ALAT GRAVIMETER

Peralatan jenis lama yang mengukur bacaan relatif adalah berdasarkan kepada pendulum.

Ia mengambil masa yang panjang untuk dibaca. Peralatan moden yang dapat mengukur

graviti dengan pantas tanpa menggunakan prinsip pendulum dikenali sebagai meter

graviti atau gravimeter. Sebuah gravimeter pada asasnya adalah satu spring seimbang

yang mempunyai jisim malar. Perubahan berat jisim tersebut kerana perubahan graviti

menyebabkan panjang spring berubah dan ini memberikan perubahan graviti.

Pemanjangan spring berkadar terus dengan penambahan daya (Hukum Hooke), oleh itu :-

mdg = kdg

dan ds = (m/k)dg 

k ialah pemalar kenyal spring 

Gravimeter awal yang kepekaannya dikawal oleh spring mempunyai dua tugas

iaitu untuk menanggung jisim dan bertindak sebagai alat pengukur yang dikenali sebagai

gravimeter stabil. Masalah ini diatasi dalam gravimeter moden (jenis tak stabil) yang

menggunakan daya tambahan yang bertindak serupa seperti pemanjangan spring dan

langsung membesarkan pergerakan spring.

GRAVIMETER JENIS STABIL

Gravimeter jenis ini menggunakan spring untuk mengimbangkan graviti dengan daya

yang berlawanan. Anjakan boleh diukur dengan bertambah atau berkurangnya graviti

yang akan memanjangkan atau memendekkan spring utama. Ianya boleh dikembalikan

pada nilai rujukan yang tetap dengan merubah ketegangan spring pelaras. Nilai pelarasan

ketegangan ini adalah fungsi secara langsung perubahan graviti dari nilai rujukan.

Contoh alat gravimeter stabil iaitu Askania Gravimeter, Scintrex CG-3, dan Boliden

Gravimeter.

Example

Stable: pencil lying flat on table. Lift up one end; it falls back flat Unstable: Pencil standing on end. Push it; it falls over.

Stable gravimeters consist of a mass at end of a beam, which pivots on a fulcrum, and is balanced by a tensioned spring.

Changes in gravity affect weight of mass, which is balanced by restoring force of spring.

a) Askania Gravimeter

Beam is pivoted on main spring. A beam of light is reflected from the mass to a photoelectric cell. Deflection of mass, displaces light beam and changes voltage in circuit.

Re-tensioning auxiliary spring restores beam to null position, i.e. same position at which all measurements made.

Stable Gravimeters Using Electrical Amplification

Some gravimeters, including the common Scintrex CG-5, use the small extension of the mass to change the capacitance in an electric circuit.

b) Boliden Gravimeter

Mass is in form of a bobbin with two metal plates suspended between two other metal plates.

Change in gravity causes mass to move and changes capacitance between top plates -- detected by tuned circuit.

Mass returned to null position by adjusting DC current connected two lower plates—mass supported by electrostatic repulsion.

c) Scintrex CG-5 Gravimeter

CG-5 operates on same principle, but uses feedback circuit to control current to plates that restores mass to null position. See http://www.scintrexltd.com/.

GRAVIMETER JENIS TAK STABIL

Dalam gravimeter tidak stabil pula, anjakan yang disebabkan oleh graviti akan

diperbesarkan oleh daya ketiga. Sebagai contoh, gravimeter tak stabil ialah gravitimeter

LaCoste Romberg. Gravimeter ini terdiri daripada satu alang bersangga yang mempunyai

jisim dan dibantu oleh spring yang terlekat betul-betul diatas sangga. Magnitud momen

spring keatas alang bergantung kepada pemanjangan spring dan sin sudut q. Jika graviti

bertambah, alang akan lebih tertekan dan pemanjangan spring bertambah. Walaupun daya

pulih spring bertambah, sudut q menjadi lebih kecil q’. Dengan menggunakan rekaan

geometri spring dan alang yang sesuai, magnitud penambahan momen pulih oleh

kenaikan graviti boleh diperkecilkan. Spring biasa mempunyai julat pengukuran yang

