GRAVIMETRO ASKANIA
GRAVIMETRO ASKANIA:
1.Introduccin:
El Gravmetro o gravitmetro es un instrumento utilizado en
gravimetra para medir el campo gravitacional local de la Tierra. Un
gravmetro es un tipo de acelermetro especializado en medir la
constante aceleracin descendente de la gravedad, la cual vara
alrededor de un 0.5% sobre la superficie terrestre. Aunque
funcionan con el mismo principio de diseo de los acelermetros, los
gravmetros estn diseados para ser ms sensibles con el fin de medir
los pequeos cambios dentro de la gravedad de la Tierra, causados
por estructuras geolgicas cercanas o por la propia forma de la
Tierra. Esta sensibilidad significa que los gravmetros son
susceptibles a vibraciones externas incluyendo el ruido, el cual
tiende a causar aceleracin oscilatoria. Esto es contrarrestado por
el aislamiento vibratorio integral y el procesamiento de la seal.
Por lo general, las limitaciones en la resolucin temporal son
menores para los gravmetros, de tal forma que la resolucin puede
ser aumentada procesando los datos de salida con una mayor
constante de tiempo. Los gravmetros usan la medida gal, en lugar de
las medidas comunes de aceleracin.
Los gravmetros se utilizan en la exploracin de petrleo y
minerales, sismologa, geodesia, arqueologa, estudios de aguas
subterrneas, anlisis geofsicos y otras investigaciones
geofsicas.
Existen dos tipos de gravmetros: relativos y absolutos. Los
absolutos miden la gravedad local en unidades absolutas, los gals.
Los relativos comparan el valor de la gravedad en un punto en
relacin con otro.
1.1Gravmetros absolutos:
Los primeros gravmetros absolutos fueron los pndulos que
permiten conocer el valor de la gravedad a travs de la medicin de
sus perodos de oscilacin. Estos instrumentos dejaron de emplearse a
mediados de 1900 cuando se empiezan a construir los primeros
gravmetros de cada libre. Hoy en da los gravmetros absolutos tienen
una forma compacta para facilitar su uso en exteriores. Trabajan
midiendo la aceleracin de una masa en cada libre a travs de un vaco
mientras un acelermetro est fijo en el suelo. Los gravmetros
absolutos se utilizan para calibrar los gravmetros relativos y para
establecer una red de control vertical.
1.2Gravmetrosrelativos:
Losgravmetrosrelativosposeensimilitudconstructivaconlossismmetros
verticalesdelargoperodo.Solamenteveremoslosgravmetrosporttilesbasadosenel
conjuntomas resortey enparticular
losqueutilizanalgntipodecontrol
omedicin electrnica.
Un gravmetro relativo es un instrumento que mide cambios
extremadamente pequeos en el peso. El peso de una masa vara con los
cambios en el campo gravitacional. Para detectar un cambio en el
peso (fuerza de gravedad) de 0.1 mgal, un gravmetro debe tener una
sensibilidad de 10^-7g. Si la masa cuelga un metro en un muelle de
50 cm de largo un cambio de 0.1 mgal produce un cambio de 0.5 x 10
^ -5 cm en la longitud, tal distancia no puede ser medida inclusive
por instrumentos como el interfermetro, el cual no mide no puede
medir una distancia ms pequea que una longitud de onda (es decir: 5
x 10 ^ -5 cm). La resolucin de un gravmetro sensible debe ser ms de
10 veces la de un interfermetro.
Los Gravmetros consisten en una masa unida a ya sea un muelle
helicoidal, a una fibra de torsin, o a una cuerda vibrante (una
tira de metal). Existen dos tipos bsicos de gravmetros que son
capases de medir estos pequeos cambios en la longitud del muelle,
en el ngulo de torsin, o poca frecuencia de vibracin. El primero es
un gravmetro estable o esttico, en la que una gran ampliacin ptica
o mecnica proporciona la sensibilidad necesaria para medir el
cambio en el desplazamiento del peso (o en el ngulo de torsin o en
la frecuencia resonante) Dos fuerzas actan sobre la masa: la
Gravedad y la tensin del resorte. El segundo tipo es un gravmetro
inestable o asttico, en el cual un tercio de la fuerza de
equilibrio acta para producir inestabilidades de modo que los
pequeos cambios en la gravedad relatividad produzcan grandes
movimientos observados.
Figura 5.1. Un resorte simple, donde el peso (mg) incrementa la
longitud de la una distancia l sobre su longitud sin peso.
Por la naturaleza de la fuerza elstica que equilibra la fuerza
de gravedad, se distinguen tres grupos de gravmetros: de gas, de
lquido y ordinarios (mecnicos).
Los gravmetros de gas son aparatos en los que la fuerza de
gravedad viene equilibrada por la elasticidad de un gas comprendido
en un volumen limitado, o por la presin del aire atmosfrico.
