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精密测量院在弹簧式海洋重力仪研制中取得重大突破

来源:     时间:2022-09-26

  近日,精密测量院柳林涛海空重力与数据分析团队成功研制出具有完全自主知识产权的CHZ-II海洋重力仪,精度优于0.2毫伽。

  目前国际上海洋重力仪已经有上百年的发展历史。美国、德国、俄罗斯、加拿大等国都有自主研发的海洋重力仪。典型产品主要包括:俄罗斯GT-2M海洋重力仪、Chekan重力仪;美国L&R S系列重力仪、BGM系列重力仪;德国KSS系列重力仪;加拿大AIRGrav重力仪。上述重力仪标称测量精度均为1毫伽。国内海洋重力仪近年来发展迅速,除基于零长弹簧原理的CHZ-II海洋重力仪外,基于石英挠性加速度计的中船重工707所ZL11重力仪、航天13所SGA-2M重力仪、国防科大SGA-WZ重力仪等也取得可喜进展,标称测量精度均已达到国际主流水平。

CHZ-II海洋重力仪

  精密测量院融合单位之一中国科学院测量与地球物理研究所从20世纪60年代开始研制海洋重力仪,1986年研制成功第一代CHZ海洋重力仪并于1987年获中科院科技进步一等奖,此后受国内外多种因素影响,仪器研制被迫中断。2008年海空重力与数据分析团队重新恢复对CHZ海洋重力仪的研制,2011年获得科技部重大科学仪器专项支持,在原有CHZ海洋重力仪基础上开始研制新一代仪器。从2015开始,研究团队先后在“向阳红10号”、“浙嘉渔辅”、“邓稼先号”、“科学号”、“向阳红6号”、“南测429”、“大洋号”、“嘉庚号”等海船上进行了大量海洋试验,航程超4万海里。近两年来,随着团队的进一步深入研究,仪器性能指标得到大幅提高。2020年通过验收定型为CHZ-II海洋重力仪。经过十几年的研究攻关,团队在硬件设计装配、软件开发、系统集成、数据处理以及成果应用等方面积累了丰富经验,搭建了一批包括精密组装与检测、电路设计与调测、重力仪格值标定、动态模拟测试等在内的试验平台,为CHZ-II海洋重力仪的成功研制提供了保障。

  2022年4月“嘉庚号”测试结果表明,CHZ-II海洋重力仪精度优于0.2毫伽,稳定度1.05毫伽/月,这些指标超越了美国多种型号海洋重力仪,表明我国海洋重力仪性能已经达到世界先进水平。CHZ-II海洋重力仪采用金属零长弹簧作为测量元件,其独特的轴对称垂直悬挂结构可克服交叉耦合效应;高精度伺服控制技术及强阻尼的应用可克服载体扰动的影响,确保仪器在不同海况下保持测量精度不变;高精度恒温技术及温度补偿技术可消除环境温度波动对仪器测量精度的影响。

  海洋重力仪是获取高精度海洋重力场的重要手段,主要的应用领域有海洋资源勘探,如石油、天然气及固体矿产勘探;地球科学研究,如精化大地水准面、海洋环流、研究地壳构造、岩石圈动力学等;在现代国防中可应用于导弹初始对准与制导、提高潜艇惯导精度、重力辅助惯性自主导航等,对于我国的国民经济、科学研究、国防现代化建设均具有重大意义。

  该研究得到了科技部首批重大科学仪器专项的支持。