專利名稱：用于地球物理勘測的微比重計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于測量地面上重力加速度的裝置和方法。 可能的應(yīng)用為多種現(xiàn)場工作，用于進行礦石與石油勘探或用于環(huán)境 目的、用于地下洞穴內(nèi)的檢測或者天然或人造非連續(xù)結(jié)構(gòu)的任何情況下 的檢測。其他應(yīng)用包括對大型空中或水上運載器的結(jié)構(gòu)研究。
背景技術(shù)：
通過微比重計勘測進行地球物理分析是一種具有很大潛力并且在日 益發(fā)展的方法。
用于測量重力加速度的傳感器是已知的。一種傳感器由LRS(Lacoste & Romberg-Scintrex) Inc公司銷售的，并且主要上由彈簧組成，該彈簧 維持在臨界工作條件，以增強作用在其上的力的最小變化。該裝置基于 對同一儀器在不同位置下的兩次讀數(shù)來獲得關(guān)于梯度的測量值，從而測 量重力值。然而，該裝置存在這樣的缺點，即，需要嚴格控制磁滯和機 械漂移，以免這些效應(yīng)影響有用信號。
為了避免存在這種對測量的系統(tǒng)影響，已知并行地使用兩個微比重 計來進行差分檢測。這種勘査還具有獲得重力場梯度的直接測量值的實 質(zhì)優(yōu)點。差分檢測目前用在非商用的裝置內(nèi)，在實驗室專用于空間應(yīng)用 或物理實驗。 一個例子是馬里蘭大學(xué)的超導(dǎo)比重計和IFSI-CNR的比重 計。這些儀器具有非常高的分辨力，例如小于0.01厄缶(E6tv6s),但是不 便于攜帶并且不適合于用在地面上。
市場上已知的便攜式工具是Lockheed Marline開發(fā)并且兼用于軍事 和民用的GGI比重計(Gravity Gradiometer Instrument)。這種儀器特別被 用于航運工具或水運工具上，并且由正交安裝在旋轉(zhuǎn)平臺上的兩對相同 的加速度計組成。因此，以旋轉(zhuǎn)頻率對垂直于旋轉(zhuǎn)軸的方向上的線性加
5速進行了調(diào)制。這些儀器的靈敏度為約5厄缶。
還已知Bell Geospace Full Tensor Gmvimeter，其由數(shù)個GGI形成，
并且能夠同時測量重力梯度張量r的所有分量，從而能夠完整地構(gòu)建重力圖。然而，該儀器的極高性能關(guān)聯(lián)著相應(yīng)的高成本、高負擔以及高重里。
還已知澳大利亞公司BHP-Billiton Discovery Technologies的FalconGravity Gravimeter,其能夠以500m的空間分辨力來觀測產(chǎn)生r^lOE6 rms的異常重力的源。
另一已知儀器是具有平衡擺臂(oscillating arm)的可移動超導(dǎo)比重計，其由澳大利亞西部大學(xué)在1994年開發(fā)，并且由Gedex Inc商業(yè)化。為空中勘探而開發(fā)的儀器的CMRR能夠大于190dB并且分辨力能夠優(yōu)于1HzlE6。然而，由于慣性平臺的大小和需要具有液態(tài)氦冷卻系統(tǒng)，所以，管理這種儀器并不容易。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個特征是提供了一種用于測量地面上的重力加速度的梯度的裝置和方法，對于地球物理勘測領(lǐng)域中的各種應(yīng)用，所述裝置和方法適于從面向應(yīng)用的觀點獲得顯著的精確性，即使保持了受限的尺寸以裝入小型自推進式交通工具內(nèi)也是如此。
本發(fā)明的另一特征是提供這樣一種裝置來減少每次測量所需的時間，以顯著降低測量活動的成本。
本發(fā)明的進一步特征是提供這樣一種裝置，其具有有效的抗環(huán)境及儀器噪聲性能，并且具有對機械噪聲或地震的高抗干擾力，還能夠放松對儀器工作環(huán)境進行嚴格控制的條件。