agak kecil. Namun demikian, dengan menggunakan spring ‘panjang sifar’ iaitu spring

yang bertensi semasa dibina sehinggakan daya pulih berkadar terus kepada panjang

fizikal spring dan bukannya kepada pemanjangannya. Alat ini boleh ditinggikan

kepekaannya dengan julat pengukuran yang tinggi. Bacaan diambil secara

mengembalikan alang ke kedudukan mengufuk dengan mengubah kedudukan menegak

spring menggunakan skru mikrometer. Kesan terma dikawal oleh sistem termostat yang

digerakkan oleh kuasa bateri. Alat ini mempunyai julat pengukuran 5000 ug.

Gravimeter LaCoste Romberg

Spring is metal with high thermal conductivity to minimise effects of thermal expansion/contraction. Thermally insulated.

Spring is zero-length, i.e. pretensioned during manufacture so behaves as if it would contract to zero length if tension lost.

Zero length spring is weak, and maximises extension. Mass is large. Reading made by viewing light reflected from beam in eyepiece. Null position recovered by adjusting micrometer screw. Long length of screw means meter can read over range of 50,000 g.u.;

used for worldwide surveys. Accurate to 0.03 g.u.

Gravimeter tak stabil lain yang biasa digunakan ialah gravimeter jenis Worden.

Ketakstabilan alat dihasilkan oleh sistem mekanikal yang serupa cuma alangnya dibantu

oleh dua spring. Spring pertama menjadi spring pengukur manakala spring kedua boleh

digunakan untuk menambah julat bacaan sebanyak 2000 ug lagi. Bagi sesetengah

peralatan ini yang khas, spring kedua juga dikalibrasikan sehingga julat keseluruhan

bacaan serupa dengan julat bacaan gravimeter LaCoste Romberg. Kesan terma biasanya

diminimumkan dengan menggunakan komponen kuarza dan alang dwilogam yang dapat

melakukan gantian secara automatik apabila berlaku perubahan suhu. Akibatnya alat ini

tidak memerlukan termostat dan memadai diletakkan alat dalam bekas kedap udara.

Peralatan biasa mempunyai julat pengukuran yang terhad dan tidak sesuai digunakan

untuk pengukuran graviti antara benua atau untuk kawasan graviti berjulat tinggi.

Gravimeter Worden

For thermal problem, made of quartz glass springs, rods, and fibres. (Quartz less sensitive to heat than metal).

Assembly housed inside vacuum flask with electrical thermostat. Range of instrument is 20,000 g.u. with accuracy up to 0.1 g.u., but 1 g.u. more

usual. Lower range means it is more commonly used for local surveys, over which g

changes less.

Alat Worden Gravitimeter adalah digunakan untuk pengukuran perbezaan gravity bumi, dan ia boleh mengesan 1:100 000 000 daripada gravity normal bumi. Rekaan bagi alat tersebut, pengukuran perbezaan gravity iaitu 0.01 miligal atau 1 inci dalam perubahan ketinggian dapat dilakukan. Alat Worden Gravitimeter yang istimewa ini masih lagi dipakai pada masa kini, dan ianya mudah dibawa serta pengukurannya adalah berkejituan yang tinggi. Alat Worden Gravitimeter ini hanyalah satu-satunya alat yang telah mencecah 1500 unit dalam pengeluarannya. Alat Worden Gravitimeter ini adalah berdasarkan kepada pembinaan sistem kenyalan dari quartz. Ianya direka dengan dipasangkan dengan 3 spring untuk mendapatkan zero-length.

Name: Worden Gravity Meter Date: 1950's

Item Number:

87.21.16 Donor: Lamont-Doherty Geological Observatory

Type: N/A  

Manufacturer:

  Texas Instruments, Inc.

