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1、-分 类 号 密 级U D C 编 号 10486 武 汉 大 学工程硕士专业学位论文A10型绝对重力仪的原理研究及精度分析研究生*康胜军学 号 93指导教师、职称罗佳 副教授企业导师、职称 肖学年 高级工程师工 程 领 域 名 称 测绘工程研究方向 绝对重力测量二一三年十一月Theory Research and AccuracyAnalysisfor A10 Absolute Gravity MeterByKang ShengjunSupervised By Adjunct Professor LuoJiaSupervised By Senior Engineer*iao*uenianSc
2、hool of Geodesy and Geomatics, Wuhan UniversityNovember, 2013. z.- 重 声 明本人的学位论文是在导师的指导下独立撰写并完成的，学位论文没有剽窃、抄袭、造假等违反学术道德、学术规和侵权的行为，否则本人愿意承当由此而产生的法律责任和法律后果，特此重声明。学位论文作者签名： 年 月 日. z.-摘 要绝对重力测量对地球重力场的相关应用和研究有着十分重要的意义。随着其应用领域的不断扩展，关于该项技术的研究、分析也必将深化。对于绝对重力测量仪器的原理研究及精度分析就是其中重要的分支。论文简单回忆了绝对重力仪开展的历史，对国绝对重力测量和仪
3、器现状进展了描述。以A10型绝对重力仪为例，总结了自由落体式绝对重力仪的原理、组成构造、数据处理方法，并从理论上分析了其与FG5型绝对重力仪的差异。通过屡次比对试验，重点比对、分析了A10型与FG5型绝对重力仪在测量精度上的差异。论文结论对于A10型绝对重力仪的应用推广有着积极的意义。关键词：A10型绝对重力仪、绝对重力测量、精度。AbstractAbsolute gravity measurements has a very important significance for the Earths gravity field related applications and researc
4、h. With the continuous e*pansion of its applications, the research and analysis in this technology will bee more and more important. one important branch is the theory research and accuracy analysis for absolute gravity meter.This paper briefly reviewed the history of the development of absolute gra
5、vity meter, describes the actualityof domestic absolute gravity measurement and meters. In case A10 absolute gravity meter,summarized the principles of free fall absolute gravity meter, position, method of data processing and analyzed the differences in theory whit the FG5 absolute gravity meter. Af
6、ter repeated parison test, focusing on paring and analyzingthe differences of measurement accuracy between A10 with FG5 absolute gravity meter. Conclusion of this paper has a positive meaning for A10 absolute gravity meter application and promotion.KeywordsA10 absolute gravitymeterabsolute gravity m
7、easurementaccuracy目录摘要IABSTRACTII1 绪论11.1重力测量概述11.2 绝对重力仪开展的历史21.3 国绝对重力测量的现状41.4 本文研究的背景及意义52 A10型绝对重力仪的原理72.1 A10型绝对重力仪的测量原理72.1.1 自由落体原理概述72.1.2 A10型绝对重力仪的测量原理82.2 A10型绝对重力仪的组成构造及功能112.3与FG5型绝对重力仪组成构造的差异172.3.1 FG5型绝对重力仪的组成构造简介172.3.2 A10与FG5组成构造的差异183 A10型绝对重力测量的数据处理203.1 数据采集与准备203.1.1 信息收集203.
