Analysis of vibration correction performance of vibration sensor for absolute gravity measurement

doi:10.7498/aps.70.20211686

Abstract

Highlights

隔振和振动补偿是绝对重力测量处理振动噪声的两种主要方法[14, 15] 。其中, 振动补偿是通过传感器探测振动噪声来修正测量值,具备强振动环境下开展绝对重力测量的应用潜力,但振动传感器的性能制约着振动补偿效果。目前常用于振动补偿的振动传感器有两类:宽频带地震计和加速度计。宽频带地震计分辨率较高,其带宽约在 0.01 Hz 至 80 Hz,相对于振动补偿应用较窄,对于高频振动存在探测信号失真问题,而且量程较小通常不适用于较强振动噪声及移动平台环境; 加速度计测量分辨率比宽频带地震计要低,但带宽可达数百 Hz 甚至 kHz 量级, 量程一般都超过±2 g,可以适应较强振动噪声及移动平台环境。以卡尔加里大学、中国计量院、清华大学、浙江大学和法国巴黎天文台等为代表的研究机构采用地震计实现了实验室环境下的振动补偿,补偿后单次测量标准差达到百微伽量级[1520]。以苏黎世联邦理工学院、法国航空航天实验室、浙江工业大学等为代表的研究机构则应用加速度计进行了野外或移动平台的振动补偿,补偿后单次测量标准差达到毫伽量级[21,22,23,24]。然而上述振动补偿技术的研究并未系统分析和比较传感器的性能指标对振动补偿效果的影响。
Tidal gravity measurement conducted by T-3 type high-precision absolute gravimeter at Xi'an
Vibration acceleration measured by JN06D on the gimbal during a single drop

Summary

Introduction

隔振和振动补偿是绝对重力测量处理振动噪声的两种主要方法[14, 15] 。其中, 振动补偿是通过传感器探测振动噪声来修正测量值,具备强振动环境下开展绝对重力测量的应用潜力,但振动传感器的性能制约着振动补偿效果。目前常用于振动补偿的振动传感器有两类:宽频带地震计和加速度计。宽频带地震计分辨率较高,其带宽约在 0.01 Hz 至 80 Hz,相对于振动补偿应用较窄,对于高频振动存在探测信号失真问题,而且量程较小通常不适用于较强振动噪声及移动平台环境; 加速度计测量分辨率比宽频带地震计要低,但带宽可达数百 Hz 甚至 kHz 量级, 量程一般都超过±2 g,可以适应较强振动噪声及移动平台环境。以卡尔加里大学、中国计量院、清华大学、浙江大学和法国巴黎天文台等为代表的研究机构采用地震计实现了实验室环境下的振动补偿,补偿后单次测量标准差达到百微伽量级[1520]。以苏黎世联邦理工学院、法国航空航天实验室、浙江工业大学等为代表的研究机构则应用加速度计进行了野外或移动平台的振动补偿,补偿后单次测量标准差达到毫伽量级[21,22,23,24]。然而上述振动补偿技术的研究并未系统分析和比较传感器的性能指标对振动补偿效果的影响。. 拟合来得到 g 值,可实现 μGal (1 μGal = 10−8 m/s2)量级的测量不确定度[5, 6]。其测量误差主要来自地面振动噪声[7],综合考虑噪声强度、频率和相位因素的影响, 对于复杂振动环境下的振动补偿应用,消除或衰减 0.1 Hz ~ 100 Hz 范围的噪声所造成的干扰是实现优于毫伽量级重力测量不确定度的关键[8,9,10,11,12,13]。得运动 Nm 并不等价于参考棱镜的真实运动 N ,两者之间存在偏差 N 。采用传感器探测信号 Nm 对测量轨迹 Sm 进行修正,修正后的轨迹 Sc 如式 (2) 所示, Sc Sm Nm S N 由此可见,传感器探测误差 N 也是修正后的轨迹 Sc 与理想自由落体轨迹 S 间的

Results

Conclusion