Аналіз впливів сейсмічних завад на результати вимірювання прискорення вільного падіння балістичними лазерними гравіметрами
DOI:
https://doi.org/10.24027/2306-7039.1.2020.204228Ключові слова:
завада, гравіметр, вагова функція, коливання, частотна характеристикаАнотація
Статтю присвячено аналізу впливу сейсмічних завад на невизначеність вимірювання прискорення вільного падіння (ПВП) балістичними лазерними гравіметрами (БЛГ), що реалізують як симетричний, так і несиметричний методи вимірювання. Проведення такого аналізу є наразі актуальним метрологічним завданням, спрямованим на вдосконалення конструкцій БЛГ та методів обробки сигналів у них.
Використано модель механічної системи БЛГ, що враховує пружність ґрунтової основи, на якій встановлено фундамент БЛГ, а також пружність підвісу референтного відбивача (РВ) інтерферометра відносно фундаменту.
Основними видами сейсмічних завад є зовнішня завада, що зумовлена мікроколиваннями ґрунту, і автосейсмічна завада, обумовлена коливаннями в механічній частині БЛГ внаслідок поштовху або відпускання пробного тіла (ПТ). Ці завади мають різні причини, різні характеристики і призводять до різних невизначеностей вимірювання ПВП: зовнішня сейсмічна завада обумовлює невизначеність типу А, а автосейсмічна завада – невизначеність типу B.
Однією з найважливіших характеристик БЛГ стосовно зовнішніх сейсмічних завад є його ефективна шумова смуга. У статті вперше проаналізовано залежність ефективної шумової смуги як від способу обробки даних у БЛГ, так і від періоду власних коливань системи підвісу РВ. Встановлено, що коли період власних коливань системи підвісу РВ значно перевищує час спостереження, то ефективна шумова смуга БЛГ визначається системою підвісу РВ.
Методом моделювання показано, що гравіметри, які реалізують несиметричний метод, забезпечують значно меншу (на порядок і більше) автосейсмічну невизначеність (АСН) вимірювання ПВП, ніж гравіметри симетричного типу. За рахунок пружного підвісу РВ інтерферометра можна суттєво зменшити АСН вимірювання ПВП для всіх типів балістичних гравіметрів.
Зроблено висновок, що застосування зваженого методу найменших квадратів (ЗМНК) для обробки даних у балістичних гравіметрах здатне забезпечити кращі показники завадостійкості, ніж використання традиційного МНК.Посилання
Robinson I.A. Towards the redefinition of the kilogram: a measurement of the Planck constant using the NPL Mark II watt balance. Metrologia, 2012, vol. 49, no. 1, pp. 113–156. doi: https://doi.org/10.1088/0026-1394/49/1/016
Liard J.O., Sanchez C.A., Wood B.M., Inglis A.D., Silliker R.J. Gravimetry for watt balance measurements. Metrologia, 2014, vol. 51, no. 2, pp. 32–41. https://doi.org/10.1088/0026-1394/51/2/s32
Jiang Z., Pálinkáš V., Francis O., Baumann H. et al. On the gravimetric contribution to watt balance experiments. Metrologia, 2013, vol. 50, no. 5, pp. 452–471. https://doi.org/10.1088/0026-1394/50/5/452
Niebauer T.M., Sasagawa G.S., Faller J.E., Hilt R., Klopping F. A new generation of absolute gravimeters. Metrologia, 1995, vol. 32, no. 3, pp. 159–180. https://doi.org/10.1088/0026-1394/32/3/004
Rothleitner Ch., Svitlov S., Merimeche H., Hu H., Wang L.J. Development of new free-fall absolute gravimeters. Metrologia, 2009, no. 46, pp. 283–297. doi: https://doi.org/10.1088/0026-1394/46/3/017
Boliukh V.F., Vinnichenko O.I. Suchasni absoliutni lazerni hravimetry i yikhni metrolohichni kharakterystyky [Modern absolute laser gravimeters and their metrological characteristics]. Metrology and Instruments, 2013, no. 5(43), pp. 47–56 (in Ukrainian).