Los gravmetros de lquido son aparatos en los cuales como fuerza
equilibrante intervienen las fuerzas capilares del lquido.
N Los gravmetros ordinarios son aparatos en los cuales la fuerza
de la gravedad se equilibra por la elasticidad de cuerpos slidos:
metales o cuarzo. Estos segn sea el material se dividen en dos
subgrupos: metlicos (el sistema elstico es de metal o de aleaciones
especiales) y de cuarzo (el sistema es de cuarzo fundido).
1.2.1Principiodefuncionamiento:
Unmedidordegravedadogravmetrosepuedevercomounabalanza
extremadamentesensible.Debesercapazdemedircambiosenlafuerzadeatraccinde
lamasatanpequeoscomounaparteen107(0.1mGal)omenoresan,yenun
rango
devariacinmundialdelordende5000mGal(9.78m/s2enelecuador
y9.83m/s2en
lospolos).Paracumplirconestasexigenciassehantenidoque
desarrollardispositivos mecnicosmuyrefinados.
Instrumento:
Fig.1Gravmetrorelativoelemental.
Paraanalizarelprincipiodefuncionamientocalculemos,enunsistemasimple
comoeldelafigura1,larelacindelasensibilidadconelperodonaturalde
oscilacin.Laelongacindelresortedebidaalafuerzadeatraccinmges:
Dondemeslamasa[kg],glaaceleracindelagravedad[m/s2]yklaconstantedelresorte[N/m].Sabemosqueestesistemaesunosciladormecnicocuyoperodode
oscilacinlibrees:
Entonces,reemplazandoenlaecuacin(13.1)setieneque:
Parapequeoscambiosdegsepuedeescribir:
Porloqueesposiblecalcularlasensibilidadcomo:
Concluimosentoncesquelasensibilidadesproporcionalalcuadradodel
perodo.Estosignificaquelosgravmetrossensiblesposeenperodosnaturalesde
oscilacinmuylargos.
1.2.2Dificultadesconstructivas
Comoacabamosdever,paralograrinstrumentostiles(muysensibles)debern
serconstruidosconmuylargoperodopropio.Esteproblemacoincideconlosque
tuvieronlosdiseadoresdesismgrafosverticalesparabajasfrecuencias,siendo
todavamsdelicadoenlosgravmetrospuessetratademedirsealesdecambiomuy
lento,esdecir,debensermecnicamenteestablesyresponderdesdefrecuenciasde
sealcero(CC).Estoltimoinhabilitalaposibilidaddeusarelprcticoyconfiable
sensorelectrodinmicoparatomarlaseal.
Laelevadasensibilidadnecesariaylaobligacinderesponderacambiosmuy
lentoshacenqueelinstrumentoseamuyperturbadoporefectosnogravitacionales
comosonlatemperatura,inclinacin,presinatmosfricaycamposmagnticos.Por
lo
queeldiseodebecontemplarlaeliminacinoalmenoslacompensacindeestos
efectos.
Factorestrmicos:habitualmenteseeliminanusandocomponentesde
bajo
coeficientededilatacinyalojandoalsistemasensibledentrodecmaras
trmicascon
controlautomticodetemperatura.Sesuelenmontardentrode
vasosDewarcomouna formadeaislarlodelambienteexternoconlas
resistenciasdecalefaccinensuinterior,
ademsestohacebajarlapotencia
necesariadecalefaccin,redundandoenmayor duracindelasbateras
encampaa.
Efectosbaromtricos:actancambiandolascondicionesdeflotacindelas
partesmecnicasmviles,sesuelenagregarceldasdecompensacin(boyas).
Sensibilidadalanivelacin:estmuyrelacionadaaldiseomecnico,pues,en
realidad,implicaunciertogradodesensibilidadlateral.
Perturbacionesmagnticas:seeliminanusandomaterialesnoferrososenla
construccindelresorteydelaspartesmviles,porejemplo,cuarzocomo
material para
palancasyresortes(Worden).Enelcasodehaberusadoalgn
material ferroso(L&R)
serecurrealblindajedetodoelconjuntoconlminas
dematerialdeelevada permeabilidadmagntica(mumetal)queacta
desviandoelcampomagnticodel
interior,obligndoloapasarporlasparedes.
Porltimo,unbuengravmetrodecampodeberpresentarlasuficienterobustez
comoparasoportarlostrasladosyeltratodecampaa.
1.2.3Mtododemedicin
Encuantoalmtododemedicindiremosque,comovimos,setratademedirel
desplazamientodelamasaproducidoporuncambioeng.Comoestedesplazamientoes
extremadamentepequeo,noresultaprcticorealizarsumedicinenforma
directa, se
haintentadomedianteluzeinterferometra,peroesmuygrandeelrango
decoberturay sonmuyelevadaslaresolucinylinealidadnecesarias.
Siendoquelosvaloresamedirsonprcticamenteestacionarios,estosignifica
que
haytiempopararealizarunamedicin,entoncesserecurrealmtododeceroode
balance(nulling),queconsisteenmedirlafuerzanecesariapararestaurarelsistema
mecnicoalaposicinoriginal.Deestaformanilamasanielresortecambian
demasiadodeposicin,lograndoincluso,disminuirlosefectosdehistresismecnica
quesuelenpresentarlosresortesalcambiarsuestiramientouncantidadapreciable.
Este
mtodopermite,adems,restringircontopeselmovimientodelamasa,
aumentandoas
larobustezdelinstrumento.Unmodorudimentarioseinsinaenla
figura1,unavez
producidogserestauralaposicinoriginaldelamasagirando
eltornilloubicadoenel
extremodelresorteopuestoalamasa.Estetornillo tiene
unpasodemuchaprecisin(porejemplo1mm/vuelta)yposeeundialcalibrado,
lalecturadesusdivisiones
correspondedirectamentealdesplazamientoproducido
enelpuntodevinculacinal
resorte,esdecir,alcambiodegravedadquesedesea
medir.
2.division de los gravimetros relativos
2.1Gravmetros terrestres o Gravmetros de tipo estable:
El gravmetro Graf Askania, se dise alrededor de 1937, obtuvo una
precisin de aproximadamente 0,2 mgal. Una serie de mejoras en los
modelos se han desarrollado desde entonces. Un modelo actual
(GS-15) tiene una precisin de 0,01 mgal usndose en el campo, la
tendencia es menos de 0,05 mgal / h. Usados en una estacin de
reposo a temperatura constante, el medidor puede registrar
variaciones de 1 gal y tiene una deriva de 0,1 mgal/mes. El
elemento de deteccin (fig. 2) consiste en una masa ubicada en una
viga horizontal unida a dos resortes tambin horizontales. El ngulo
de torsin de los muelles es proporcional al cambio de la gravedad
para producir la deflexin de la viga. Las mediciones se obtienen
por la posicin nula de la viga con un muelle de compensacin
vertical, la posicin nula est determinada por una medicin
capacitiva-transductor. La compensacin de temperatura se obtiene
con dos termostatos.
La fig. 2 Graf-Askania gravmetro terrestre (tipo estable) un
resorte de torsin horizontal (figura de la izquierda) contrarresta
el torque produciendo por el peso mg al final de la viga de
longitud b (figura de la derecha). Para mantener el equilibrio
estable.
mgb = , donde: es el muelle de torsin y el ngulo de rotacin del
resorte.
La parte externa tiene una sensibilidad de 0,01 C y se puede
ajustar para 25 , 35 , 40 45C, en conformidad con la temperatura
exterior. El termostato interno proporciona una regulacin continua.
El medidor tiene un rango de disco de 6.000 microgal, haciendo las
mediciones posibles en cualquier estacin sobre la tierra. El
medidor tiene una amplia aplicacin, en particular fuera de Norte
Amrica
2.2Gravimetros marinos
Los gravmetros marinos de tipo viga de uso general son
adaptaciones de los medidos en tierra. Otros tipos de medidas del
mar se han diseado especficamente para su uso a bordo, sin embargo.
El primero de ellos son los dispositivos de presin a gas de Hecker
(1903) y Haalck (1931).
Ms tarde, se desarrollaron medidas de tipo cuerda vibrante por
Gilbert (1949) y mejorado por otros. Recientemente, axialmente
medidas simtricas fueron desarrollados que estn libres del
acoplamiento cruzado de aceleraciones del buque horizontal y
vertical que afectan medidas de tipo viga.
Gravimetro Graf Askania Gss-2
Esta medida es una modificacin del Graf Askania esttico de
tierra. Este elemento de deteccin consiste en una barra plana con
dos muelles de torsin helicoidales mantienen en una posicin casi
horizontal la barra que gira alrededor del eje de los muelles. La
torsin de los muelles hace un balance crtico del momento resultante
del peso de la barra, produciendo as un largo periodo de movimiento
(alrededor de 6 segundos).
Un conjunto de ligamentos conecta las cuatro esquinas de la
barra a los extremos de la torsin de los muelles, el cual elimina
el movimiento horizontal de la barra. La barra se mueve en el campo
de un magneto permanente poderoso, las corrientes de Foucault
resultante producen una fuerte amortiguacin magntica. En modelos
posteriores la amortiguacin fue ampliamente aumentada, para
permitir medidas mas exactas de la gravedad en aceleraciones
verticales de hasta 0.1 g. Gss-2 opera en plataformas
estabilizadas, las medidas incluyen aceleraciones de acoplamiento
cruzado. Estas aceleraciones deben ser removidas, que se hacen por
la medicin de las aceleraciones horizontales con acelermetros
adjuntos a la plataforma y luego removiendo el efecto con el uso de
computadoras automticas.
Los efectos de acoplamiento cruzado son insignificantes en mares
calmados, y pueden ser removidos satisfactoriamente en condiciones
de mar moderado, pero por lo general no adecuados en condiciones de
mar agitado. Una amplia experiencia ha mostrado que estas medidas
proveen mediciones de una precisin de unos pocos miligals, y mejor
en estados de mar calmado.
Experimentos aerotransportados han sido llevados a cabo
utilizando el gravmetro Graf-Askania Gss-2 montado en una
plataforma giroestabilizada.
El instrumento bsico consiste en una viga de aluminio ligera de
30 cm de longitud, mantenido en una posicin horizontal por el par
provisto por dos resortes cilndricos horizontales bajo torsin cerca
del extremo. Resortes horizontales adicionales funcionan paralelos
a la viga estn provistos por control fino y rango. Otros
movimientos de rotacin alrededor del eje horizontal de los resortes
principales estn impedidos por ocho filamentos de restriccin
conectados entre la viga y el case y pesados por corrientes de
Foucault de amortiguacin en el plano vertical es causado porque la
viga se coloca entre los polos de un fuerte imn permanente. La
posicin de la viga es determinada por el uso de una hendidura
horizontal al final de la viga a travs de la cual la luz de la
lmpara incide en una clula fotoelctrica diferencial.
La salida desde la clula fotoelctrica es amplificada y filtrada
y el promedio por encima de 5 minutos es grabado.
La condicin esttica de la balanza es dada por:
Donde m es la masa de la viga, es la distancia desde el centro
de la masa de la viga al eje horizontal de los resortes
principales, teniendo una torsin constante , yes el ngulo de
rotacin de los resortes principales.
A causa de la amortiguacin pesada el instrumento tiene un tiempo
constante de 4 a 5 minutos y un breve periodo de anomalas
gravimtricas no son reproducidas.
Un sistema de control servo ajusta automticamente el resorte de
medicin de tal modo que la viga de aluminio se mantiene en la
posicin de cero durante un perodo medio de tiempo, la posicin final
del resorte de medicin se determina por medio de un potencimetro
circular cuyo brazo mvil central est conectado a un eje enroscado
medido.
El numero de revoluciones del brazo potencimetro es determinado
usando un contador adecuado.
Gravmetro marino Askania Gss-3
Es un aparato automatizado. De sistema sensible se ha utilizado
en un muelle metlico cilndrico 4, que se extiende bajo la accin del
peso (3) en forma de tubo. Para garantizar que el movimiento del
peso se efectu solamente segn la vertical, se sostiene mediante 5
tirantes (en la figura solamente se observan 3). La compensacin de
la fuerza de la gravedad se efecta por un procedimiento
electromagntico. En la parte inferior de la pesa se fija una bobina
(2) con arrollamientos compensadores situados en el campo del imn
(7). En la parte superior de la pesa se halla la placa mvil (6) del
condensador, situada entre dos placas inmviles fijas a la bancada
del aparato. Al medir la fuerza de la gravedad, en el movimiento de
avance de la pesa se transforma mediante un proceso capacitivo en
una seal elctrica alterna que amplifica y rectifica un rectificador
sensible de fase. La seal acciona el dispositivo electromagntico de
compensacin. En el sistema de acoplamiento de reaccin se ha
previsto un amortiguamiento electromagntico y filiacin de las
aceleraciones perturbadoras. Mediante un dispositivo especial se
puede variar el grado de filtracin. De la salida del dispositivo de
compensacin, la seal pasa a dos filtros cuyo rgimen de
funcionamiento se establece segn el procedimiento de la anterior
elaboracin de datos. Al salir de los filtros, la seal pasa al
voltmetro de indicaciones numricas, que seala el incremento de la
fuerza de la gravedad en miligales con la presin de 0.1 mgal. Las
ltimas tres cifras indicadas en el voltmetro se transforman en el
registro analgico y las puede detectar el autor registro. El
registro numrico permite tambin efectuar la grabacin en una cinta
magntica o en una cinta perforada.
El gravmetro se coloca en el termostato elctrico (8) y adems se
tiene un termo compensador electromagntico (1) que consta de una
resistencia termo sensible, de un amplificador y de un devanado
compensador. El sistema sensible del gravmetro es hermtico. Durante
las observaciones, el gravmetro se instala en una plataforma
giroscpica.
Esquema de bloques del gravmetro marino ASKANIA Gss-3
Esteinstrumentofueconcebidopararealizarmedicionesenformaremota,pues
selofijaenelfondodelmarenunacmaraespecialymedianteuncablesecontrolay
midedesdeunbarcocercano.
