중력 측정법
Gravity gradiometry
중력 그라디메트릭은 지구 중력장의 변화(아노멀리)의 연구와 측정법이다. 중력 구배는 중력 가속도의 공간 변화율이다. 가속도는 벡터 수량으로, 규모와 3차원 방향을 가지고 있기 때문에, 전체 중력 구배는 3x3 텐서이다.
중력 그래디메트릭은 석유와 광물 탐사선이 지표면 아래 밀도를 측정하는 데 사용하는데, 기초 암석 성질에 따른 중력 가속도의 변화 속도를 효과적으로 측정한다. 이 정보를 통해 석유, 가스 및 광물 퇴적물을 보다 정확하게 목표로 삼는데 사용될 수 있는 지표 아래 이상 징후 그림을 구축할 수 있다. 또한 물기둥 밀도를 이미지화하거나, 물에 잠긴 물체의 위치를 찾거나, 수심을 결정하는 데에도 사용된다. 물리학자들은 지구의 정확한 크기와 모양을 결정하기 위해 중력계를 사용하며, 그것들은 관성 항법 시스템에 적용되는 중력 보상에 기여한다.
그라비티 그라데이션
중력 측정은 지구의 중력 끌어당김력, 구심력, 태양, 달, 행성으로 인한 조력 가속도, 그리고 다른 적용된 힘을 반영하는 것이다. 중력 눈금계는 중력 벡터의 공간적 파생물을 측정한다. 가장 자주 사용되며 직관적인 구성요소는 수직 중력 경사도 G로zz 높이(z)를 가진 수직 중력(gz)의 변화 속도를 나타낸다. 작은 수직 거리 l로 분리된 두 지점에서 중력의 값을 차등화하고 이 거리로 나누면 추론할 수 있다.
두 가지 중력 측정은 높은 정확도에 맞춰 정렬된 가속도계에 의해 제공된다.
단위
중력 구배 단위는 eotvos(E로 약칭)로, 10초−9−2(또는−4 10mGal/m)에 해당한다. 2미터의 거리를 지나가는 사람은 대략 1E의 중력 경사로 신호를 제공할 것이다. 산은 수백의 어트보 신호를 줄 수 있다.
중력 그라데이션 텐서
전체 시차계는 세 개의 수직 방향에서 중력 벡터의 변화 속도를 측정하여 중력 구배 시차를 발생시킨다(그림 1).
중력과 비교
중력의 유도체로서, 중력 구배 신호의 스펙트럼 파워는 더 높은 주파수로 밀린다. 이것은 일반적으로 중력 이상보다 중력 구배 이상 현상을 선원에 더 국소화시킨다. 표(아래)와 그래프(그림 2)는 점 소스의 g와z G 반응을zz 비교한다.
| 중력(gz) | 중력 그라데이션(Gzz) | |
|---|---|---|
| 신호 | ||
| 피크 신호(r = 0) | ||
| 절반 최대값의 전체 너비 | ||
| 파장(파장) |
![{\displaystyle {GM\,z \over (r^{2}+z^{2})^{3/2}}\times 10^{5}\;\left[{\text{mGal}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/c64402293109d6a297a06f581951be38d88cc273)
![{\displaystyle {GM(r^{2}-2z^{2}) \over (r^{2}+z^{2})^{5/2}}\times 10^{9}\;\left[{\text{E}}\right]}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/121ccb49e4c9e77abd383f08bec0514de4dc7599)
반대로, 중력 측정은 저주파에서 더 많은 신호 출력을 가지므로 지역 신호와 더 깊은 선원에 더 민감하게 만든다.
동적 조사 환경(항공 및 해양)
파생 측정은 신호의 전체 에너지를 희생시키지만, 운동 장애로 인한 소음을 현저히 감소시킨다. 이동 플랫폼에서 두 가속도계가 측정한 가속도 교란은 동일하므로 차이를 형성할 때 중력 구배 측정에서 취소된다. 가속도가 관심 신호보다 큰 순서가 되는 공중 및 해양 조사에 그래디미터를 배치한 주된 이유다. 신호 대 소음 비율은 공중 가속 노이즈가 가장 큰 고주파(0.01Hz 이상)에서 가장 유리하다.
