Máy đo Trọng Lực – Wikipedia Tiếng Việt

Máy đo trọng lực (Gravimeter) là công cụ để đo Trọng trường Trái Đất tại địa phương cụ thể.

Đó là loại máy đo gia tốc, chuyên dùng để đo gia tốc trọng trường, được thiết kế cực nhạy để đo những thay đổi cực nhỏ gây ra bởi các cấu trúc địa chất gần đó, hoặc của hình dạng của Trái Đất, và do các biến động thủy triều. Máy đo trọng lực hiển thị đo lường bằng đơn vị của gal, được định nghĩa bằng 1 cm/s2, thay vì các đơn vị phổ biến hơn của gia tốc.

Máy đo trọng lực được sử dụng trong Thăm dò trọng lực phục vụ nghiên cứu Vật lý Địa cầu, và trong Địa vật lý thăm dò: nghiên cứu địa chất tổng quan, tìm kiếm dầu khí, thăm dò khoáng sản,...

Lịch sử

[sửa | sửa mã nguồn]

Thời kỳ đầu đo đạc trọng lực sử dụng con lắc trọng lực: con lắc Kater, con lắc Repsold, con lắc ngược Holweck - Lejay,... để nghiên cứu là chính. Chu kỳ dao động T của con lắc quan hệ ngược với trọng lực g:

T = 2 π L g {\displaystyle T=2\pi {\sqrt {\frac {L}{g}}}}

trong đó L là độ dài từ trụ lắc đến trọng tâm của con lắc. Đo chu kỳ T sẽ tính được g.

Nền tảng của máy đo trọng lực hiện đại được Lucien Lacoste và Arnold Romberg phát triển năm 1936. Sau đó các cải tiến để đo trên tàu được hoàn thiện vào năm 1965.

Từ 2005, các máy đo được số hóa (Digital), tạo thuận lợi cho đo đạc và quản lý số liệu.

Nguyên lý chung

[sửa | sửa mã nguồn]

Nguyên tắc cơ bản của thiết kế máy đo trọng lực tương tự như các máy đo gia tốc khác, nhưng khác ở điểm có độ nhạy cực cao để phân biệt được những thay đổi cực nhỏ của trường, cỡ nanogal trên nền trường ở mặt đất là cỡ 980 gal. Nó dẫn đến các máy cũng cực kỳ nhạy cảm với các rung động, mà việc chống lại các rung động này là khó khăn rất lớn. Phương cách chính được áp dụng, là làm tắt các dao động với hằng số thời gian lớn.

Máy đo trọng lực tuyệt đối

[sửa | sửa mã nguồn]

Máy đo trọng lực tuyệt đối đo trực tiếp gia tốc trường bằng cách theo dõi vật nặng thả rơi trong ống chân không. Vật nặng là mảnh cắt có khả năng phản chiếu toàn phần tia laser từ hệ giao thoa kế Michelson. Sự giao thoa được theo dõi bằng đồng hồ rubidi siêu chính xác, từ đó tính ra gia tốc rơi.[1][2]

Máy đo trọng lực tuyệt đối được dùng cho việc hiệu chỉnh máy đo trọng lực tương đối, trong thiết lập lưới điểm tựa (Control network), và đôi khi dùng trong khảo sát các dị thường trọng lực (dạng khoảng trống, Voids).

Lưới điểm tựa (Control network) là lưới các điểm có giá trị trường được đo bằng máy có độ chính xác cao, làm mốc giá trị trường cho các đo đạc bằng máy có độ chính xác thấp hơn hoặc các máy cho ra giá trị tương đối.

Máy đo trọng lực tương đối

[sửa | sửa mã nguồn]

Máy đo trọng lực tương đối là máy đo sử dụng phổ biến trong thăm dò. Phần lớn máy đo trọng lực tương đối sử dụng lò xo đặc biệt ổn định cao để cân trường trọng lực, như máy đo trọng lực LaCoste-Romberg-Gravimeters. Vật nặng dùng cho phép cân có gắn gương (Spiegel), và tia sáng (Lichtstrahl) chiếu vào gương rồi phản xạ lên tấm kính có vạch chia. Các máy số hóa hiện đại thì thay kính này bằng cảm biến diode.

Kết quả cân được số hóa, hiển thị và lưu giữ.

Khi sử dụng máy đo tương đối, chuyến đo phải bắt đầu và kết thúc đo tại Điểm tựa, là các điểm có giá trị trường được đo bằng máy có độ chính xác cao hơn. Máy đo trọng lực tương đối cho ra số đọc biểu kiến, và dựa theo chênh lệch với giá trị tại điểm tựa để tính ra giá trị trường.

