Analysis of the effects of seismic interference on the measurement results of gravitational acceleration by ballistic laser gravimeters

Jazyk: ukrajinština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Український метрологічний журнал; № 1 (2020); 51-61
Украинский метрологический журнал; № 1 (2020); 51-61
Ukrainian Metrological Journal; № 1 (2020); 51-61
ISSN: 2306-7039
2522-1345
Popis: 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.
The article is devoted to analysis of the effect of seismic interference on the measurement uncertainty of gravitational acceleration (GA) by ballistic laser gravimeters (BLG), which employ either symmetric or asymmetric measurement techniques. Carrying out such an analysis is currently an urgent metrological problem aimed at improving designs of BLGs and methods of signal processing which they implement. In particular, precise determination of the GA is indispensable to definition of the kilogram in terms of Planck’s constant as it was done in the revised version of the International System of Units (SI), which came into force on May 20, 2019.The article uses the model of the BLG mechanical system that takes into account the elasticity of ground base on which the BLG foundation is installed, as well as the reference reflector (RR) suspension elasticity of the interferometer with respect to the foundation.There are two main types of seismic interference, namely the external interference caused by soil micro-oscillations and auto seismic interference caused by oscillations in the BLG mechanical part due to the push or drop of the test body (TB). These interferences have different causes, different characteristics and lead to different measurement uncertainties: external seismic interference leads to the type A uncertainty, while auto seismic one is responsible for the type B uncertainty.One of the most important characteristics of any BLG with respect to external seismic interference is its effective noise band. The article for the first time analyzes the dependence of the effective noise band both on the BLG data processing method and on the period of proper oscillations of the RR suspension system. It is established that when the period of proper oscillations of the RR suspension system exceeds significantly the observation time, the BLG effective noise band is determined by the RR suspension system.It has been shown by simulation that asymmetric gravimeters provide a much smaller (by an order of magnitude and more) auto seismic uncertainty (ASU) of the GA measurement compared to symmetric gravimeters. Due to the elastic suspension of the RR of interferometer, the ASU of the GA measurement for all types of ballistic gravimeters can be reduced significantly.It is concluded that the use of a weighted least squares method for processing data in ballistic gravimeters can provide better interference immunity rates than the conventional method of least squares.
Статья посвящена анализу влияния сейсмических помех на неопределенность измерения ускорения свободного падения (УСП) баллистическими лазерными гравиметрами (БЛГ), реализующими как симметричный, так и несимметричный методы измерения.Основными видами сейсмических помех являются внешняя помеха, обусловленная микроколебания почвы, и автосейсмическая помеха, вызванная колебаниями в механической части БЛГ вследствие толчка или отпускания пробного тела.Одной из важнейших характеристик БЛГ относительно внешних сейсмических помех является его эффективная шумовая полоса. В статье впервые проанализирована зависимость этой полосы как от способа обработки данных в БЛГ, так и от периода собственных колебаний системы подвеса референтного отражателя интерферометра.Показано, что гравиметры, реализующие несимметричный метод, обеспечивают значительно меньшую автосейсмическую неопределенность измерения УСП, чем гравиметры симметричного типа.Сделан вывод, что применение взвешенного метода наименьших квадратов для обработки данных способно обеспечить лучшие показатели помехоустойчивости БЛГ, чем использование традиционного МНК.
Databáze: OpenAIRE
Externí odkaz: