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1、测绘技术装备第 1 5卷2 0 1 3年第 4期 装备 园地 8 5 B u r r i s型相对重 力仪检验 与调整的方法 康胜军 ( 1 武汉大学测绘学院 湖北武汉4 3 0 0 7 9 ；2 国家测绘地理信息局第一大地测量队 陕西西安7 1 0 0 5 4 ) 摘要：通过对 B u r r i S 型相对重力仪各项检验 内容原理的分析，结合多年实践应用的经验，总结出该类型 仪器检验与调整的方法，该方法可为 B u r r i S 型仪器的鉴定及校准提供可靠的依据。 关键 词：相对 重力仪B u r r i S 检验调整 1 引言 B u r r i S 型 相 对 重 力 仪 是 美 国
2、 Z L S 公 司在 L a c o s t e型相对重力仪 的基础上研发的， 其产品全称 为T h e A u t o m a t e d B u r r i S G r a v i t y M e t e r w i t h U l t r a G r a v C o n t r o l S y s t e m 。 Z L S是英文 Z e r o L e n g t h S p r i n g 的简写 ，中文一般译作零长弹簧 。在弹簧 的制 作过程中通过一定的工艺手段给其施加一定 的 预应 力，预应力的大小刚好抵消弹簧未受力时的几 何长度 ，使得弹簧 的初始长度等于零 ，这就是所谓 的
3、零长弹簧。零长弹簧是一个物理上的概念，而不 是视觉上的。B u r r i S型相对重力仪与 L a c o s t e型相 对 重 力 仪都 是基 于 零 长 弹 簧 的 原理 制 造 的 ，但 B u r r i S型仪器还具有一些优点：零漂更小 、完全数 字化 的读数方式 、5 0 m G a 范围 自动读数 、更为精密 的调平装置等 。 B u r r i S型相对重力仪 已广泛应用于石油勘探、 考古勘探 、地震研究 、国家重力场模型建立等。作 为高精 密的仪器，为确保其最佳工作状态 ，必须在 作业 前及作业过程 中进行检验和调整 。但是， 目前 国内尚无针对该类型仪器检验与调整 的规
4、范或标准 ，且 由于各 自应用 的目的不同，对仪器检验和调整 的要求和方法也不尽相同。为 了促进该类型仪器检 验和 调整方法的完善 ，以及促使有关规范或行业标 准的尽早出台，本文重点就 B u r r i S型仪器检验与调 整的方法进行探讨。 2 B u r r j S型相对重 力仪检验 与调整的内容简介 B u r r i S型相对重力仪的检验与调整主要包含 以 下六 项 ： A )读数检流计平衡位 置及 增益 的检验与调整 ( 仪器读数线 的检验与调整) ； B)纵水准检流计平衡位置及 增益 的检验与调 整 ； C )横水准检流计平衡位 置及 增益 的检验与调 整 ； D )读数检流计因子
5、的测定与调整； E )反馈因子的测定与调整 ； F )倾斜改正函数参数的测定与调整 。 其 中 A 、B 、C三项是对仪器本体的检验与调整， 是仪器状态 的关键 。通常这三项 内容 的调整是通过 调整对应的 Z E R O 、G A I N两个 电位器完成的。 Z E R O电位器 的作用是调整检流计平衡位置的， 也叫调整零位。检流计平衡位置也叫机械参考位置 ， 是重力仪获得最大读数的位置。B u r r i s型相对重力 仪的三个检流计都是按 4 0格等分的，通常其平衡位 置都会设置在检流计的中间，即将检流计设想为 ( 一 ) 2 0 0一( + )2 0的刻度尺。调整零位 即将平衡 位置的
6、指针调整到刻度尺的 “ 0 ”位置。刻度尺 的方 向与仪器的状态是没有任何关系的，为便于后文叙 述 ，此处设定：正面对着检流计时的左手方 向为负， 即正面对着仪器时，纵水准检流计的左侧为负，横 水准检流计和读数检流计 的下方为负。 G A I N 电位器 的作用 是调整 检流计增益 。根据 B u r r i s型相对重力仪的设计原理，要使仪器达到最 佳的工作状态，三个检流计的增益都必须达到一个 恒定的要求 。针对读数检流计而言 ，其最佳增益应 为：当占空比设为 1 0 时， 读数检流计 的指针对应到 -2 0刻度处；当占空比设为 9 0 时，读数检流计 的指 针对应N+ 2 0 刻度处。 占
7、空比是仪器读数的一个重要 信息，它与读数盘设定值和实际重力值之 间的差值 成 比例 ，当差值为零时，仪器的反馈驱动力为零 ， 读数不受电子反馈 的影响。为了便于操作 ，仪器制 造者将差值为零 时的占空比设定为 5 0 ，将差值为 一2 5 m G a l 、+ 2 5 m G a l的占空比分别设计为 0 和 1 0 0 。 针对纵 ( 横 )水准检流计而言，其最佳增益都是有 标准要求的，要求见表 l 。 其 中 D、E 、F 三 项 内容 是对 仪 器控 制系 统 U l t r a G r a v重要参数 的测定与调整 ， 是确保仪器获得 准确重力读数的关键。这三项内容中属 E项最为重 要
8、，反馈 因子就是将反馈驱动力转换为重力读数 的 系数 。由于电子设备的状态总会随着 时间而改变 ， 因此进行高精度的测量时，需要更高精度 的反馈因 子。此项 内容的测定通常需要多次重复观测。 8 6装备园地 测绘技术装备第 1 5卷2 0 1 3年第 4期 表 1 ：B u r r i s 型仪器纵 ( 横)水准检流计的标准增益 偏离平衡位置的格数 与平衡位置读数差 ( re G a 1 ) 7 一O 0 21 8 0 0 2 7 9 -0 03 4 1 0 -0 0 42 1 1 0 05 1 1 2 0 0 6l 1 3 0 0 7 2 读数检流计因子是将读数检流计指针位置转换 为重力读数
9、的系数，其与反馈因子 的测定基于同样 的前提 ，就是仪器应具备 良好的线性静 电反馈系统 4 0 倾斜 改正函数参数的测定与调整是对仪器状态 更高层次的要求，完成该项测定与调整可使仪器在 一定程度的倾斜范围内仍能获得正确读数 ，由此可 使得仪器具有更好的工作性 能。依据作者 的研究结 果，准确的倾斜改正函数至少可使仪器忽略任意方 向 3 O角秒 ( 5格 )内的倾斜 。该项内容需要进行二 次多项式 的曲线拟合 ， 通常由拟合的曲线也可 以检 查 B 、C两项检验与调整结果的优劣 。 3 B u r r i s型相对重力仪检验 与调整的步骤 通常，B u r r i S型相对重力仪的检验和调整都
10、可 按照第 2款 中 A )F )的顺序进行。只有在仪器首 次使用 ( 购置的新仪器 )时，通常需要先进行一次 反馈因子的测定及调整，后再按照第 2款中 A )F ) 的顺序进行。 3 1读数检流计平衡位置及增益的检验与调整 ( 仪器读数线的检验与调整 ) 1 )置平仪器，松摆 。 2 )打开 U l t r a G r a v软件 ，设置 占空比为 5 0 。 3 )解锁读数盘并旋转，使读数检流计的指针值 为 0( 居中) 。 针值调为+ 2 0 。 8 )设置 占空比为 1 0 ，观测读数检流计的指针 值是否为一 2 0 。因为指针在检流计 中的位置很难准确 读取或设置，因此重复 4 )7
11、 )步骤有时是难免的。 9 )若读数检流计平衡位置及增益的检验与调整 达到理想状态后， 设置占空比为 1 0 ， 通过 U l t r a G r a v 软件读取仪器频率，记为 B F 。 l O )设置 占空比为 9 0 ，读取仪器频率，记为 TF。 1 1 )将 B F与 T F中的较大者记为 M a x S t o p ，较 小 者记 为 M i n S t o p ， 两 者 的平均 值记 为 R e a d i n g Li ne。 1 2 )打开 U l t r a G r a v软件的参数设置菜单，更 新对应值 ，即可完成仪器读数线的检验与调整。 3 2纵水准检流计平衡位置及增
12、益的检验与调整 1 )置平仪器，松摆 。 2 )打开 U l t r a G r a v软件，找到正确的读数盘设 定值 ( 该值应为 5 0的整倍数 ) 。 3 )观测重力值，记为 O B S G M 。观测过程中可不 选择 固体潮 改正，因为在较短时间内固体潮改正 的 变化很小。 4 )转动螺旋使纵水准检流计指针左偏 1 0格， 观测重力值，记为 O B S G L 。转动纵水准检流计时， 务必保证横水准检流计指针值为 0 。 5 )转动螺旋使纵水准检流计指针右偏 2 0格， 即 右偏离平衡位置 1 0格，观测重力值 ，记为 O B S G R 。 若 l O B S G LO B S G
13、R l 0 O 0 5 m G a l ，则说明纵 水准检流计的平衡位置是合适的，可直接进行第 8 ) 步骤 。 6 )将平衡位置的指针 向 O B S G L和 O B S G R两者 中的较大值方 向移动，每次移动 l格 。也就是说当 O B SGL是较大值的，则指针 向左移动 1格，即新的 平衡位置在刻度尺上的值为一 1 。 7 )重复 3 )6 )步骤 ，直至找到合适的平衡位 4 )设置 占空比为 1 0 ，观测读数检流计的指针置 。 值，记为 B S 。 若有指针值超出刻度尺 的范围，应先用读数检 流计的 G A I N电位器将其调整到刻度尺范围内，然后 读数 。 5 )设置占空比为
14、 9 0 ，观测读数检流计的指针 值 ，记为 T S 。 6 )使用读数检流计的 Z E R O 电位器将检流计指 针值调整为 T S与 B S的平均值。 7 )使用读数检流计的 G A I N 电位器将检流计指 8 )使用纵水准检流计对应的 Z E R O 电位器将新 的平衡位置设置为 0 。 9 )计算平均的偏离值 o f f s e t 。 0 B S G MO B S G L+O B S G MO B S G R ， 、 ot 士set = _ = _二 _二 L上J 2 ( i )式中：O B S G M 、O B S G L 、O B S G R均为上述 过程中的最终结果。 l O
15、 )从表 1中查找到 o f f s e t 值偏离平衡位置的 格数 P ，再用纵水准检流计对应 的 G A I N电位器将 当 测绘技术装备第 l 5卷2 0 1 3年第 4期 装备园地 8 7 前左偏 ( 或右偏 )l O格的指针调整到新的格数 P处。 P 值的计算通常需要假设表 1中相邻两格间的读数具 有线性特征 ，尽管这种假设不准确 ，但其对仪器的 调整无任何影响。 例如，o f f s e t等于- 0 0 5 5 ，通过查表 1可知， 其对应 的 P值应该位于 l 1 与 l 2之间。 P ： i i + 二 ： 二 (二 ： ： l 1 _ 4 0 0 6 1 一( - 0 0 5 1 ) 3 3横水准检流计平衡位置及增益的检验 与调整 横水准检流计平衡位置及增益 的检验 与调整的 步骤与 3 2款相 同，但 由于横水准检流计指针 的偏 移会影响到纵水准检流计的指针 ，因此，在偏移横 水准检流计指针时，应确保纵水准检流计 的指针始 终处于平衡位置。 3 4读数检流计因子的测定与调整 1 )置平仪器，松摆。 2 )打开 U l t r a G r a v软件，设置占空比为 5 0 。 3 )解锁读数盘并旋转，使读数检流计的指针值 为 0( 居 中) ，读取读数盘 的数值，记为 S 。 4 )将仪器读数