Podemosexplicarsufuncionamientoestableciendoecuacionesmuysencillas:al
producirseunavariacinglamasatratademoverse,eltransductordedesplazamiento
lodetectayproduceunasealdeerrorque,medianteunamplificador,aplicauna
corrientealTEDparareestablecerelequilibrio,enesepuntovale:
DondeGmeslaconstantedelTED[N/A]ymeslamasadeltubomslabobina
delTED[kg].Luego:
Esdecirquelasvariacionesdegestnrepresentadasporlasvariacionesdela
corrientei.Estacorriente,aplicadasobreunaresistencia,seconvierteenunatensin
queeslasalidadelinstrumento,lacualpuedeserregistradaotransformadaenvalores
digitalesusandounconversoranalgicodigital.
Paraevitarlosproblemasdenivelacin,todoelconjuntosemontaenuna
plataformaespecialgiroestabilizadaparamantenerperfectamentelavertical.
Losproblemastrmicosseminimizanmanteniendolatemperaturaconstante
medianteresistenciasdecalefaccinyuncontrolautomticodetemperatura.Esun
instrumentoquepermitemedirconunaresolucinde0.1mGalentierray1mGalenel
mar.
Lainterpretacindelamedicinenelmaresmscomplicadaqueentierrapues
losdatosadquiridoscontienenademsdelvalordeg,lascomponentesproducidas
por elinevitablemovimientodelacajadelinstrumentoencontactoconel
agua.
Estasson,
engeneral,demsaltafrecuenciayseeliminanmediantefiltrado,
Realizando
previamenteunanlisisespectral,lasfrecuenciasmsbajassonlas
quecorrespondenal datodeinters.
Ejemplo de la utilizacin fue en la interpretacin de los
resultados geofsicos en la prolongacin este de Tandilla
Este trabajo se realiz con el fin de cortar perpendicularmente
la posible extensin sub ocenica de las Sierras Septentrionales a 50
KM al este de la ciudad de La Plata en Argentina Los equipos
geofsicos del buque oceanogrfico ARA Puerto Deseado obtuvieron
registros de ssmica de reflexin y de gravimetra en las costas
bonaerenses. Fue posible identificar rocas y estructuras
subyacentes a las capas sedimentarias estudiando la densidad,
susceptibilidad magntica, la velocidad y la profundidad del manto
rocoso, pero el problema de su identificacin y su identificacin
puede ser resuelto con la aplicacin de mtodos gravimtricos y
magnticos.
Es as que se aprovech la calibracin del perfilador ssmico y del
gravmetro de Askania GSS-3 del buque ARA, se realiz un perfilaje
gravimtrico y simultneamente se registr una seccin ssmica. El
registro se efectu entre las isobatas de 74 y 40m.
En esta investigacin se tom tres disciplinas geofsicas:
Magnetismo; se utiliz el magnetmetro de precisin protnica, marca
Barringer.
Ssmica; se realiz ssmica de reflexin, se utiliz un perfilador
ssmico.
GRAVIMETRIA; las observaciones de gravedad relativa se
realizaron con un gravmetro Askania GSS-3, cuya precisin teniendo
en cuenta las condiciones de mar durante el registro, es de 1
miligal (10-3 cm/seg2), Los valores de gravedad fueron relativos a
la Base Migueletes. El transporte de valor al puerto de Buenos
Aires fue realizado por el Ing. M. Paterlini, siendo el valor de la
gravedad de salida de 979694.47 miligales. Este equipo fue puesto
en funcionamiento en noviembre de 1980 y no ha llegado an
equilibrio trmico entre los diferentes componentes que lo formen,
por eso la deriva instrumental fue muy alta.
Conclusiones gravimtricas de esta investigacin
El mapa gravimtrico obtenido en la parte continental muestra
mximos de 45 miligales sobre las sierras, en el rea marina se
verifican valores similares (45 a 50 miligales).Los mximos
registrados a 50 Km de la costa de Mar de la Plata sugieren la
existencia de espesores sedimentarios mayores entre la costa y la
lnea gravimtrica registrada.
Gravmetros con muelles horizontales helicoidales
Graf propuso utilizar muelles helicoidales horizontales como
elemento elstico del gravmetro y, basndose en ello construyo
algunos modelos de gravmetros no astaticos. En la URSS, basndose en
el principio se han elaborado sistemas astaticos de gravmetros.
El gravmetro Gs-11 ha sido construido por la casa ASKANIA WERKE
(RFA) en la actualidad es el nico aparato no asttico que asegura
una exactitud de medicin de la fuerza de la gravedad de unas
centsimas de miligal. Este aparato tambin se conoce bajo la
denominacin de gravmetro de Graf.
La construccin del gravmetro Gs-11 se basa en el principio de la
balanza de resorte de torsin (fig.3).
