专利名称：带有扭转挠曲枢轴的重力梯度仪的制作方法
技术领域：
本说明书涉及重力梯度仪(gravity gradiometer)。更加具体而言，本说明书涉及一种重力梯度仪，其在优选的形式当中具有正交四极响应器(orthogonal quadrupole responders) (0QR,并包括两个平衡梁)，其中每个四极响应器或者平衡梁通过两个同轴扭转弹簧挠曲部而安装在装置的壳体上。详细情况将在以下的本申请中进行更加全面的描述。
背景技术：
重力梯度仪已经存在多年并用来测量地球重力场中的梯度变化。重力梯度仪可以用在矿物和碳氢化合物的勘探当中，这是因为地球中的这些物质的沉积物、以及包含有这些沉积物的地下结构的变化产生了重力变化和重力梯度的变化，如果对这些变化进行正确解析的话就能够导致很有价值的发现。人们希望获得在移动车辆中操作重力梯度仪的能力，这是因为这么做能够极大地减少在给定场地上执行调查所需的时间量。必须被测量的重力梯度的变化从幅值上而言非常地小，因此需要非常敏感且低噪声的仪器，该仪器带有非常可重复的响应特性。并且，当把重力梯度仪安装在移动车辆中的时候，与由车辆的加速和转动所产生的仪器的不希望的响应相比较，由于这些重力梯度的改变而产生的信号非常弱小，其中所述仪器安装在该车辆上。在目前商业化运行的航空重力梯度仪中，所报道的性能当前被限制在当在非常低的湍流飞行条件下操作时，在6秒钟的信号平均时间下大约3到4厄缶(Eotvos) (IE = 每米下每平方秒10_9米的梯度，大约为KTuig/米)的误差级别，其中性能随着湍流的增大而降低。尽管这种性能已经足以提示在航空重力梯度测量上的的潜在用处，然而据认为，要广泛地成功应用于矿产勘探，还需要提到高平均每次每秒IE的性能级别。一种已经实验证明具有提供这种性能增益(gain)的潜力的已知的重力梯度仪的形式是所谓的正交四极响应器(在本文中也称作0QR，并且还被称为正交分量 (cross-component)重力梯度仪)。在OQR当中，两个正交导向的四极质量块(mass quadrupoles)(本文中也称为平衡梁)中，每个四极质量块是一个本体，其质量的分布方式使得它沿着两个轴线具有非均等的四极质量块力矩，该两个轴线互相正交并且正交于期望的转动轴线，该两个四极质量块利用多个弹簧联接至壳体，该多个弹簧的互相对准限定了期望的转动轴线，从而构成四极响应器(有时也称作角度加速器)。平衡梁响应于特定重力梯度的张量分量的变化而(在相反方向上)进行差模转动(rotate differentially)，但是响应于壳体的转动加速运动而进行共模转动(两者在相同的方向上)。从而，原则上，当所述壳体安装在车辆中的时候，OQR将弱的重力梯度信号从由车辆的角加速度所产生的大得多的噪声中分离出来。以下文献中公开了 OQR重力梯度仪设计的转动方案的早期方案申请人为 Weber、Zipoy 禾口 Forward 的美国专利 No. 3，722，284，禾口 by Robert L. Forward, “ Future lunar gravity measurements, " Earth, Moon, and Planets, Volume 22, No. 4 (1980) pp. 419-433 (由 Robert L. Forward 在第 22 卷，第四期(1980 年)，第 419-433 页的《地球、月亮和行星》杂志中所著的“将来的月球重力测量”)，以及申请人为Lautzenhiser 的美国专利 No. 4，215，578。在 Ho Jung Paik, in ” Superconducting tensor gravity gradiometry for satellite geodesy and inertial navigation, “ The Journal of the Astronautical Sciences，Volume XXIX，No. 1，pp. 1-18, January-March1981(Ho Jung I^aik在“用于人造卫星测地学和惯性导航的超导张量重力梯度仪”一文(航天科学期刊第XXIX卷，第一期，第1-18页，1981年，1月_3月刊))中，刊载了对正交分量梯度仪的描述(第7页和图4中进行了论述)，该梯度仪与forward的设计是拓扑上等价的，但是该梯度仪利用了超导材料、感应的间隙感测线圈和SQUID换能器，从而获得高的信噪比，而不需要使得整个仪器转动。一种同样采用超导材料的稍晚的方案在申请人为 Van Kann 和 Buckingham 的美国专利 No. 5，668，315 中被公开了，并且被(by Van Kann et al.， “ Laboratory tests of a mobile superconducting gravity gradiometer “， Physica B, Volume 165 (1990) pp. 93-94 (Vann Kann等人的“移动的超导重力梯度仪的实验室测试”，记载于物理B杂志，第165卷(1990年)第93-94页)一文中描述为0QR。在 Moody,Paik & Canavan,“ Principle and performance of a superconducting angular accelerometer " , Review of Scientific Instruments, Volume 74, Issue 3(2003) pp. 1310-1318(科学仪器评论杂志的第74卷第三期(2003年)第1310-1318页中的Moody、 Paik & Canavan所著的“超导角加速度计的原理和性能”)一文当中，描述了已建造的并且已经过测试的超导角加速度计的细节，可以使用一对这样的超导角加速度计来构成OQR重力梯度仪。OQR重力梯度仪的现有的实例利用了低温(cryogenic temperature)，从而既允许采用基于四极响应器的运动检测的SQUID(超导量子干涉装置)，又获得扭转弹簧的几乎完美的弹性特性，其中四极质量块安装在该扭转弹簧上。Van Karm和Buckingham 在美国专利No. 5，668，315中描述了这样一种OQR重力梯度仪。另一种方案首先描述于在 E. R. Canavan, Μ. V. Moody, H. J. Paik, R. V. Duncan, and J. A. Demko " Superconducting Gravity Gradiometer for Airborne Survey," presented at the American Geophysical Union Fall Meeting (San Francisco, December, 1995)(美国地球物理协会秋季大会(旧金山市，1995 年 12 月)上提交的由 E. R. Canavan, Μ. V. Moody, H. J. Paik, R. V. Duncan 和 J. A. Demko所撰写的“用于航空测量的超导重力梯度仪”)一文当中，并且在Moody，M. V. and Paik, H. J. , “ A superconducting gravity gradiometer forinertial navigation", in Proc.IEEE 2004 Position Location and Navigation Symposium(PLANS 2004),April 2004, pp. 775-781.(刊载于Proc. IEEE2004的“位置定位和导航研讨会”(PLANS，2004年)， 2004年4月，第775-781页中的由Moody，Μ. V.和Paik, H. J.所撰写的“用于惯性导航的超导重力梯度仪”)一文当中进行了进一步的详述。此外，在French，J. B.等人的美国专利 No. 7，360，419中描述了另外的方案。在显著高于低温的温度(包括标准室温)下，所有的多晶材料呈现出蠕变和磁滞效应，这降低了仪器的响应的可重复性(这就是为什么(例如) 某些高品质的重力计由表现出低得多的蠕变和磁滞现象的非结晶的熔融石英制成)。目前的非转动的OQR类型的重力梯度仪利用弹簧将它们的平衡梁联结至它们的壳体，所述弹簧呈“需要用显微镜来观察的”厚度的腹板的形式。由于非常薄，这种腹板将具有很小的横截面面积，这在腹板材料上引起了响应于壳体的加速度的很大应力；因此，这种腹板很脆弱并且很容易断裂。已经证明在制造这种类型的腹板挠曲部的时候很难达到所需的尺寸公差。重要的是，在受到移动中的飞行器或者车辆的加速度所施加的应力的时候， 该腹板将承受非等弹性的(anisoelastic)变形(如上所述)，这导致了施加在梯度仪信号上的不希望的非线性误差(有时称为噪声)。

发明内容
本发明所公开的内容涉及OQR类型的重力梯度仪，其可具有改进的特性，特别是减少了对飞行器或车辆的平动加速的误差响应。在一个方面当中，所公开的内容提供了一种用于OQR类型的重力梯度仪的四极响应器，其包括壳体和位于该壳体内的四极质量块。该四极质量块具有一对侧面(sides)，并且还具有位于所述侧面之间的质心。所述四极响应器还包括至少两个扭转弹簧挠曲部。所述扭转弹簧挠曲部由多个销来提供，所述多个销将所述四极质量块的每个侧面连接至所述壳体。所述扭转弹簧挠曲部提供了转动轴线，该转动轴线穿过所述四极质量块的质心，并穿过两个扭转弹簧挠曲部。所述多个销可以通过扩散粘结而连接至所述四极质量块并且连接至所述壳体。所述扭转弹簧挠曲部对于所述四极质量块绕所述转动轴线的旋转运动可以是挠性的，但是对于所述四极质量块在所有其它的转动和平动方向上的运动基本是较为刚性的。所述四极质量块的一个侧面上的扭转弹簧挠曲部可以与所述四极质量块的另一侧面上的扭转弹簧挠曲部是相同。选择性地，所述四极质量块的一个侧面上的所述扭转弹簧挠曲部，可以在形状或尺寸上与所述四极质量块的另一侧面上的扭转弹簧挠曲部具有至少一个差异。所述挠曲部分之间在形状或尺寸上的一个或多个差异，可以使得产生了对于所述响应器的非等弹性响应。每个扭转弹簧挠曲部可以具有正方形的横截面。选择性地，每个扭转弹簧挠曲部可以具有圆形的横截面。选择性地，每个扭转弹簧挠曲部可以具有正八边形的横截面。所述扭转弹簧挠曲部可以提供绕所述轴线的组合的扭转刚度，其产生了对于所述四极质量块相对于所述壳体而绕所述轴线的转动运动的所需的谐振频率。所述壳体可以包括多个侧部面(side faces)，并且所述多个销可以正交于所述多个侧部面而定位。所述多个销可以分别安装在第一侧板和第二侧板当中，并且所述第一侧板和第二侧板紧固至所述壳体。所述壳体和所述四极质量块可以由铌制成，并且所述多个销至少由铌和钛合金的其中之一制成。所述多个销可以将四极质量块的每个侧面连接至所述壳体，而没有利用任何机械接头。
所述壳体可以限定了容纳所述四极质量块的容积，并且该容积可以具有与所述四极质量块大致相同的形状。所述容积可以在所述四极质量块和所述壳体之间限定有间隙。 所述多个销可以适于允许所述四极质量块在该间隙当中围绕所述轴线进行转动。所述的四极响应器还可以包括安装在所述壳体当中的至少一个传感器，该传感器被配置成检测所述四极质量块和所述壳体之间的距离变化。该至少一个传感器安装在紧邻所述间隙的凹穴 (pocket)当中。所述扭转弹簧挠曲部可以为所述四极质量块绕所述轴线的转动提供第一谐振频率，并为所述四极质量块的其它转动和平动模下的运动提供额外的谐振频率。该第一谐振频率可以低于所述额外的谐振频率。所述多个销可以由杆形成，并且所述扭转弹簧挠曲部可以在所述杆当中包括被移除材料的区域。所述杆可以延伸穿过所述四极质量块，并且该杆在其端部和所述扭转弹簧挠曲部的外侧包括第一凸起和第二凸起。该第一凸起和第二凸起可以固定至所述壳体。在另一个方面当中，所公开的内容提供了一种对具有低信噪比的重力梯度信号进行检测的方法，包括(a)选择OQR重力梯度仪，该OQR重力梯度仪具有一对四极质量块，该一对四极质量块具有共线的并穿过每个四极质量块的质心的多个转动轴线，所述轴线为公共轴线，(b)为每个四极质量块至少提供一对扭转弹簧挠曲部，在每个四极质量块的每个侧面提供一个，所述扭转弹簧挠曲部是共线的并且将所述四极质量块的每个侧面连接至所述壳体。所述方法还可以包括选择所述扭转弹簧挠曲部的参数，以使得所述扭转弹簧挠曲部提供了绕所述公共轴线的组合的扭转刚度，其导致了所述四极质量块相对于所述壳体而绕所述公共轴线的转动运动的所需的谐振频率。可以对所述扭转弹簧挠曲部的参数进行选择，从而为所述一对四极质量块围绕所述轴线的转动提供第一谐振频率，并为所述四极质量块的其它转动和平动模下的运动提供了额外的谐振频率。该第一谐振频率可以低于所述额外的谐振频率。所述扭转弹簧挠曲部可以通过多个销来提供，所述多个销通过扩散粘结而固定连接至所述四极质量块并且连接至所述壳体。所述扭转弹簧挠曲部可以通过多个销来提供，所述多个销将每个四极质量块的每个侧面连接至所述壳体。步骤(b)可以包括通过扩散粘结而将所述多个销固定至所述四极质量块并且固定至所述壳体。


在具体实施方式
部分中引用了附图，在附图中图1是传统的现有技术中的OQR类型的重力梯度仪的四极质量块、壳体和挠曲部的简图；图2是根据本申请的四极响应器的第一实施例的侧视图；图3是沿着图2中的A-A线截取的截面图；图3A是用于图2和图3的四极响应器的销的侧视图，该销由单一杆加工而成并且为单一杆零件；
图4是四极响应器的另一实施例的侧视分解图；图5是图4中的四极质量块、销和壳体下部的侧视图；图6是对用于图4和图5的四极响应器的扭转挠曲销进行端部固定 (encastering)的替代方法的放大侧视图；图7是显示制造图4中的四极响应器的另一个方法的侧视图；图8是图7中的四极响应器的局部分解端视图；图9A是用来形成四极响应器的初始的单体件的立体图，其带有坐标系的示意图， 该坐标系用来描述显示在以下附图中所显示的四极响应器；图9B是用于四极响应器的平衡梁和多个扭转销之一的立体图，该四极响应器是从图9A中的单体件雕刻出来的；图IOA是图9A中的单体件的立体图，其显示了在该单体件上所执行的加工操作；图IOB是用于图IOA中的四极响应器的平衡梁的立体图；图IlA是图IOA中的单体件的立体图，其显示了在该单体件上所执行的加工操作；图IlB是用于图IlA中的四极响应器的平衡梁的立体图；图12A是图IlA中的单体件的立体图，其显示了在该单体件上所执行的额外的加工操作；图12B是图12A中的四极响应器的平衡梁的立体图；图13A是图10AU1A和12A中的单体件的立体图，其显示了在该单体件上所执行的进一步的加工操作；图13B是由图13A中的单体件中所形成的平衡梁的立体图；图14A是显示了形成在图13B中的壳体当中的凹穴的立体图；图14B是显示了用于图14A的平衡梁的间隙传感器的位置的立体图；图15A是用于在图1中所示的那种现有技术的四极响应器的挠曲部区域的放大图；以及图15B是图15A中所示的挠曲部区域的放大图，并显示了加速度效应。
