Гравиметр

Гравиметр — датчик, измеряющий местное ускорение силы тяжести.

Различают два способа измерения силы тяжести: абсолютный и относительный. В последнем измеряют приращение местного g относительно значения g в некотором исходном пункте. Относительная погрешность определения g гравиметром 10 в минус 7-й — 10 в минус 9-й степени от длины вектора гравитации. Гравиметр, предназначенные для абсолютных измерений, обеспечивают погрешность 0,03 — 0,07 мГл, полевые для относительных измерений — 0,1 — 0,01 мГл, донные и скважинные — 0,1 — 0,3 мГл, морские — 0,5 — 3 мГл, аэрогравиметры — до 4 мГл.

В зависимости от метода измерения гравиметры разделяются на статические и динамические. Первое массовое применение гравиметра: системы наведения баллистических ядерных ракет. Гонка ядерных вооружений привела к малому весу, к высокой абсолютной точности гравиметров. Гравиметр морской баллистической ядерной ракеты «Трайдент» атомных подводных ракетоносцев США имеет вес 20кг, навигационную точность 500м в любой точке геоида при отклонении конца вектора гравитации 10 в минус 5-й, 10 в минус 6-й степени длины вектора гравитации. В баллистических ракетах большее распространение получили гантельные гравиметры. В гантельном гравиметре в вакуумном корпусе на максимально близко расположенных сверхтонких вольфрамо - молибденовых тросах крутильных весов расположены в одной плоскости перпендикулярно друг другу две гантели из сплава осмия и иридия. При настройке на стандартную местную силу тяжести на уровне моря угол между гантелями равен 90° при расположении обоих гантелей под углом 45° к вертикали. С увеличением высоты подъёма гравиметра угол гантелей от вертикали увеличивается, указывая на уменьшение гравитации. При движении гравиметра на постоянной высоте изменение силы гравитации в разных координатах Земли вызывает изменение нижнего угла между гантелями. При росте местной силы гравитации нижний угол между гантелями уменьшается. При уменьшении местной силы гравитации нижний угол между гантелями увеличивается. Гравиметр фиксирует изменение нижнего угла между гантелями зеркальным методом. Луч лазера направляется на зеркальце в одной гантели. Отразившись луч попадает на зеркальце в другой гантели. Дважды отражённый тонкий луч лазера попадает на достаточно далеко (для точности) расположенную от гантелей матрицу фотоприёмников. Самый мощный сигнал на выходе элементарного фотоприёмника в матрице фотоприемников — это выходной сигнал матрицы фотоприемников. Используются два лазера справа и слева гантелей, две матрицы фотоприемников. Чтобы вместе с величиной местного ускорения силы тяжести получить на выходе 2D-вектор отклонения местной гравитационной вертикали от географической вертикали. В гравитационной навигации сигналы двух матриц фотоприёмников преобразуются в 2 цифры, сравниваются с 2 цифрами гравитационного геоида в памяти борткомпьютера. Гравитационный геоид — это цифровая гравитационная модель земного шара, построенная гравитационным спутником с круговой орбиты. Гравитационный геоид построен по принципу сферической поверхности, местная высота которой прямо пропорциональна местному ускорению силы тяжести. По предыдущему гравитационному рельефу местности, по величине сигнала гравиметра, по отклонению его 2D-вектора, по высоте полёта от инерциальной навигационной системы борткомпьютер баллистической ракеты с точностью 500м находит координаты баллистической ракеты. 2 гантельных гравиметра в одном жестком корпусе с пересекающимися в одной горизонтальной плоскости осями гантелей представляют собой 3D-гравиметр. 3D-гравиметр используется в подводных лодках и надводных военных кораблях для поиска крупных подводных лодок противника. Кроме гантельного гравиметра используют гравиметр представляющий собой разновидность пружинных весов. Чувствительным элементом гравиметра может использоваться струна к нижнему концу которой подвешена масса. Частота колебаний струны прямо пропорциональна местному ускорению свободного падения. Гравиметр может быть построен на основе измерения скорости прецессии гироскопических приборов вследствие различных значении силы тяжести в гравиметрических пунктах. Сегодня точность гравиметра в спутниках гравитационного картографирования фиксирует отклонение конца вектора гравитации в десять в минус четырнадцатой степени от длины вектора гравитации. Несколько автоматических станций сняли гравитационную карту Луны.