Figura 3
Dos muelles helicoidales (2) situados casi horizontalmente estn
extendidos y torcidos de modo que la palanca (1) con una pesa
(pndulo), fijada ente aquellos, se halla en posicin horizontal. La
variacin de la fuerza de la gravedad altera la posicin horizontal
del pndulo. La medicin se realiza mediante el mtodo de compensacin.
Al girar la cabeza 15 del dispositivo de medicin, vara la tensin
del muelle de medicin (17), cuyo extremo inferior esta unido al
pndulo y el superior, al carrito mvil 16 que lleva la placa de
vidrio con las divisiones grabadas de la escala de precisin. La
variacin de la posicin de la escala de precisin se observa por el
ocular (13) mediante un indicador especial de la placa de la escala
del micrmetro de cua. La posicin cero de la palanca se registra por
el mtodo fotoelctrico.
El rayo de luz de la lamparilla (11), pasando por el condensador
(12), por la ranura (9) y por el objetivo (7) incide sobre el
espejo 4 de la palanca del pndulo y reflejado va incidir sobre el
espejo fijo (6) situado enfrente. Del espejo (6) , el rayo de nuevo
incide sobre el espejo (4) y de este va a dos clulas fotoelctricas
(8) conectadas segn un circuito diferencial. La corriente
fotoelctrica de la diferencia va parar con un galvanmetro con
lectura espejo (10) cuyas indicaciones pueden leerse en la escala.
La dependencia entro el espejo lineal. Por eso, en las mediciones
no hay necesidad de poner el galvanmetro en el cero
exactamente.
No lejos Del centro de la gravedades pndulo va a fijado a la
palanca un segundo muelle, el de la amplitud de la gama, (19), para
variar la gama de las mediciones. Una vuelta de la cabeza del
tornillo (18) del muelle de la amplitud del rango corresponde ala
variacin de la fuerza de la gravedad en 600-800 mgal. En rango
total de las mediciones de gravmetro sin reajustes es de 600-800
mgal.
Para excluir la influencia de la temperatura en las indicaciones
del aparato se explica una compensacin de temperatura y la
termostatizacion. Para la compensacin de la temperatura se ha
utilizado dos muelles en la espiral dbiles, coaxis con los
principales y situados e el interior de estos. Variando la tensin
de estos muelles se escoge el coeficiente de temperatura necesario.
El termostato del gravmetro es de dos etapas con caldeo elctrico.
Segn sea la temperatura exterior, en el interior del gravmetro es
de dos etapas con caldeo elctrico segn sea la temperatura exterior
en el interior del gravmetro puede establece la temperatura de 25,
35 40, 45 C. La constancia de temperatura en el termostato se
mantiene con la exactitud de 0.01 grad.
El sistema elstico del gravmetro es hermtico y para cada caso en
que se infrinja la hermeticidad, hay un compensador baromtrico (3)
(dos cilindros vacos). Su posicin se ha regulado de manera que al
variar la presin en 100mm de Hg, las indicaciones del gravmetro
varan en 0.1 mgal. Contra las influencias magnticas se ha previsto
un a pantalla de permalloy.
El gravmetro Gss11 tiene un dispositivo para el control del
valor de la escala y comprobacin de la linealidad de deformacin del
muelle de medicin en las condiciones de trabajo en el campo. Para
ello, en la palanca del sistema elstico se han hecho dos cavidades
situadas a determinada distancia del eje de rotacin y entre si. En
una de las cavidades se coloca una esfera metlica. Durante los
transportes y en pequeas inclinaciones del aparato en 90 puede
salirse la esfera de la cavidad. El desplazamiento de la esfera
varia en el momento de la masa en magnitud constante, que
corresponde a la variacin aparente de la fuerza de la gravedad
aproximadamente en 200mgal.
El gravmetro Gs-11 es sensible a la sacudidas y a los golpes.
Tampoco se permiten considerables inclinaciones del aparato, ya que
en este caso varan las indicaciones del galvanmetro. Por eso, no se
puede calibrar el gravmetro por el mtodo de inclinacin. Durante el
transporte del gravmetro se bloquea el sistema elstico mediante dos
palancas S en una posicin prxima a la de equilibrio.
El suministro elctrico del gravmetro, se realiza de dos
acumuladores de 6V cada uno. Uno es para iluminar las clulas
fotoelctricas y el otro para alimentar a los termostatos y alumbrar
la escala del galvanmetro.
En las observaciones, el gravmetro se sita en un trpode especial
y se nivela segn los niveles (14). La duracin de las observaciones
es de unos 3 min. La masa del aparato es de 20.5 Kg. La del trpode,
de 7.3 Kg.
La deriva del punto cero del gravmetro al variar la temperatura
exterior en 10 es menor de 0.1 mgal/h; habitualmente no es superior
a 0.05 mgal/h.