本發(fā)明的又一特征是提供這樣一種裝置，其能夠?qū)χ亓铀俣鹊奶荻冗M行高度精確的測量。
本發(fā)明的再一特征是提供這樣一種裝置，其降低了對控制機械與熱磁滯的要求，并且避免了由于材料疲勞(fatigue)所造成的影響。
本發(fā)明的再進一步特征是提供一種不受熱變化影響的裝置。這些及其他特征通過一種用于微比重計的裝置來實現(xiàn)，所述裝置根據(jù)本發(fā)明來進行針對地球物理探測的測量，其特征在于所述裝置包括基架；
與所述基架成一體的第一塊；
第二塊，其被設(shè)置在與所述第一塊距離最短處，并且相對于所述第一塊垂直對齊，從而所述第一塊和所述第二塊形成了電磁輻射的共振器；
用于懸掛所述第二塊的單元，所述用于懸掛的單元連接到所述基架并且彈性地保持所述第二塊，以提供穩(wěn)定的彈性模數(shù)；
用于向所述共振器施加電磁信號的單元；
用于響應(yīng)于所述電磁信號來測量所述共振器的共振頻率的單元；用于使所述共振頻率的變化與所述兩個塊之間的距離變化產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的單元；以及
用于使所述距離的變化與本地重力加速度產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的單元。優(yōu)選地，所述第二塊在所述第一塊上方。
優(yōu)選地，按照上面定義地來提供第一共振器和第二共振器，它們耦合并安裝在相互結(jié)合在一起的兩個單獨的基架上，以在垂直方向上測量重力加速度梯度。
有利地，所述共振器被包含在其中創(chuàng)建了真空環(huán)境的封閉盒中。這樣，這些塊就可以在沒有粘度(viscosity)的情況下自由移動。
優(yōu)選地，所述電磁共振器的共振頻率在微波范圍內(nèi)。
有利地，用于測量兩個共振器的共振頻率之間的差的單元包括相位檢測干涉電路。這樣，就可以通過上述干涉電路將兩個共振器反射的波的相位偏移進行比較而直接讀取該差。
有利地，用于生成微波信號的單元包括環(huán)路振蕩器。該環(huán)路振蕩器可以將所述比重計的一個或更多個共振器，即外部共振器，用作參考腔。
有利地，所述塊由以預(yù)定距離設(shè)置的剛玉盤組成。優(yōu)選地，所述距離在50微米到500微米之間。
優(yōu)選地，所述用于懸掛所述第二塊的單元包括扭擺(torsionpendulum )。
7有利地，所述扭擺是從切割的硅薄板開始獲得的，具體來說，該硅薄板為硅單晶薄板，所述薄板具有兩個相對的C形切口，以分離開固定部分和移動部分，所述固定部分和所述移動部分通過所述第二懸掛塊和所述移動部分的扭轉(zhuǎn)所驅(qū)策的兩個連接部分而彼此結(jié)合。這樣，就可以避免材料的磁滯和疲勞效應(yīng)。將單晶材料用于制造所述臂避免了由于材
料的疲勞和略微變形(creep)造成的不期望的影響。具體來說，通過超聲脈沖來切割所述硅薄板。
有利地，所述薄板是從以下組中選出的梁(beam):僅固定到一端而形成懸臂的梁(beam);或固定到兩端的梁，在這兩種情況下，所述兩個塊之間的距離變化均為所述薄板的撓曲度。
有利地，所述剛玉盤適合于形成以所謂的"回音廊(whisperinggallery)"方式進行共振的共振器。
有利地，在差分測量的情況下，所述兩個共振器被設(shè)置成，使得最重的塊懸掛在所述薄板上，并且能夠提供相同的彈性反應(yīng)。
有利地，為了使所述兩個薄板對重力加速度具有相同的靈敏度，設(shè)置了用于抑制的單元，其抑制每個薄板的可能振動，而不減小機械良度(merit)系數(shù)且不增加熱噪聲。
優(yōu)選地，所述用于抑制的單元包括
電繞線，其與所述基架一體化，并且適于創(chuàng)建相對于所述第一塊垂直對齊的磁場，所述第一塊面對所述第二塊；