적용들
중력 그래디메트릭은 탄화수소와 광물 탐사를 돕기 위해 표면 아래 지질학을 이미지화하는 데 주로 사용되어 왔다. 250만 km 이상의 선로가 이 기술을 사용하여 조사되었다.[1] 이번 조사에서는 솔트 디아피르, 단층계통, 리프 구조물, 킴벌라이트 파이프 등 지질학적 특성과 관련될 수 있는 중력 이상을 중점적으로 조명한다. 다른 애플리케이션으로는 터널과 벙커[2] 탐지, 해양 순환에 대한 지식 향상을 목표로 하는 최근의 GOCE 임무 등이 있다.
중력 그래디미터
록히드 마틴 중력 그라디오미터
1970년대에, 미국 국방부의 간부로서, 존 브렛은 트라이던트 2 시스템을 지원하기 위해 중력 그래디미터의 개발을 시작했다. 벨 에어로스페이스(Rockheed Martin 인수)가 개발해 은밀한 항해를 돕기 위해 고안된 미국 해군 오하이오급 트라이던트 잠수함에 배치되고 있는 풀 텐서 그라데이션(FTG) 시스템의 상업적 응용을 모색하기 위한 위원회가 위촉됐다. 냉전이 종식되자 미 해군은 기밀 기술을 공개하고 본격적인 상용화의 물꼬를 텄다. 중력 그래디미터의 존재는 1990년 개봉한 영화 <적색 10월의 사냥>에서 유명하게 노출되었다.
현재 운용 중인 록히드마틴 중력 그래디미터에는 3D 풀 텐서 그라비티 그래디미터(FTG, 고정 날개 항공기 또는 선박에 배치)와 FANCE 그라디미터(가속계 8개를 탑재한 부분 텐서계, 고정 날개 항공기 또는 헬리콥터에 배치)의 두 종류가 있다. 3D FTG 시스템은 세 개의 중력 그래디미터(GGI)를 포함하고 있으며, 각각 회전 디스크 위에 배열된 두 쌍의 서로 반대되는 가속도계를 스핀 방향으로 측정 방향과 함께 사용한다.
기타중력그래프계
- 정전기중력 그라디미터
- 유럽우주국(European Space Agency)의 GOCE 임무에 배치된 중력 그라디미터다. 정전기 서보 제어 가속도계 3쌍을 기반으로 한 3축 대각선 그라디미터다.
- ARKEX 탐사 중력 등급계
- 유럽우주국(European Space Agency)을 위해 원래 개발된 기술의 진화, ARKEX(현재는 소멸된 기업)가 개발한 초전도성의 두 가지 핵심 원리를 사용하여 그 성능을 전달한다: EGR 교정 질량의 부양을 제공하는 마이스너 효과와 플럭스 정량화(flux quantizner effective)이다.es the EGG는 고유의 안정성을 가지고 있다. EGG는 높은 동적 조사 환경을 위해 특별히 설계되었다.
- 리본 센서 그래디미터
- 그라비텍 중력 그라디오미터 센서는 중력 그라데이션 힘에 반응하는 단일 감지 요소(리본)로 구성된다. 그것은 보어홀 용도에 맞게 설계되었다.
- UWA 중력 그라디미터
- 웨스턴오스트레일리아 대학교(일명 VK-1) 그라비티미터(Gradiometer)는 직교 4극 응답기(OQR) 설계를 마이크로-플렉스 지지 밸런스 빔 쌍을 기반으로 하는 초전도 기기다.
- 게덱스 중력 그래디미터
- 게덱스 중력 그래디미터(AKA High-Definition Air Gravity Gradiometer, HD-AGG)도 메릴랜드 대학에서 개발한 기술을 바탕으로 한 초전도 OQR형 중력 그래디미터다.
참고 항목
참조
- ^ Gravity Gradiometry Today and Tomorrow (PDF), South African Geophysical Association, archived from the original (PDF) on 2011-02-22, retrieved 2011-06-27
- ^ Using Gravity to Detect Underground Threats, Lockheed Martin, archived from the original on 2013-06-03, retrieved 2013-06-14
