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.