永磁體，其連接到每個所述共振器的所述薄板。通過電流發(fā)送到所述繞線的校正信號優(yōu)選地與所述薄板的速度成比例。
優(yōu)選地，用激光系統(tǒng)來確定所述薄板的移動速度?？商鎿Q地，可以用導(dǎo)數(shù)電路(derivator circuit)來確定所述移動速度，所述導(dǎo)數(shù)電路揭示了單個共振器所反映的波相對于參考信號的相位。
有利地，應(yīng)用被提供了用于平衡所述薄板的機械振動頻率的配重(counterweight),該配重作用于所述薄板的轉(zhuǎn)動慣量。
有利地，所述薄板具有其上安裝了金屬層的部分，所述金屬層面對相對于所述基架固定的至少一個電極，在所述金屬層與所述至少一個電 極之間，發(fā)送了電磁場來削弱所述系統(tǒng)的有效彈性模數(shù)。
優(yōu)選地，提供了用于調(diào)整所述盤之間的未激勵距離的單元，所述單 元包括其上安裝了所述第一塊的壓電器件。這樣，就有可能控制電共振 頻率f。，以及距離l與頻率fo之間的轉(zhuǎn)移因子3^1。
有利地，提供了用于阻止的單元，用于在未測量所述傳感器時或者 在操作期間發(fā)生震動的情況下，阻止所述薄板的移動。
具體來說，所述用于阻止的單元包括用于驅(qū)動磁體的單元，用于驅(qū) 動位于所述兩對盤的所述薄板上的磁體，所述盤具有被激勵而偏離工作 位置大于數(shù)微米的第二線圈，從而提供了高回復(fù)力。
有利地，所述用于驅(qū)動磁體的單元包括每個所述第一塊的抑制電路， 其包括適合于提供所述鎖定系統(tǒng)的參考的激光傳感器，當超過閾值水平 時，所述鎖定系統(tǒng)開始工作。


通過本發(fā)明的作為實例而非限制的示例性實施方式的以下描述、參 照附圖，將使根據(jù)本發(fā)明的裝置的進一步的特性和優(yōu)點更加清楚，其中， 相同的標號在整個附圖內(nèi)標明相同或類似的部分
圖1圖示了根據(jù)本發(fā)明的由單個共振器組成的比重計傳感器的實例 的剖視圖，該比重計傳感器具有一對盤，即固定盤和振動盤，其中，振 動盤被懸掛在懸臂薄板上；
圖la示出了具有有源阻尼器的比重計傳感器的實例。
圖2示出具有固定盤和振動盤的比重計傳感器的立體圖，懸掛到該 盤的薄板是切割薄板。
圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的比重計傳感器的實例的剖視圖，其包括與 圖1類似的兩個共振器，適于在兩個共振器(這兩個共振器之間的距離 未按比例示出)的共振頻率之間進行差分測量。
圖4示出了差分比重計的立體圖，其中，通過如圖2中所示的各個 單晶薄板來保持振動塊。圖5圖示了一示出比重計的剖視圖，其具有兩對由固定到兩端的薄 板保持的振動盤。
圖6示出了抑制(dampening)模塊的可能實施方式。 圖7示出了相位檢測干涉測量電路的實施例。
具體實施例方式
參照圖1，圖示了根據(jù)本發(fā)明的微比重計的微波共振器10，具體來 說，該微比重計用于地球物理勘測，例如，用來進行應(yīng)用于開采的地球 物理勘探。共振器10包括兩個振動塊，具體來說，包括一對剛玉盤l與 2，它們相距一距離d，例如約100微米。將上部盤1連接到懸臂41，懸 臂41連接到固定基架，該固定基架包括同種材料的堅硬的垂直壁30和 基底31。
技術(shù)人員將毫無困難地選擇垂直壁30、基底31以及所有承載結(jié)構(gòu) 的長度和材料，以相對于彈性常數(shù)與介電常數(shù)的擴大和變化，將信號的 總溫度效應(yīng)最小化。
用包括共振器10的"環(huán)路振蕩器"獲得要發(fā)送的微波信號。具體來說， 有利之處在于，在圖1中，將磁探針11示出為設(shè)置在兩個盤1與2之間 的平面內(nèi)。通過由線性導(dǎo)體12組成的電探針來檢測信號，該線性導(dǎo)體12 設(shè)置在固定盤2的下方，即固定盤2的側(cè)邊的下方。