8、1.2 系统设置203.1.2 采集的参数213.2 各项改正213.2.1 固体潮改正213.2.2 气压改正273.2.3 极移改正283.2.4 重力垂直梯度改正283.3 计算结果283.4 与FG5型绝对重力测量数据处理的差异304 A10型与FG5型绝对重力仪的比对试验314.1 引言314.2 比对试验314.2.1 第一次比对试验314.2.2 第二次比对试验344.3 比对结果分析375 结论与展望38主要参考文献40致42. z.-1绪论1.1重力测量概述万有引力：质量与质量之间的一种相互吸引力，简称为引力，即 1.11.1式中：G为引力常数，为,、为两个物体的质量，为两个
9、物体间的距离。离心力：地球上的质点随着地球的旋转都会受到离心力的作用，离心力为惯性力，非物质力，其方向垂直于自转轴向外，并且随该点到自转轴距离的增大而增大，其大小为： 1.21.2式中：R为地球半径，为质点的纬度，为地球自转的角速度。赤道上的离心力最大，而两极的离心力为零。离心力和引力相比是很小的，即使在赤道上，离心力也只是引力的1/3001。重力的定义：宇宙间全部物质对任一质点所产生的引力和该点相对于地球的瞬时角速度及瞬时地极的离心力之合力。从重力的定义而言，重力是一个空间和时间的函数,它的大小等于物体自由落体加速度的大小，单位是：距离/ 时间平方。标称的重力值大约为9.8。重力单位也常用G
10、al，称为伽，以纪念意大利科学家伽利略GalileoGalilei。由于Gal单位太大，一般用不到，通常利用的有mGal毫伽、Gal微伽。其换算关系为：现在一般的报告或文献中多用国际标准单位、,因此本文均采用国际标准单位。重力测量两个最主要的测量方式分别是绝对重力测量和相对重力测量：绝对重力测量是用绝对重力仪直接测定地面上*点的绝对重力值，地球外表上的绝对重力值约在978000983000根据现有资料，最小值是珠峰地区的，最大值是南极长城站的围；相对重力测量是用相对重力仪测定地面上两点之间的重力差值，地球外表上的最大重力差约为5000。这两种测量方式相辅相成，绝对重力测量是相对重力测量的基准，
11、相对重力测量是绝对重力测量的有效补充。绝对重力测量精度高，直接获得点位重力值，但受绝对重力仪工作条件限制，多数点位难以直接实施测量。相对重力测量精度相对较低，但仪器轻便，工作条件宽松，是大围实施重力测量的主要方式。除此，还有一种固定台站式的重力测量方式，观测重力随时间的变化，主要用于研究地球固体潮的变化。重力测量，尤其是绝对重力测量一直是测绘、地球物理领域一个关键技术、是研究和确定地球重力场信息的重要工具，其在国家重力基准的建立与维护、水准面的准确测定、地震监测、资源勘探、国防建立等方面发挥着重要的作用。1.2 绝对重力仪开展的历史绝对重力仪的开展经历了一个较长的历史时期。从十六世纪末世界上进
12、展第一次绝对重力测定至今，曾经出现过多种不同类型的绝对重力测量装置或绝对重力仪，但其根本原理仍然只有振摆和自由落体两种。因此在表达A10型绝对重力仪原理之前，首先概述绝对重力仪开展的历史阶段。绝对重力仪的开展根本经历了三个历史阶段2。1振摆阶段十八世纪至十九世纪。这一阶段重力测量仪器主要以摆仪为主。这种方法是建立在荷兰物理学家惠更斯Ch.Huygens的数学摆周期公式的根底上，即摆动周期与摆长和重力加速度之间的比例关系。但是这种摆仪受到制作工艺的极大限制，测量精度较低。即使在当今的制造工艺水平下，制造一个测量精度到达1的摆仪也是相对不容易的。当摆动周期为1s时，周期的观测误差不得超过3.5；当
13、改化摆长为1m时，摆长的量测误差不得超过1mm。假设按现在绝对重力测量精度的要求1，振摆周期和摆长的测定精度将提高千倍，更何况单摆实际上是不能准确制作的，摆长是从摆动支点到摆重心的距离，重心是看不见的，因此这一方法几乎无实用性。2扭秤阶段二十世纪上半叶。扭称是英国物理学家卡文迪许H.Cavendish创造的，其利用的是屡次放大及等效的原理。这一阶段是高精度绝对重力测量的开场，其主要奉献在于对高精度绝对重力仪的设计奠定了思想根底。3自由落体绝对重力仪阶段二十世纪下半叶。由于激光的创造及高精细测时技术的开展，激光干预绝对重力仪得到了快速的开展。应用自由下落法来测定重力加速度是激光干预绝对重力仪的主
14、要方法。激光干预绝对重力仪商品化最成功的是美国Micro-g LaCoste公司研制的FG5型和A10型绝对重力仪3。FG5型绝对重力仪是一台集光、机、电、计算机、真空技术于一体的高、精、尖智能设备。测量精度可达2。A10型绝对重力仪器是一种便携式的绝对重力仪，具有高精度、高重复性、便于操作的优点，可用直流电源工作，适用于野外流动重力测量。测量精度可达10。该公司还研制了一种FG5-L型绝对重力仪，其是标准FG5型绝对重力仪的简化版本。仪器测量精度可达10。该类型绝对重力仪体积小、高速数据采集、使用方便、便携性好和价格较低。为了保证可升级性，其多数部件都与标准的FG5型绝对重力仪兼容。实际上FG5-L型绝对重力仪是A10型绝对重力仪思想上的前身。随着A10型绝对重力仪的研制成功，FG5-L型绝对重力仪已根本处于停滞生产状态。目前，Micro-g LaCoste公司已对FG5型绝对重力仪进展了升级，推出了FG5-
