《基于絕對重力測量的超導重力儀標定方法》征求意見

　　【儀表網 儀表標準】由全國力值硬度重力計量技術委員會對口負責的《基于絕對重力測量的超導重力儀標定方法》征求意見稿已經起草完成。為了使國家計量技術規范能廣泛適用和更具操作性，特向全國有關單位征求意見和建議。
 

　　超導重力儀是一種利用超導原理和技術來測量重力加速度變化的儀器，是目前測量分辨率高、穩定性和連續性好的重力測量儀器。它利用超導體在低溫超導轉變后的無限導電性和完全抗磁性建立超導磁懸浮系統，用電容電橋或磁通探測器來檢測因重力變化而引起的超導懸浮體的位置變化，以達到重力測量的目的。由于其具有噪聲低、穩定性高、漂移小和靈敏度高的特點，且能進行長周期連續重力變化觀測，因此被廣泛應用于地球物理、地震監測等研究領域。在重力計量領域，超導重力儀已逐漸用于國際重力比對點的重力變化監測和數據鏈接，以確保比對點重力數據的準確可靠。
 

　　由于超導重力儀直接輸出的是一個電壓信號，需要乘以尺度因子將其轉換為重力變化值。為了得到準確的重力加速度變化值，必須對其尺度因子進行精確地測定。目前，超導重力儀的尺度因子測定通常采用與高靈敏度絕對重力儀進行同期同址觀測，利用超導重力儀的直接輸出數據和絕對重力儀的連續重力觀測數據進行線性回歸擬合得到尺度因子。根據國際地球潮汐委員會對超導重力儀標定的建議，尺度因子標定的相對精度建議優于0.1%。
 

　　本規范根據JJF 1071-2010《國家計量校準規范編寫規則》、JJF 1001-2010《通用計量術語及定義》、JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》規定的規則編寫。
 

　　本規范在制定過程中充分參考了《重力加速度量值溯源與傳遞框圖》、GB/T 20256-2019《國家重力控制測量規范》中的術語、符號與定義，以及相關的技術要求、技術指標和測試方法。本規范給出了基于絕對重力測量的超導重力儀標定方法。
 

　　本規范適用于測量范圍在(9.77~9.83)m/s2的超導重力儀標定，它規定了進行超導重力儀標定的計量特性、標定條件、標定項目、標定方法、標定結果的處理及復校時間間隔。
 

　　標定環境條件：
 

　　環境溫度：(22±3)℃，標定過程中溫度變化最大最小值之差不超過2℃；
 

　　相對濕度：≤80%；
 

　　地理信息：實驗地點應具有明確的經緯度、海拔高度、垂直梯度和固體潮汐參數信息。
 

　　其他條件：由于超導重力儀一般安裝在固定臺站或點位，難以移動，因此需要絕對重力儀到現場進行標定。現場環境不應有影響標定工作的電磁場干擾源，遠離大的工業噪聲和振動干擾源，具有良好的隔振條件。
 

　　通用技術要求：
 

　　1.儀器外觀應完好無損，所需附件應配套齊全。銘牌上的型號、編號等標記應清晰可辨。
 

　　2.儀器能夠以文件形式輸出數據，數據至少應包含各個數據點對應的測量時間、電壓輸出值(或重力測量值)以及大氣壓和固體潮等修正參數。超導重力儀采樣率不低于1 Hz。
 

　　3.觀測過程中需要對超導重力儀和絕對重力儀進行時間同步，要求兩個儀器的時間系統差別小于或等于1s。
 

　　標定時間選取：
 

　　應選擇在大潮期間(農歷初一或十五前后)，對應固體潮變化幅度大、變化速率快的時段。
 

　　標定儀器選取：
 

　　選取絕對重力儀進行超導重力儀尺度因子的測定，可以選擇光學干涉型或原子干涉型絕對重力儀，絕對重力儀的測量噪聲水平(即短期靈敏度)會影響標定的精度。為了準確地進行尺度因子測定，絕對重力儀的短期靈敏度建議優于5.0×10-7 m/s2/Hz1/2。
 

　　測量過程：
 

　　將絕對重力儀安放在超導重力儀附近，盡量安置于同一地基上，2臺儀器相距不超過10米為宜。待儀器裝調并預熱完成后，與超導重力儀進行同期同址測量，測量時間不少于60小時，且獲得的有效數據的數量不少于6000個，建議選取使用地震平靜期的數據，若測量過程中遇到地震導致對標定結果影響較大時，需延長觀測時長或重新進行測量。
 

　　測量期間，建議至少每12小時對儀器狀態進行一次檢查(如光學干涉重力儀的光束垂直性等)，確保儀器狀態正常。
 

　　數據預處理：
 

　　將超導重力儀的測量數據導出，取樣數據對應的觀測時間應包含絕對重力儀的觀測時間，利用最小二乘低通濾波(加窗，截止頻率為0.0041667 Hz)處理去除毛刺噪聲等。將絕對重力儀的測量數據直接導出，不進行固體潮、大氣壓、極移等系統改正，即絕對重力儀數據應是不進行任何數據改正的原始數據。
 

　　復校時間間隔：
 

　　儀器使用、維護和保養情況會影響超導重力儀的尺度因子，因此，可根據實際使用需求自主決定復校的時間間隔，建議每年標定一次。