仍然參照圖1，調(diào)整兩個剛玉盤1與2之間的距離d，使得其標準值 g為約100微米。
根據(jù)本發(fā)明，共振器10的共振頻率受不同的重力加速度值g的影響。 因此，可能通過監(jiān)控約10.8GHz的微波范圍(通常約為llGHz)內(nèi)的共 振器10的共振頻率來估計g的變化。該監(jiān)控步驟是通過在相互靠近的不 同地球物理點中或者在連續(xù)移動期間重復(fù)頻率測量來進行的。
臂41必須對加速度測量信號極其敏感。此外，因為傳感器響應(yīng)的動 態(tài)范圍小于1微米，因此，優(yōu)選地在不減小機械良度系數(shù)由此不增加熱 噪聲的情況下，抑制臂41的振動。如圖1A中所示，通過有利地應(yīng)用傳 動機構(gòu)進行主動抑制的方法來獲得上述效果，該傳動機構(gòu)具有尺寸減小
10的磁體8，該磁體8連接到臂41并通過線圈9來工作、 一體到固定基架 上，該磁體8向可移動臂41施加了與臂41的速度成比例的a.c.校正信號。 可以通過從激光定位傳感器開始的導(dǎo)數(shù)電路來產(chǎn)生該信號，即，測量共 振器相對于局部振蕩器的共振頻率移動。
如圖2中所示，在優(yōu)選示例性實施方式中，可以將臂41有利地制造 成關(guān)于水平軸45旋轉(zhuǎn)的扭擺。臂41屬于(例如通過超聲脈沖來切割而) 從硅單晶薄板40上獲得的支撐件5。具體來說，通過薄板40中的超聲脈 沖的作用，獲得了相對的C形通槽42與43，它們具有不同的長度并且 將臂41限定為與薄板40部分地分離。因此，臂41、薄板40和關(guān)于軸 45的扭鏈44是單個單晶體的部分。該方案的有利之處在于，避免了材料 的磁滯、略微變形和疲勞效應(yīng)。單晶薄板40連接到固定基架的壁30。
在優(yōu)選的示例性實施方式中，如圖3、 4和5中所示，與振蕩器10 相關(guān)聯(lián)地使用第二振蕩器20，它們被稱作服務(wù)器，彼此相同。例如，振 蕩器10與20之間的距離可以為20厘米，盤直徑為4厘米。
這樣，通過兩個共振器10和20的"回音廊"將帶X內(nèi)的微波范圍中 的共振頻率進行比較，就可以以極高的分辨力來監(jiān)控g的變化，兩個共 振器10與20均包括兩個相對的剛玉盤1、 2、 3和4。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備 的獨立變量是機械共振頻率fm、電共振頻率f。和盤之間的分離d，其定
義了轉(zhuǎn)移因子3f/d。
技術(shù)人員可以以已知方式，例如，通過未示出但是己知類型的激勵 源，來設(shè)置共振電磁場。
相同界限內(nèi)的兩個共振器10和20及其相關(guān)部件必須完全相同。 為了校正不可避免的制造與組裝缺陷，以下面的方式來進行小校正。 首先，進行粗校正，從而以未示出但是已知的方式，通過將微小重量添 加到臂41上來平衡機械振動頻率，而調(diào)整轉(zhuǎn)動慣量。此外，對于彈性模 數(shù)，以電方法實現(xiàn)可遠程操作的微調(diào)。為此，如圖6中所示，為可移動 臂41的與軸45相反的端部61提供金屬化，該軸45在上表面和下表面 都具有配重(counterweight),并且為固定結(jié)構(gòu)的與之相對的表面62和 63提供金屬化。具體來說，通過在具有電極功能的表面62和63之間布置電場，出現(xiàn)了這樣的效果，艮P，削弱了關(guān)于軸45的有效彈性扭轉(zhuǎn)模數(shù)。
通過調(diào)整服務(wù)器單元(與共振器相關(guān)聯(lián))的剛玉盤之間的未受激勵距離，
由長度可變的支撐件7 (例如，壓電器件)來控制電共振頻率fo和轉(zhuǎn)移因 子9^1，共振器10的下部盤2安裝在該支撐件上。.