Mediante un dispositivo complementario (galvanmetro), con el
gravmetro Gs-11 se pueden registrar continuamente las variaciones
diarias de la fuerza de la gravedad. En este caso la deriva del
punto cero disminuye hasta 0.1-0.05 mgal/da.
El desarrollo ulterior de la construccin del gravmetro Gs-11
fueron los gravmetros Gs-12 y Gs-16. Una peculiaridad distinta del
gravmetro Gs-12 es el principio del sistema de medicin; en lugar
del muelle del rango de lecturas se ha utilizado un juego de bolas
metlicas que, mediante un dispositivo especial, pueden situarse en
la palanca del sistema sensible. En el gravmetro Gs-16, el
galvanmetro de espejo se ha sustituido por un indicador de agujas
que fija la posicin horizontal de la palanca del sistema.
Gravmetros de mareas terrestres ( Gravimetro Askania Gs-15)
Gravmetros Tierra marea se desarrollaron en la dcada de 1940.
Estos instrumentos pueden medir variaciones de la gravedad en una
estacin fija con las altas precisiones necesarias para hacer los
anlisis de los diversos componentes de marea. Los gravmetros de
marea, la mayora de uso comn tienen sensores de tipo viga
Este instrumento es una modificacin del Graf-Askania, sino que
puede medir a aproximadamente 1 PGAL. El medidor est (1) doble
termostato, para asegurar temperatura constante; (2) que tiene una
tasa de deriva lineal de menos de 0,1 por miligal meses, lo que se
consigue, en parte, mediante el uso de un dispositivo de calibracin
electromagntica.
El gravmetro Askania GS-15 n 212 fue transformado en instrumento
de cero, es decir de masa esttica, en 1979; desde entonces su
funcionamiento ha sido continuo y los resultados de los anlisis
efectuado de las series observadas han demostrado que la
estabilidad de la sensibilidad del sistema ha mejorado
sustancialmente. No obstante, la relacin seal ruido de dichas
observaciones se vea disminuida por dos efectos externos; por un
lado la falta de calidad del sistema de termostatizacin del sensor
y por otro, los efectos de las variaciones de presin atmosfrica
sobre el sistema mecnico debido a la prdida de estanqueidad del
mismo.
Las condiciones de constancia trmica de la nueva estacin del
Valle de los Cados, ha permitido eliminar el sistema de control
trmico, aunque se est diseando, para ser instalado prximamente, un
nuevo sistema diferencial. El factor de perturbacin baromtrica
sobre las partes mecnicas del sensor se ha eliminado construyendo
un contenedor absolutamente hermtico en cuyo interior se ha
instalado el gravmetro.
Los anlisis de las series observadas con posterioridad a estas
mejoras son examinados y comparados con las etapas previas,
ponindose se manifiesto que el instrumento en las actuales
condiciones alcanza su nivel ptimo de funcionamiento.
Modificaciones efectuadas
En Orejana y Vieira, 1982, se describe la transformacin del
gravmetro Askania GS-15 n 212 en instrumento de masa esttica
mediante el uso de las propias bobinas de calibracin para compensar
los desplazamientos de la masa debidos a las variaciones de la
gravedad.
Para ello se utiliza un servomecanismo proporcional con un
filtro de segundo orden cuya funcin es hacer mnima la energa
residual en la bobina que podra originar oscilaciones en la misma.
El servo trabaja positiva o negativamente de forma que reduce a la
cuarta parte la energa necesaria para su propia alimentacin Fig. 4.
Previamente a esta modificacin, en el ao 1976 fue construido un
mdulo de control, filtrado y calibracin del Askania que
sustituyendo al original permite su manejo a distancia mediante un
sistema de motor paso a paso acoplado directamente al vstago del
resorte de medida, as como la adecuada seleccin del filtrado y
amplificacin de la seal de salida.
Figura 4
En el trabajo anteriormente citado se facilitaban resultados
comparativos de los anlisis efectuados sobre series de registros de
mareas obtenidas antes y despus de la transformacin en instrumento
de cero. La principal consecuencia de esta comparacin era la enorme
mejora que tanto en estabilidad como en precisin se haba conseguido
con el nuevo sistema ciertamente pionero en la conversin de estos
instrumentos en gravmetros de cero. No obstante, del estudio con
detenimiento de estos resultados se poda concluir que an eran
posibles mejoras del sistema aunque independientes de la
modificacin principal. Por un lado los termostatos originales del
gravmetro deban dar 1ugar a una perturbacin peridica de unos 6
minutos y de amplitud aproximadamente 6 O 7 microgales que se
registraba simultneamente sobre el sistema analgico con la seal de
variacin de gravedad.