Omelchenko A.V., Zanimonskiy Y.M., Vinnichenko A.I., Kupko V.S. Development of Methods for Data Processing in a Rise-and-Fall Gravimeter on the Basis of Polynomial Models. Static and mobile measurements (TG – SMM 2013): proceedings of IAG Symposium on Terrestrial Gravimetry (17–20 September 2013, Saint Petersburg, Russia). Saint Petersburg, 2013, pp. 143–147.
Svitlov S.M. Metody analizu ta zmenshennia dynamichnykh pokhybok balistychnykh hravimetriv [Methods of analysis and reduction of dynamic errors of ballistic gravimeters]: author’s abstract. Kharkiv, 2000. 17 p. (in Ukrainian).
Zanimonskiy Y.M., Nagornyy V.D. Ballisticheskiy gravimetr: podkhod v ramkakh teorii lineynykh sistem [Ballistic gravimeter: an approach within the linear systems theory]. Measurement Techniques, 1992, no. 3, pp. 34–36 (in Russian).
Omelchenko A.V., Bolyukh V.F., Vinnichenko A.I., Kupko V.S. Pomekhoustoychivaya obrabotka signalov v ballisticheskom lazernom gravimetre s simmetrichnym sposobom izmereniya uskoreniya svobodnogo padeniya [Anti-interference signal processing in a ballistic laser gravimeter with a symmetric measurement method of gravitational acceleration]. Ukrainian Metrological Journal, 2019, no. 1, pp. 54–62. doi: < a href=https://doi.org/10.24027/2306-7039.1.2019.164717>https://doi.org/10.24027/2306-7039.1.2019.164717(in Russian).
Omelchenko A.V., Boliukh V.F., Vinnichenko O.I. Avtoseismichna skladova pokhybky symetrychnoho balistychnoho hravimetra, zumovlena kolyvanniamy fundamentu [Autoseismic component of the error of symmetric ballistic gravimeter caused by foundation oscillations]. Metrology and Instruments, 2014, no. 3 (47), pp. 51–56 (in Ukrainian).
Bolyukh V.F., Omelchenko A.V., Vinnichenko A.I. Vliyaniye avtoseysmicheskikh kolebaniy fundamenta na pokazaniya ballisticheskogo gravimetra s induktsionno-dinamicheskoy katapultoy [Influence of autoseismic oscillations of the foundation on the readings of the ballistic gravimeter with an induction-dynamic catapult]. Measurement Techniques, 2015, no. 2, pp. 19–22 (in Russian).
Nagornyy V.D. Obrabotka dannykh v ballisticheskom gravimetre [Data processing in ballistic gravimeter]: dissertation for Cand. in Phys. and Math. Sc. degree. Moscow, 1993. 108 p. (in Russian).
Shurubkin V.D. Issledovaniye ballisticheskogo metoda opredeleniya uskoreniya svobodnogo padeniya i razrabotka lazernogo gravimetra s simmetrichnym izmereniyem [Research of ballistic method of determination of free-fall acceleration and development of a laser gravimeter with symmetric measurement]: dissertation for Doctor in Tech. Sc. degree. Moscow, 2006. 267 p. (in Russian).
Omelchenko A.V., Vinnichenko O.I., Kupko V.S., Zanimonskyi Y.M. Zastosuvannia kvadratychnoi interpoliatsii u protsesi opratsiuvannia danykh u balistychnomu hravimetri [Application of quadratic interpolation during the data processing in ballistic gravimeters]. Metrology and Instruments, 2013, no. 4 (42), pp. 50–55 (in Ukrainian).
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
ПОЛІТИКА, ЯКА РЕКОМЕНДУЄТЬСЯ ЖУРНАЛАМ, ЩО ПРОПОНУЮТЬ ВІДКРИТИЙ ДОСТУП З ЗАТРИМКОЮ
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи, яка через 12 місяців з дати публікації автоматично стає доступною на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