為了避免剛玉塊1和2之間的震動的可能破壞性，未測量共振器10 時，或者在工作期間發(fā)生震動的情況下，安全系統(tǒng)阻止臂41的移動。通 過用在偏離工作凸起位置數(shù)微米的情況下被激勵的第二線圈(未示出) 驅(qū)動可移動臂41上的磁體8 (圖1A)而提供高回復(fù)力，來實現(xiàn)該阻止過 程?？梢苿颖鄣囊种齐娐?中使用的激光傳感器提供了一基準，如果超 過了閾值水平，則鎖定系統(tǒng)參照該基準。
圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的比重計的示例性實施方式的剖視圖，與圖 2類似，該比重計也具有一對共振器10和20，這兩個共振器具有一體到 各自懸臂41和51并且在懸臂端部處被固定到堅硬的垂直壁30和32上 的各自的上部盤1和3。然后，將兩個共振器10和20安裝在圖4中圖示 的容器(carter) 50內(nèi)，形成一封閉盒，并通過同種材料的基底將兩個共 振器10與20分隔開。封閉盒50中創(chuàng)建了真空環(huán)境，從而盤在沒有粘度 的情況下會自由移動。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的比重計的另一個示例性實施方式，該比重 計具有兩個共振器10和20，其上部盤以類似于系統(tǒng)到薄板切割件的方式 連接到各自的固定薄板41'和51'，以連接到各自的堅硬的垂直壁30和32， 從而獲得作為扭擺的可移動臂。
如圖3-5中所示，包括串聯(lián)安裝的兩個共振器10和20的比重計的 配置進行重力數(shù)據(jù)的直接測量，以不同的方式對兩個微波共振器10和20 的工作頻率f進行比較。這種比重計允許以10厄缶(10_8s-2)的分辨力來
測量重力加速度向量的垂直方向的重力梯度。以直接方式讀取兩個共振 器10和20的工作頻率之間的差，利用相位檢測干涉電路對兩個共振器 的工作頻率進行比較。
圖7中示出了該干涉電路的實施例，具體來說，該干涉電路是指根 據(jù)本發(fā)明的重力梯度計，其中，用環(huán)路振蕩器70來獲得要發(fā)送的微波信號，該環(huán)路振蕩器70包括比重計的共振器10，作為參考腔。以通過兩個 腔10和20進行反射的方式進行該輻射。具體來說，局部振蕩器LO的輻 射被均勻地分配給循環(huán)器75進行的兩條傳輸線路，該循環(huán)器75分別用 天線12和72來激勵這兩個共振器10和20。每個共振器10和20所反射 的波的相位偏移都與LO的頻率跟該共振器的共振頻率之間的去諧 (detuning)成比例。以相反的相位對反射信號進行組合，由此消除了 LO 的公共模式噪聲，并且用混合器76來揭示。
這種布置確保了公共模式下有效地清除外部噪聲，還包括轉(zhuǎn)換的運 動學(xué)噪聲，盡可能進行平衡，確保同時進行兩個共振器10、 20的機電性 質(zhì)和特征的校正。主共振器10包括兩個天線， 一個具有電耦合12， 一個 具有磁耦合ll,而第二共振器20需要單個耦合天線72。
通過圖7的干涉電路對兩個共振器之間的頻率失配進行測量，來揭 示值g的差。用低噪聲高增益的環(huán)路振蕩器75來獲得微波信號，該環(huán)路 振蕩器75包括作為參考腔的比重計的其中一個共振器、相位偏移器77、 78以及微波放大器79。
將微波輻射發(fā)送到干涉計的兩個分支81和82，其中，該干涉計通 過循環(huán)器12和72耦合到用于反射的兩個腔10和20。兩個腔10和20所 反射的功率通過其中一個分支(81或82)的180。偏移來進行重組，從而 當該電路完美平衡時，在輸出80處信號為零。針對環(huán)路振蕩器70，通過 相位解調(diào)來觀測該信號，環(huán)路振蕩器70用雙平衡混合器(DBM) 76對 整個電路進行饋送。DBM76的輸出與兩個腔73和74之間的頻率差以及 加速度差成比例。
實施例
下面給出縮放根據(jù)本發(fā)明的重力梯度計的一實施例。該實施例涉及 具有兩個微波共振器WGM的梯度計，每個微波共振器均由基本相同的 兩個剛玉盤(見圖4)形成，盤直徑為42毫米，高度為5毫米，sx=9.750 而sz=11.350，關(guān)注的帶內(nèi)的兩個共振器的各種共振良性因子均為約 10-12 GHz， 二者的傳送系數(shù)值dPdz都是確定的。鑒于所獲得的結(jié)果已 經(jīng)被選擇，表示更高的因子Qx(df/dz)， S卩，約300000兆赫/毫米的方式
13TMn丄Q+d具有良性因子Q-58000并且df/dz-5兆赫/毫米，兩盤之間的間 隙約為100微米。