Máy đo trọng lực siêu dẫn

[sửa | sửa mã nguồn]

Máy đo trọng lực siêu dẫn thì sử dụng cân là quả cầu nghịch từ siêu dẫn niobi có đường kính 25 mm (1"), đặt trong một từ trường ổn định, và được làm lạnh bằng heli lỏng để đạt trạng thái siêu dẫn. Trường từ cần thiết để treo quả cầu tỷ lệ thuận với cường độ của trường hấp dẫn của Trái Đất, và dòng điện duy trì từ trường là kết quả của phép cân. Dòng điện này được số hóa với độ phân giải cao, và được chuyển đổi ra số đo trọng lực.

Tại Đức, máy đo trọng lực siêu dẫn Supraleitendes Gravimeter SG-30 đang phục vụ tại Đài quan sát Wettzell [3] Theo Virtanen (2006) các máy này đạt độ nhạy nanogal.[4]

Máy đo gradient trọng lực

[sửa | sửa mã nguồn]

Máy đo gradient trọng lực (Gravity Gradiometer) là dạng máy đo cho ra trực tiếp số liệu gradient trọng lực tại vị trí đo đạc. Máy có những cảm biến gia tốc lập ra cặp, trong mỗi cặp thì cảm biến đặt cách nhau một khoảng cách và hướng xác định, để thu được độ chênh trường theo hướng đó và hiển thị ra kết quả là gradient.

Máy đơn giản nhất là có 1 cặp cảm biến thẳng đứng để đo gradient thẳng đứng.

Đo trực tiếp gradient sẽ loại trừ ảnh hưởng của các biến thiên, nhiễu trường,... và là phương tiện phát hiện dị thường nhỏ và tương đối gần điểm đo, ví dụ các hầm ngầm, hầm cố thủ,...

Các biến thể máy

[sửa | sửa mã nguồn]

• Máy đo trọng lực đường bộ là máy gọn nhất dùng cho đo đường bộ. Nó dùng các bọt thủy để chỉnh vị trí cân bằng.
• Máy đo trên máy bay: Ví dụ máy Micro-g LaCoste Air-Sea System II Gravity Meter (Mỹ)[5] là hệ thống đo trên máy bay và trên boong tàu biển, sử dụng con quay hồi chuyển để duy trì định hướng.
• Máy đo trên boong tàu thuyền đang chạy, như máy ZLS.[6]
• Máy đo sát đáy biển kéo theo tàu để có độ chi tiết tốt hơn, như hệ thống Submersible Gravimeter dùng máy trọng lực Micro-g LaCoste S-174[7] lắp trên hệ các đăng.[8]
• Máy đo điểm ở đáy biển bằng hệ thống điều khiển xa như Seafloor Gravimeter ROVDOG (Remotely Operated Vehicle deployed Deep Ocean Gravimeter)[9], đạt được độ chi tiết gần như đo trên mặt đất.

Xem thêm

[sửa | sửa mã nguồn]

• Trọng trường Trái Đất
• Dị thường trọng lực
• Gravity gradiometry

Tham khảo

[sửa | sửa mã nguồn]

1. ^ “Micro-g LaCoste Absolute Gravimeters”. Micro-g LaCoste, Inc. 2012. Truy cập ngày 27 tháng 7 năm 2012.
2. ^ J. M. Brown, T. M. Niebauer, B. Richter, F. J. Klopping, J. G. Valentine, and W. K. Buxton (ngày 10 tháng 8 năm 1999). “Miniaturized Gravimeter May Greatly Improve Measurements”. Eos, Transactions, American Geophysical Union, electronic supplement. Bản gốc lưu trữ ngày 26 tháng 7 năm 2009. Truy cập ngày 24 tháng 2 năm 2015.Quản lý CS1: nhiều tên: danh sách tác giả (liên kết)
3. ^ Das supraleitende Gravimeter. Lưu trữ 2015-09-21 tại Wayback Machine Geodätisches Observatorium Wettzell (BRD), (c) 2013. Truy cập 10 Mar 2015.
4. ^ Virtanen, H. (2006). Studies of earth dynamics with superconducting gravimeter (PDF). Academic Dissertation at the University of Helsinki. Bản gốc (PDF) lưu trữ ngày 5 tháng 6 năm 2011. Truy cập ngày 21 tháng 9 năm 2009.
5. ^ Air-Sea System II Gravity Meter. Micro-g LaCoste, 2014. Truy cập 18 Feb 2015.
6. ^ ZLS Dynamic Meter for Marine Applications. ZLS Corporation Brochure, 2012. Truy cập 18 Feb 2015.
7. ^ Micro-g LaCoste Gravity Meters. Lưu trữ 2015-02-28 tại Wayback Machine Micro-g LaCoste, Inc. Publication, 2014. Truy cập 18 Feb 2015.
8. ^ Tomoaki Yamada et al., OS51D-1902: Development of a submersible gravimeter on underwater vehicles. AGU Fall Meeting, San Fransisco, Dec 2012. Truy cập 18 Feb 2015.
9. ^ Glenn Sasagawa et al., 2002. A New Seafloor Gravimeter. Retrieved 18 Feb 2015.

