超导体 重 力 仪 的 设 计 ———赵明祥（02013069）杨帆（02206084）.

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1 超导体 重 力 仪 的 设 计 ———赵明祥（ ）杨帆（ ）

2 重力仪的简要说明 重力仪就是测量重利加速度的一种精密仪器。有如下的作用： 为预报灾害性的天气来提供参数。比如：地震、飓风等
可以用来进行地质性的勘探；比如：矿产资源、地热资源的勘探。 运用于天文，——天体的运动对地球的重力场产生的影响

3 几种常见的重力仪

4 GS型的重力仪的示意图（一）

5 GS型重力仪的示意图（二）

6 主要技术指标: 分辨率：1微伽 直接量程：2毫伽 精 度:±1. 9--±3. 2微伽 传感度精度：优于0. 0001微米 恒温精度：小于0
 主要技术指标:           分辨率：1微伽         直接量程：2毫伽           精  度:±1.9--±3.2微伽       传感度精度：优于0.0001微米         恒温精度：小于0.0001°C DZW型重力仪的结构

7 国外的几款重力仪 Worden Gravity Meter FG5 Absolute Gravity Meter

8 G型 陆地用 重力仪 Accuracy 测量准确度: 0.04 mGal
0.01mGal( with optional MVR System ) Precision的读数精度 0.001 mGal mGal( with optional MVR System ) Repeatability 重覆量測準確度 : 0.01 mGal 0.005 mGal( with optional MVR System ) G型 陆地用 重力仪

9 G Meter w/Aliod 100x Zero Length™ Metal Spring Reliable - Low Maintenance Worldwide Range - No Resetting Low Drift - <1 mGal per Month Internal Data Logging Automatic Reading & Leveling Automatic Tide & Tilt Correction mGal Data Resolution to 0.02 mGal Repeatability G Meter w/CPI Zero Length™ Metal Spring Reliable - Low Maintenance Worldwide Range - No Resetting Low Drift - <1 mGal per Month No Data Logging Manual Reading CPI System - improves repeatability mGal Data Resolution 0.01 to 0.02 mGal Repeatability

10 超导体重力仪设计的理论基础

11 B=0 麦斯那效应的示意图

12 超导体重力仪的设计的基本原理图 S N N

13 当小球处在线圈中间位置的时候，我们可以十分方便的求出他们所受的力
N N S S

14 下面是我们设计的一个简单的电路 R1 R2 螺线管 A R3 电流计

15 螺线圈部分（左图） （红色为线圈， 绿色为螺线管， 黄色部分是杜瓦瓶， 白色 的超导物质做的 小 球。）

16 在电磁屏蔽中的线圈。 如左图所示（黄色网状部分为屏蔽）

17 公 式 推 导

18 公式的推导过程 [注：以下所有式子中的X都是表示从螺线管轴线中点竖直向上到所 在点的距离] （1）螺线管内的磁感应强度为：
（2）载流线圈在线圈所在平面产生的磁感应强度为： （3）载流线圈在磁场中的受力为：

19 由上面的三个式子，在平衡点时，小球受力平衡，则有以下导出：

20 小球受力平衡时，两力之间的关系：

21 当小球足够小的时候，螺线管足够长，我们可以当作一个理想化模型，就有：
最终

22 改进：由于计算式（4）中的积分很难算，我们在实验中可以将小球替换为一个小环，于是有公式：
联立就可以解得：

23 得到： 缺点是：需要测量小球位置，而小球位置的测量将会引起误差的增加
改进的好处：这样，无需理想磁场也能使计算简单许多，并且不必保持环必须在中点处，在螺线管内任何位置，只要满足平衡，就可以计算！ 缺点是：需要测量小球位置，而小球位置的测量将会引起误差的增加

24 总结： 我们共使用了三个模型： （1）电磁屏蔽 （2）电磁感应 （3）超导体的完全抗磁性 使用的软件有： AUTOCAD2002
MATHMATICA PHOTOSHOP POWERPOINT

25 不足之处： 提供匀强磁场的电流应该设计一个更加出色的电路， 没有提供读数据的工具， 能够设计一个程序来进行操作和计算是最好不过的， 未考虑月球引力的影响。

26 谢谢在座的各位老师