一种适用于地质勘测的高精度电子重力仪制造技术

本发明专利技术属于地质勘测领域，尤其是一种适用于地质勘测的高精度电子重力仪。所述重力仪包括本体、控温系统、数据转换与采集系统和倾角测量与校正系统，所述控温系统、数据转换与采集系统和倾角测量与校正系统置于本体内。本发明专利技术采用控温系统更加精细准确的控制恒温仓内的温度使其均匀分布，从而保证石英传感器能够在稳定的恒温环境中工作；采用数据转换与采集系统可以高灵敏度、高分辨率测出微小的重力变化，保证重力仪高精度的重力测量；采用本发明专利技术所述的倾角测量及校正系统，当重力仪的角度发生倾斜时，能够准确的、高精度的测量出来倾角的大小，从而及时对重力仪进行角度调整。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于地质勘测领域，尤其是一种适用于地质勘测的高精度电子重力仪。
技术介绍
重力仪是用来测定重力加速度的仪器，可以分为绝对重力仪和相对重力仪两类，前者用来测定一点的绝对重力加速度值，后者用来测定两点的绝对重力加速度差。由于重力仪具有较高的灵敏度可以感受出微小的重力变化，可广泛用于地球重力场的测量，固体潮观测，地壳形变观测，以及重力勘探等项工作中。现有重力仪内部的石英传感器对外界温度非常敏感，必须保障在高精度的恒温环境下才可正常测量微小的重力变化，然而现有重力仪为纯机械式，受环境温度影响比较大；同时，在进行地质勘测的时候，需要进行高精度的重力测量，测量分辨率非常高，必须达到10-6伽以上才能满足高精度测量的要求，现有的重力仪结构简单，无法达到较高的测量精度；另外，在进行地质勘测时，要求将重力仪位置精确地调节到水平状态，精确指示倾斜角度，倾角分辨率要求能达到1角秒，现有的重力仪无法满足上述要求。总之，国内进行地质勘测时对重力仪温度精准控制、重力仪倾角精确测量以及对重力仪测量的数据精确的系统现在尚没有。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术提供一种适用于地质勘测的控温、倾角测量、数据采集都高精准的电子重力仪。为解决上述技术问题，本专利技术采用技术方案的基本构思是：一种适用于地质勘测的高精度电子重力仪，包括本体、控温系统、数据转换与采集系统和倾角测量与校正系统，所述控温系统、数据转换与采集系统和倾角测量与校正系统置于本体内。进一步的，所述控温系统包括外控温系统、内控温系统和隔离系统，其中，所述内控温系统置于所述外控温系统内，所述隔离系统位于外控温系统与内控温系统之间；所述外控温系统包括第一恒温仓、第二恒温仓、第三恒温仓、第一控制电路、第二控制电路和第三控制电路，第一恒温仓与第一控制电路连接，第二恒温仓与第二控制电路连接，第三恒温仓与第三控制电路连接，所述第一恒温仓、第二恒温仓、第三恒温仓分别为外控温系统的顶面、侧面和底面；所述内控温系统包括第四恒温仓和第四控制电路，第四恒温仓与第四控制电路连接。进一步的，所述第一恒温仓由第一恒温桶、第一保温材料、第一加热膜和第一热敏电阻组成，所述第一热敏电阻固定在第一恒温桶外壁上，第一加热膜固定在带有第一热敏电阻的第一恒温桶外壁的四周，在第一加热膜四周固定有第一保温材料。进一步的，所述第二恒温仓由第二恒温桶、第二保温材料、第二加热膜和第二热敏电阻组成，所述第二热敏电阻固定在第二恒温桶外壁上，第二加热膜固定在带有第二热敏电阻的第二恒温桶外壁的四周，在第二加热膜四周固定有第二保温材料。进一步的，所述第三恒温仓由第三恒温桶、第三保温材料、第三加热膜和第三热敏电阻组成，所述第三热敏电阻固定在第三恒温桶外壁上，第三加热膜固定在带有第三热敏电阻的第三恒温桶外壁的四周，在第三加热膜四周固定有第三保温材料。进一步的，所述第四恒温仓由第四恒温桶、第四保温材料、第四加热膜和第四热敏电阻组成，所述第四热敏电阻固定在第四恒温桶外壁上，第四加热膜固定在带有第四热敏电阻的第四恒温桶外壁的四周，在第四加热膜四周固定有第四保温材料。进一步的，所述第一控制电路包括串联连接的第一精密电桥电路、第一放大电路、第一比较器和第一开关电路。进一步的，所述第二控制电路包括串联连接的第二精密电桥电路、第二放大电路、第二比较器和第二开关电路。进一步的，所述第三控制电路包括串联连接的第三精密电桥电路、第三放大电路、第三比较器和第三开关电路。进一步的，所述第四控制电路包括第四精密电桥电路、一级放大电路、二级放大电路、PID控制电路和第四开关电路。进一步的，所述第一热敏电阻、第二热敏电阻、第三热敏电阻、第四热敏电阻至少为1个。进一步的，所述数据转换与采集系统包括信号衰减器、输入缓冲器、差分输入缓冲器、模数转换器、电压基准源和信号采集器，所述信号衰减器的输出端连接所述输入缓冲器的输入端，所述输入缓冲器的输出端连接差分输入缓冲器的输入端，所述差分输入缓冲器的输出端连接模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接信号采集器的输入端；所述电压基准源连接在模数转换器输入端。