Liên kết ngoài

[sửa | sửa mã nguồn] Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện truyền tải về Máy đo trọng lực.

x t s Trái Đất
Lục địa	Châu Phi Châu Nam Cực Châu Á Lục địa Úc Châu Âu Bắc Mỹ Nam Mỹ
Đại dương	Bắc Băng Dương Đại Tây Dương Ấn Độ Dương Thái Bình Dương Nam Đại Dương
Địa chất,địa lý	Tuổi Trái Đất Địa chất học Khoa học Trái Đất Xói mòn Extremes on Earth Tương lai Trái Đất Lịch sử địa chất Trái Đất (thang đo thời gian) Geologic record Trọng trường Trái Đất Lịch sử Trái Đất Từ trường Kiến tạo mảng Cấu trúc Trái Đất Động đất Địa vật lý Bướu xích đạo Châu lục Địa lý các hành tinh đá Hệ Mặt Trời Định lý Clairaut Lục địa Múi giờ Những cực trị trên Trái Đất
Khí quyển	Khí quyển Trái Đất Khí hậu Ấm lên toàn cầu Thời tiết
Môi trường	Khu sinh học Sinh quyển Sinh thái học Hệ sinh thái Ảnh hưởng do con người lên môi trường Lịch sử tiến hóa sự sống Tự nhiên Đánh giá hệ sinh thái thiên niên kỷ Triết lý Gaia
Bản đồ	Bản đồ kỹ thuật số Hình ảnh vệ tinh Địa cầu ảo Bản đồ thế giới Viễn thám
Lịch sử	Giả thuyết Gaia Lịch sử Hệ Mặt Trời Lịch sử Trái Đất Lịch sử địa chất Trái Đất Tiến hóa sự sống Lịch trình tiến hóa sự sống Niên đại địa chất Tuổi Trái Đất Tương lai Trái Đất Nghịch lý Mặt trời trẻ mờ nhạt
Văn hóa,nghệ thuậtvà xã hội	Danh sách quốc gia có chủ quyền lãnh thổ phụ thuộc Trái Đất trong văn hóa Ngày Trái Đất Kinh tế thế giới Tên gọi Lịch sử thế giới Múi giờ Thế giới Luật quốc tế Nghệ thuật phong cảnh Trái Đất phẳng và Trái Đất rỗng Trái Đất trong viễn tưởng
Tâm linh,mục đích luận	Bí ẩn sáng tạo Chủ nghĩa Gaia New Age Chủ nghĩa sáng thế Thần ngôn hành tinh (thuyết thần trí) Gaia (Hy Lạp cổ đại) Mẹ Trái Đất Tellus Mater (La Mã cổ đại)
Khoa học hành tinh	Quỹ đạo Trái Đất Sự tiến hóa của Hệ Mặt Trời Geology of solar terrestrial planets Vị trí trong Vũ Trụ Mặt Trăng Hệ Mặt Trời
Khác	Hoàng đạo Hành tinh đôi Mây Kordylewski Terra Theia
Thể loại Outline of Earth Cổng thông tin Trái Đất Cổng thông tin Hệ Mặt Trời Hình ảnh Mặt Trời Sao Thủy Sao Kim Trái Đất Sao Hỏa Sao Mộc Sao Thổ Thiên Vương Hải Vương

x t s Địa vật lý
Các lĩnh vực	Tổng quan Địa chấn học Trọng trường Từ trường Cổ địa từ Địa động lực học Động lực học chất lỏng Trắc địa Vật lý khoáng vật Địa vật lý gần bề mặt Địa vật lý hố khoan Địa vật lý toán Vật lý kiến tạo
Hiện tượng	Chao đảo Chandler Hiệu ứng Coriolis Từ trường Geodynamo Địa nhiệt Đối lưu manti Tiến động trục(?) Sóng địa chấn Thủy triều
Kỹ thuật	Thăm dò Máy đo
Tổ chức	Quốc tế: IUGG: (IACS IAG IAGA IAHS IAMAS IAPSO IASPEI IAVCEI) Việt Nam: Hội Địa vật lý • Vật lý Địa chất • Vật lý Địa cầu

x t s Máy địa vật lý
Địa chấn & âm học	Geometrics Geode Serel 428
Điện DC & Điện từ	Scintrex Geonics Protem GPR: Pulse Ekko, Mala Ramac X3M, SIR-10 GPR, SIR-2000 GPR
Trọng lực	Scintrex Autograv CG-5 Micro-g LaCoste Air-Sea System II
Từ kế	Fluxgate Proton GSM-19TW Lượng tử Mẫu rung
Phóng xạ	Đo tổng Đo phổ Gamma Surveyor II Đo alpha Đo hơi radon Durridge RAD7
Hố khoan	Mount Sopris Instrument Điện Phóng xạ Siêu âm

Tiêu đề chuẩn	BNF: cb11980319r (data) LCCN: sh85056555