結構,超導磁懸浮系統,磁禁止,電禁止,優點,用途,
工作原理
首先設法在超導線圈內產生一個永久性的閉合電流。由於超導體的電阻為零，這一電流非常穩定。然後，在超導線圈所產生的一次磁場中放置一個同樣由超導材料做成的小球。由於超導體的完全抗磁性，磁場不能穿入小球內部。小球表面感應電流所產生的二次磁場與線圈永久電流所產生的一次磁場互相排斥，使小球浮起，當小球受到的浮力與其重量互相平衡時，小球則浮線上圈上方的一定高度。
總體結構
超導重力儀的總體結構如圖所示。它包括超導磁懸浮系統、磁電禁止及其支承部分。
超導重力儀結構示意圖
超導重力儀結構示意圖超導磁懸浮系統
如圖所示，同軸地安裝兩個薄圓形超導線圈，以適當的比例分別給每個線圈激勵起一個持續電流，由它們產生的磁場疊加後形成一個有一定梯度的磁場，以對一超導球提供懸浮力。
超導磁懸浮系統及球的位置檢測系統
超導磁懸浮系統及球的位置檢測系統處在其軸中心上的是一個被懸浮著的超導球，它是直徑為25毫米的鍍鉛空心鋁球，質量為4.114g。在球的周圍放置著球形電容極板，分為上下各一塊和前後左右四塊電容極板。球和電容極板裝在用銦絲密封的真空室內。為了使球的運動有適當的阻尼，並保持與液氦池的熱交換，在真空室內充有10-1-10-2托的氦氣。
浮球磁場是由直徑0.15mm鈮線繞制的兩個超導線圈產生的。下線圈是起磁支撐的主線圈，上線圈是作磁場梯度調節用的副線圈。線圈內徑為58mm，高5mm，800匝，被固定在真空室的外壁上，兩線圈中心相距20-40mm。在上線圈外層繞有40匝超導線圈作為微調線圈，以微小電流（毫安量級）對懸浮著的球的位置進行細調，直到電容電橋的輸出達到最小值。每一線圈都裝有超導熱開關，當磁場調整到要求數值時，超導線圈進入持續電流工作狀態。
磁禁止
為了減小外界雜散磁場的影響，在真空室的周圍設有高導磁率的坡莫合金禁止筒和超導鉛禁止筒。先由坡莫合金禁止筒禁止地磁場和其它雜散磁場，造成一個弱場環境，然後再由超導鉛禁止筒有效地禁止外界變化磁場，為超導磁懸浮系統提供一個極其穩定的磁環境。
在雙層坡莫合金禁止筒里放置了一個鍍鉛超導禁止筒，筒底呈圓弧形，筒外壁為高純鉛料電鍍層，並作了表面防氧化措施。這樣的磁禁止系統在低溫下，當外部用人為磁場進行干擾時，筒內的磁場穩定度優於10-5G，達到飽和磁強計的檢測極限值。
電禁止
由於重力變化引起球體的位移量非常之小，例如相對重力變化為10-8時，球的位移量僅僅是埃的數量極，這相當於電容電橋中的電容量改變在10-6pF。對於如此微弱信號的檢測，除了要求有高靈敏度的儀器及將前置放大器放在離電容電橋儘可能近的地方外，還必須儘量減下信號輸出線對地及引線間的分布電容。有效的措施是將信號引出線從作為總體機械支承的德銀管中引出。這樣，德銀管的本身又兼作電禁止用，使電橋的背景噪聲大為降低，檢測靈敏度提高近8倍。
優點
超導重力儀具有極寬的動態線性測量範圍、極低的噪音水平、極小的漂移、極高的穩定性和靈敏性，被認為是觀測精度最高、穩定性和連續性最好的地球重力信號觀測儀器，對重力場變化的靈敏度很高，廣泛套用於時變重力場研究。超導重力儀的發明及其在全球範圍內的長期連續觀測為我們研究地球重力場的精細結構及其物理和力學機制開闢了廣闊的前景。
用途
超導重力儀是為地球物理研究而設計的低溫裝置，它可用於研究重力作用、地殼運動研究、潮汐譜、地熱蒸氣、油田勘探等。
地表觀測到的重力場包含地球自身的引力和地球旋轉引起的慣性離心力除此以外還有日月和其它天體的引力和與其系統質心平動有關的慣性力。通常我們將後兩個力的合力稱為引潮力。研究表明，地球是一個十分複雜的近似分層橢球體，不同層面上的物質構成是不同的，有彈性、非彈性的、塑性的甚至是液態物質。在天體引潮力的作用下地球內部和外部形狀時刻發生周期性變化，我們稱這種現象為固體潮。固體潮的存在伴隨各種各樣的地球物理場變化（例如重力，傾斜和應變等），另外在引潮力的作用下，大氣和海洋同樣將發生周期性的變化。
由重力儀器觀測到的重力場變化稱為重力固體潮，研究表明利用重力固體潮觀測可反演研究地球內部運動的各種規律和物質分布特徵。通過兩台超導重力儀同步對比觀測，潮汐頻段內的主波振幅觀測精度達到10-10m·s-2量級。國際大地測量和地球物理聯合會（IUGG）下屬的地球深部研究小組（SEDI）倡導並組織實施全球地球動力學計畫（GGP），利用全球19台超導重力儀長達6年（1997-07~2003~06）的長期、連續、穩定和同步觀測資料
（採用相同的數據採集格式和分析軟體）研究地球動力學問題。
（採用相同的數據採集格式和分析軟體）研究地球動力學問題。