从信号衰减器衰减后得到的信号幅度减少；幅度减少的信号进入输入缓冲器阻抗信号匹配，阻止信号损失；从输入缓冲器出来的信号进入差分输入缓冲器后转换成2个具有差动信号；从差分输入缓冲器出来的差动信号进入AD转换器，将压力信号转化成计算机可识别的数字信号；数字信号被收集到信号采集器后进行后续处理。进一步的，所述信号衰减器的电路中包括运算放大器。进一步的，经过所述信号衰减器衰减后的幅度为0～5V。重力传感器输出信号是直流信号，输出幅度范围为±18V，如此高的电压信号不能直接输入到AD转换器，必须通过衰减电路将±18V衰减到0～5V，通过AD转换器将0～5V的模拟信号转换成数字量，送入到计算机进行后续处理。进一步的，所述输入缓冲器的电路中采用AD8675作为缓冲放大器。为了让模数转换器达到高的精度，选择缓冲放大器时需要考虑的关键因素是：适当的带宽、摆率、VP-P输出、低噪声、低失真和低失调。应保持尽可能低的缓冲放大器噪声—远远低于ADC的SNR。放大器的整体失调误差，包括漂移，在整个温度范围内都应小于所要求的精度误差。基于以上考虑，精心选择了AD8675作为缓冲放大器。进一步的，所述差分输入缓冲器的电路中采用LT1368运算放大器，LT1368有着较高的共模抑制比,极低的输入失调电压，使用双跟随器作为ADC的差分输入缓冲器，可以有效消除失调电压的影响。进一步的，所述模数转换器为24位模数转换器。优选的，所述模数转换器为LTC2445AD，该转换器具有2ppm的线性度，24位无漏码；2.5ppm的满度增益误差，0.1ppm的失调误差，0.16ppm的噪声等优良直流性能和良好的低噪声特性；该转换器的输入回路无缓冲器，输入电压可以超过基准电压范围的12.5％，可以方便解决超量程和负电压的测量问题；该转换器与其他转换器相比最大的特点是单周期零点和满度校准透明，不需用户编程参与ADC的自动校准，使用极其方便。此外，该转换器拥有SPI数字接口。结合信号输入接口电路，转换器的输入回路外接差分缓冲器,构成8通道24位高精度ADC数据采集系统。进一步的，所述电压基准源分为+5V基准电压和+2.5V基准电压。进一步的，所述电压基准源采用MAX6350芯片，MAX6350具有超低温漂系数，如1ppm/℃，极低噪声水平，1.5μVp-p(0.1Hz～10Hz)；长时间稳定性达30ppm/1000hr。进一步的，所述信号采集器内部具有精度较高的集成震荡器时钟，外部不需任何频率调整元件，内部的四阶数字陷波滤波器对50Hz/60Hz的信号具有最小为87dB的衰减能力。进一步的，所述倾角测量与校正系统包括激励源电路、第一单轴倾角传感器电路、第二单轴倾角传感器电路、第一相敏检波电路、第二相敏检波电路、第一信号放大电路、第二信号放大电路、第一低通滤波电路和第二低通滤波电路；所述激励源电路产生第一方波信号和第二方波信号；所述第一方波信号输入到第一单轴倾角传感器电路，第二方波信号输入到第二单轴倾角传感器电路；从第一单轴倾角传感器电路出来的信号进入到第一相敏检波电路，从第二单轴倾角传感器电路出来的信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于地质勘测的高精度电子重力仪，其特征在于，包括本体、控温系统、数据转换与采集系统和倾角测量与校正系统，所述控温系统、数据转换与采集系统和倾角测量与校正系统置于本体内。

【技术特征摘要】
1.一种适用于地质勘测的高精度电子重力仪，其特征在于，包括本体、控温系统、数据转换与采集系统和倾角测量与校正系统，所述控温系统、数据转换与采集系统和倾角测量与校正系统置于本体内。2.如权利要求1所述的适用于地质勘测的高精度电子重力仪，其特征在于，所述控温系统包括外控温系统、内控温系统和隔离系统，其中，所述内控温系统置于所述外控温系统内，所述隔离系统位于外控温系统与内控温系统之间；所述外控温系统包括第一恒温仓、第二恒温仓、第三恒温仓、第一控制电路、第二控制电路和第三控制电路，第一恒温仓与第一控制电路连接，第二恒温仓与第二控制电路连接，第三恒温仓与第三控制电路连接，所述第一恒温仓、第二恒温仓、第三恒温仓分别为外控温系统的顶面、侧面和底面；所述内控温系统包括第四恒温仓和第四控制电路，第四恒温仓与第四控制电路连接。3.如权利要求1所述的适用于地质勘测的高精度电子重力仪，其特征在于，所述数据转换与采集系统包括信号衰减器、输入缓冲器、差分输入缓冲器、模数转换器、电压基准源和信号采集器，所述信号衰减器的输出端连接所述输入缓冲器的输入端，所述输入缓冲器的输出端连接差分输入缓冲器的输入端，所述差分输入缓冲器的输出端连接模数转换器的输入端，所述模数转换器的输出端连接信号采集器的输入端；所述电压基准源连接在模数转换器输入端。4.如权利要求3所述的适用于地质勘测的高精度电子重力仪，其特征在于，所述信号衰减器的电路中包括运算放大器。5.如权利要求3所述的适用于重力仪的高精度数据转换与采集系统，其特征在于，经过所述信号衰减器衰减后的幅度为0～5V。6.如权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王斌，秦佩，陶照明，薛振海，蔡璟原，黄涛，梁连仲，
申请(专利权)人：北京奥地探测仪器有限公司，地质矿产部北京地质仪器厂，
类型：发明
国别省市：北京;11