Pemalar kalibrasi gravimeter boleh berubah mengikut masa dan mesti disemak secara

berkala. Prosedur paling biasa ialah mengambil bacaan pada dua atau lebih lokasi yang

graviti mutlak atau relatifnya diketahui. Dalam membuat kalibrasi, gravimeter jenis

Worden, bacaan diambil untuk beberapa set julat skru penyelarasan supaya pemalar

kalibrasi dapat disemak untuk keseluruhan julat pengukuran meter tersebut. Bagi

sesetengah peralatan ini yang khas, spring kedua juga dikalibrasikan sehingga julat

keseluruhan bacaan serupa dengan julat bacaan gravimeter LaCoste Romberg. Prosedur

sedemikian tidak boleh digunakan untuk gravimeter LaCoste Romberg di mana setiap

julat yang berbeza mempunyai pemalar kalibrasi tersendiri. Dalam hal ini penyemakan

boleh dilakukan dengan mengambil bacaan meter pada beberapa inkliriasi meja sengget.

Prosedur ini biasanya diserahkan kepada pembuat alat.

FG5 LA-COSTE ROMBERG

FG-5 menggunakan kaedah jatuhan bebas, iaitu sesuatu objek dijatuhkan ke dalam bekalan vakum. Objek yang jatuh itu akan diawasi dengan menggunakan laser interferometer yang berkejituan tinggi.

Arah jatuhan bagi bahan yang digunakan dalam kaedah jatuhan bebas adalah merujuk sepenuhnya kepada spring aktif yang kukuh yang dipanggil ‘superspring’. Superspring membekal pengecualian gempa bumi, iaitu sebagai rujukan optik untuk meningkatkan penunjukan noise pada alat FG-5.Peminggiran optikal berlaku dalam interferometer supaya dapat jarak pengukuran yang lebih jitu. Dalam system ukur ini boleh dijadikan sebagai standart absolute wavelength. Sekiranya didapati masa yang dibekalkan terlalu panjang, maka alat FG-5 perlu dibuat kalibrasi graviti.

FG5 instrument in metrology laboratory.

o Absolute Accuracy: +/- 2Gal1 o Measurement Precision: +/- 1Gal o Integration Time to 1Gal: 1 hour o Operation: Indoor and Outdoor (Protected Environments)

Schematischer Aufbau des LaCoste-Romberg-Gravimeters

SUPERCONDUCTING GRAVIMETER(SG)

SG adalah astu peralatan yang menyatukan sensor ukuran perbagai perubahan graviti di kawasan yang jauh dan dekat. Oleh kerana terdapat pelbagai bahan mineral di bawah tanah, maka kuasa tarikan graviti di suatu titik dengan suatu titik yang lain

sentiasa berubah. Unit penderiaan graviti adalah dalam bentuk bulat dan ia bergantung kepada satu magnetik yang stabil.

Dalam Gravity Sensing Unit (GSU) diisikan dengan satu cecair yang bernama liquid helium filled dewar dan suhu nay adalah 4.2K mengawasi kepada beberapa μK. Tindak balas daripada negative untuk menjadikan alatnya sama dengan 0. dan tindak balas dari voltan untuk berfungsi sebagai sama dengan perubahan ukur graviti.

Resolusi SG adalah 10-11 m/s2 (ngal). Sekiranya kadar pengaliran 10-3 m/s2 (μgal) setahun, maka alat ini perludibuat kalibrasi kerana kemunculan ketepatan yang tinggi dan pengaliran rendah.

Installation of the SG TO18 at the GFZ Potsdam site

1 = Dewar and Gravity Sensing Unit 4 = Cool Pack2 = Measurement Electronics 5 = Display3 = Compressor

A10 LA-COSTE ROMBERG

- Alat gravitimeter yang absolute. - Ia cepat memperolehi data, senang digunakan dan mudah dibawa ke tempat kerja.

- Alat ini boleh mengoperasi pada mana-mana tempat samada di tempat panas, tempat bersalji dan tempat berangin.

A-10 Field Photograph Gallery

A-10 deployed in Prudhoe Bay, Alaska, 2003. (-40C)

o Absolute Accuracy: +/- 10Gal2 o Measurement Precision: +/- 5Gal o Integration Time to 1o uGal: 5 minutes o Operation: Indoor and Outdoor (Exposed Environments) o Acquisition: 30 minutes minimum including setup, occupation, and tear

down time