為了達到測量10厄缶所需的靈敏度，必須測量極小的位移(約為 10—13米)，其中，關(guān)于裝置的噪聲的許多因素和溫度效應(yīng)應(yīng)該作為整體來 確定，即，扭擺+微波共振器。有利地設(shè)置多個吸收壁，必須選擇它們的 位置，從而將共振器與外部環(huán)境分開，不會擾亂太多關(guān)注的回音廊。
鑒于以優(yōu)于lppm/K的精確度精確地確定了導(dǎo)致腔的共振頻率變化 的參數(shù)值，因此，能夠以適合于將溫度僅對加速度計的影響降至與精確 需求相符的層次的方式，在溫度上補償共振器或加速度計。為此，應(yīng)該 考慮由剛玉的介電常數(shù)與溫度的相關(guān)性導(dǎo)致的溫度對共振的影響。實際 上，通過升高溫度，增大了s且頻率降低量取決于折射指數(shù)的逆，即s—1/2。
溫度對共振的影響還可能由增大剛玉盤的體積造成，這會造成共振 頻率的降低。具體來說，對于整體影響，測量結(jié)果為約63.2ppm/kdvin。
上面對于特定實施方式的描述將根據(jù)概念觀點而完整地揭示本發(fā) 明，從而，其他技術(shù)人員通過應(yīng)用目前的知識，將能夠修改和/或改變該 實施方式的各種應(yīng)用，而無需進行進一步的研究，并且不會偏離本發(fā)明， 因此，應(yīng)該理解，這些改變和修改將被認為是特定實施方式的等同實施 方式。因此，實現(xiàn)本文所描述的不同功能的方法和材料可以具有不同的 特征，而不會偏離本發(fā)明的范圍。應(yīng)該理解，本文所采用的表述或術(shù)語 用于描述而非限制的目的。
權(quán)利要求
1.一種用于進行地球物理勘測的微比重計測量的裝置，其特征在于，該裝置包括基架；與所述基架成一體的第一塊；第二塊，其被設(shè)置在與所述第一塊距離最短處，并且相對于所述第一塊垂直對齊，從而所述第一塊和所述第二塊形成了電磁輻射的共振器；用于懸掛所述第二塊的單元，所述用于懸掛的單元連接到所述基架并且彈性地保持所述第二塊，以提供穩(wěn)定的彈性模數(shù)；用于向所述共振器施加電磁信號的單元；用于響應(yīng)于所述電磁信號來測量所述共振器的共振頻率的單元；用于使所述共振頻率的變化與所述兩個塊之間的距離變化產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的單元；以及用于使所述距離的變化與本地重力加速度產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的單元。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述第二塊在所述第一塊上方。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，按照權(quán)利要求1或2中所定義地來提供第一共振器和第二共振器，它們耦合并安裝在相互結(jié)合在一起的兩個單獨的基架上，以在垂直方向上執(zhí)行差分重力加速度梯度測量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述共振器被包含在其中創(chuàng)建了真空環(huán)境的封閉盒中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，所述電磁共振器的共振頻率在微波范圍內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，用于測量兩個共振器的共振頻率之間的差的單元包括相位檢測干涉電路。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，用于生成微波信號的單元包括環(huán)路振蕩器，所述環(huán)路振蕩器特別地將所述比重計的一個或更多個共振器，或者外部共振器，用作參考腔。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述塊由以預(yù)定距離設(shè)置的剛玉盤組成，特別地，所述距離在50微米到500微米之間。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中，所述剛玉盤適合于形成以所謂的"回音廊"方式進行共振的共振器。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述用于懸掛所述第二塊的單元包括扭擺，特別地，所述扭擺是從切割的硅薄板，特別是硅單晶薄板開始獲得的，所述薄板具有兩個相對的C形切口，以分離開固定部分和移動部分，所述固定部分和所述移動部分通過所述第二懸掛塊和所述移動部分的扭轉(zhuǎn)所驅(qū)策的兩個連接部分而彼此結(jié)合。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述用于懸掛的單元包括薄板，該薄板是從以下組中選出的梁僅固定到一端而形成懸臂的梁；或固定到兩端的梁，在這兩種情況下，所述薄板都具有由所述兩個塊之間的所述距離構(gòu)成的彎曲偏斜。
12. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其中，在差分測量的情況下，所述兩個共振器被設(shè)置成，使得最重的塊懸掛在所述薄板上，并且能夠提供相同的彈性反應(yīng)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，通過用于抑制的單元使所述兩個薄板對重力加速度具有相同的靈敏度，所述用于抑制的單元抑制每個薄板的可能振動，而不減小機械良度系數(shù)且不增加熱噪聲，特別地，所述用于抑制的單元包括電繞線，其與所述基架一體化，并且適于創(chuàng)建相對于所述第一塊垂直對齊的磁場，所述第一塊面對所述第二塊；永磁體，其連接到每個所述共振器的所述薄板。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其中，可以用導(dǎo)數(shù)電路來確定所述移動速度，所述導(dǎo)數(shù)電路揭示了單個共振器所反映的波相對于參考信號的相位。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，應(yīng)用被提供了用于平衡所述薄板的機械振動頻率的配重，該配重作用于所述薄板的轉(zhuǎn)動慣量。
16. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，所述薄板或每個薄板具有其上安裝了金屬層的部分，所述金屬層面對相對于所述基架固定的至少一個電極，在所述金屬層與所述至少一個電極之間，發(fā)送了電磁場來削弱系統(tǒng)的有效彈性模數(shù)。
17. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其中，提供了用于調(diào)整所述盤之間的未激勵距離的單元，所述單元包括其上安裝了所述第一塊的壓電器件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的裝置，其中，提供了用于阻止的單元，用于在未測量所述傳感器時或者在操作期間發(fā)生震動的情況下，阻止所述薄板的移動。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述用于阻止的單元包括用于驅(qū)動磁體的單元，該單元用于驅(qū)動位于所述兩對盤的所述薄板上的磁體，所述盤具有被激勵而偏離工作位置大于數(shù)微米的第二線圈，從而提供了高回復(fù)力。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述用于驅(qū)動磁體的單元包括針對每個所述第一塊的抑制電路，所述抑制電路包括適于提供所述鎖定系統(tǒng)的參考的激光傳感器，當超過閾值水平時，所述鎖定系統(tǒng)開始工作。
全文摘要
一種用于測量地面上的重力加速度的裝置和方法，所述裝置包括基架(31)；共振器(10)，其具有一體化到所述基架(31)的第一剛玉盤(2)；第二剛玉盤(1)，其被設(shè)置在與所述第一塊(2)距離最短處，并且相對于所述第一塊(2)垂直對齊，從而所述第一盤和所述第二盤(1和2)形成電磁信號的共振器(10)；懸臂(41)，其連接到所述基架(31)并且彈性保持所述第二盤(1)；磁探針(11)用于向根據(jù)兩個盤(1和2)之間存在的平面來布置的共振器(10)施加電磁信號；線性電探針(12)，其布置在所述固定盤(2)下方，相對于其側(cè)邊垂直對齊，用于響應(yīng)于所述電磁信號來測量所述共振器的工作頻率；用于使所述共振頻率的變化與所述盤(1和2)之間的距離變化產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的單元；以及用于使這種距離的變化與本地重力加速度產(chǎn)生關(guān)聯(lián)的單元。
文檔編號G01V7/00GK101663598SQ200880010763
公開日2010年3月3日 申請日期2008年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月29日
發(fā)明者亞歷山德羅·貝爾托里尼, 安德里亞·德米凱萊, 尼科洛·貝韋里尼, 弗朗西斯科·曼高, 弗朗西斯科·菲代卡羅 申請人:艾尼股份公司