Sin embargo teniendo en cuenta la conveniencia de obtener largas
series de registros y las perspectivas de que en un futuro prximo
se iba a proceder a un cambio de situacin y a la modernizacin de la
Estacin del Valle de los Cados, se consider que no era aconsejable
realizar ninguna otra modificacin sobre el gravmetro hasta que esta
circunstancia se produjera. En 1987 se realiz el acondicionamiento
de la nueva sala destinada a investigacin geodinmica en los stanos
de la Baslica del Valle de los Cados, como se recoge en otro
trabajo, y se aprovech para realizar las nuevas experiencias cuyos
primeros resultados se recogen en este trabajo. En sntesis estas
experiencias se resumen en los siguientes puntos:
1.- El gravmetro ha sido instalado en el interior de un
contenedor realizado en acero inoxidable de 0.8 cm de espesor con
tapa superior absolutamente hermtica mediante -junta trica y doce
tornillos de apriete. En la tapa superior lleva los conectores
especiales hermticos para las conexiones de alimentacin, control a
distancia de la situacin de la masa y salida del sistema, as mismo
en dicha tapa se ha instalado una vlvula de presin, Figura 5.
Figura 5
2.- Dadas las condiciones trmicas del nuevo emplazamiento con
una mxima variacin anual del orden de 1C se ha procedido a
desconectar los sistemas de termostatizacin del gravmetro dejndole
funcionar a la temperatura ambiente de 19C.
3.- Como se describe en otra comunicacin se ha diseado y
construido, en colaboracin con Genica, S.A. un sistema de
adquisicin de datos para la estacin del Valle de los Cados. Este
sistema se encuentra en funcionamiento en el Valle de los Cados
desde comienzo del presente ao tras un periodo de prueba con el
gravmetro La Coste Romberg N 665 en la estacin de Madrid. El
gravmetro Askania se ha conectado a dicho sistema que ha sido
programado para la grabacin de un dato cada 10 minutos obtenido a
partir de la media de 60 datos tomados cada 2 segundos durante el
minuto anterior y posterior al de la toma de informacin. Igualmente
el sistema permite el registro de datos cada segundo cuando se
produce un sismo o cualquier anomala (Figura3).En el sistema de
adquisicin de datos, con 16 canales de entrada y gobernado por un
ordenador, se registran desde principio de ao la presin,
temperatura y la humedad de la estacin y esta previsto prximamente
incorporar nuevos sensores.
Como consecuencia de las anteriores experiencias podemos
concluir:
1 El gravmetro, una vez superada la etapa de fuerte deriva
motivada por la falta de equilibrio trmico al desconectar los
termostatos del mismo, funciona de forma excelente como puede verse
en los resultados de los anlisis efectuados Tabla l, en la que
tambin se recogen los obtenidos en etapas anteriores habiendo
desaparecido las anomalas por las ondas relacionados con los
efectos meteorolgica.
2 Prximamente se va a proceder a instalar en el interior del
sistema dos sensores uno de presin y otro de temperatura para
controlar al mximo los posibles efectos de variacin en ambos
parmetros y en cualquier caso proceder a las correcciones
oportunas.
Ejemplo ms reciente de la utilizacin del gravmetro Askania es el
trabajo realizado en Europa durante el eclipse solar de 1999
En este trabajo se analizan los registros gravimtricos obtenidos
con instrumentos de marea, durante el eclipse solar del 11 de
agosto de 1999, cuando la sombra cruz Europa.
Nuestras conclusiones son que los efectos significativos durante
un eclipse, si es que existen, pueden estar por debajo del nivel de
ruido de los gravmetros que es 1 nm / s (0.1Gal) para gravmetros
super-conductores.
Un inters para mediciones de la gravedad durante un eclipse por
Tomaschek (1955) surgi de los experimentos e hiptesis de Majorana
(1920) sobre la absorcin gravitacional, que se refiere a menudo
como el efecto Majorana,o,gravitatoriablindaje
El objetivo principal de este trabajo es comparar, para el
eclipse de agosto 11 de 1999, las mediciones registradas por
gravmetros primavera y superconductor gravmetros con el finde
determinar la realidad de los efectos registrados en China.
Resultado de la estacin de Walferdange
Dos gravmetros Askania se utilizan para registrar los cambios de
gravedad en la estacin de Walferdange durante el eclipse del 11 de
agosto de 1999.La figura 5 muestra los cambios de gravedad
registrados por los dos gravmetros Askania 09:30-12:22.Los primeros
y los ltimos contactos en la estacin de Walferdange son las 9:00 y
12:22, respectivamente, con la totalidad, a las 10:30. Parece ser
que para este tipo de experimento, la precisin de Askania gravmetro
es de aproximadamente 3Gal.Ningn cambio comn gravedad anormal ms de
3Gal se puede ver en la figura 5 durante el eclipse.Por lo tanto
los resultados de la estacin de Walferdange espectculo que no
existen efectos de blindaje ms all de nivel de ruido.