具体实施例方式首先参考图1，其图示性地显示了现有技术中的四极响应器8(如French等人的美国专禾Ij No. 7，360，419和已公开的美国专利申请No. US2006/0207326A1中所示的那样) 的侧视图。它基本上是二维的厚板，其包括壳体10、四极质量块12 (平衡梁)和腹板挠曲部14，该腹板挠曲部14将四极质量块12联结至壳体10。通过在四极响应器12整个周围 (除了留作形成挠曲部14的薄的腹板材料之外)放电加工(EDM)出间隙16，整个组件能够从一个厚板中便利地切割出来。当响应于变化的重力梯度，四极质量块或者平衡梁12在间隙16当中绕转动轴线19轻微转动的时候，位于凹穴18当中的传感器检测到了该运动，该凹穴18也是从最初的厚板中切割出来的。每个传感器所定位的位置，使得当平衡梁绕挠曲部轴线19转动的时候，该传感器和平衡梁的表面之间的距离(该距离是间隙的宽度)发生改变。对传感器进行选择，使得传感器产生的输出随着该间隙距离改变而发生变化，从而测量出平衡梁相对于壳体的转动角度。尽管就原理而言，只有一个这种传感器就能足以进行该测量，但是可以采用额外的多个传感器来产生多种好处，例如减少对热膨胀的敏感度或者减少对平衡梁在其它方向上的运动的敏感度，并且(在使用超导材料的平衡梁和感应线圈传感器的情况下)允许对平衡梁关于挠曲部轴线19的谐振频率进行调谐，并且它的转动运动被“以电的方式”从OQR重力梯度仪中的另一个四极响应器中扣除，从而如美国专利申请No. US2006/0207326A1中所描述的那样，以最大的敏感度和稳定性来测量差模运动。图 1中显示了这样的多个传感器凹穴(在本实例中为八个)。对四极质量块的形状进行设计，以使得它的质心尽可能地靠近转动轴线19，该转动轴线19由腹板挠曲部14的中心进行限定。两个这样的四极响应器组件互相地正交排列， 并且它们的转动轴线共线，这形成了正交的四极响应器形式的重力梯度仪，或者OQR(该重力梯度仪也在French等人的上述专利中进行了显示)。接下来参考图2和图3，其显示了根据本申请的四极响应器20的第一实施例。与现有技术中的一样，四极响应器20包括由壳体M包围的平衡梁或四极质量块22，其具有能够在间隙沈中轻微转动的能力。然而，平衡梁22并不是通过腹板而是通过两个耳轴销观(图2和图幻而连接至壳体24，该耳轴销28安装在侧板30当中，侧板30通过螺栓32 紧固至壳体对。正如在本文中所使用的那样，术语“销”包括可以将平衡梁22连接至壳体 M的任何结构，并且它包括可以充当扭转弹簧(也称为扭转挠曲部、挠曲部区域、或者扭转弹簧挠曲部)的至少一部分。也就是说，所述销提供了扭转弹簧挠曲部。在本实施例当中， 销28通过侧板30间接地将平衡梁22连接至壳体M。然而，在替代的实施例当中，销28可以将平衡梁22直接连接至壳体24。此外，在本实施例当中，每个销观仅有一部分充当扭转弹簧。具体而言，将平衡梁22和侧板30之间的间隙进行桥接的多个销观的部分四充当扭转弹簧。由两个销观的中心线限定的转动轴线34位于——优选地是精确地位于——穿过四极质量块22的质心的位置上，并且位于与壳体M的侧部面35的平面进行正交的位置上，从而两个这样的组件能够便利地进行组装，其中它们的轴线精确地对准成与互相90° 定向的四极质量块22的长轴线共线，从而形成完整的OQR类型的梯度仪。在图2和图3当中，多个侧板30被绘制成正好对靠近多个销观的区域进行桥接， 但是显而易见的是，它们能够被放大，从而当组装完成的时候，它们既用来对销观进行定位又充当抗剪腹板(shear webs)，所述抗剪腹板为整个壳体M提供了额外的刚度。为了进行组装，通过在所述梁和壳体之间保留桥部，所述平衡梁22可以精确地定位在壳体M当中，该桥部在制造过程结束时被去除。可选择地，可以利用临时组装薄垫片和夹具(图中未示)。在进行钻孔和插入销之前将侧板30紧固到位，以使得能够在侧板30 当中钻出的孔36和平衡梁当中钻出的孔38之间获得精确的对准。孔的直径使得当销观受迫穿过侧板当中的孔36并进入到平衡梁当中的孔38内而到位的时候，获得了强迫配合 (forced fit)。可选择地，为避免强迫配合的要求，所述销可以由长的、大直径的杆300(图3A)形成，通过对该杆进行加工(例如使用车床)来将该杆的两个部分中的材料进行移除，以形成两个扭转弹簧挠曲部(图3A中示出的标号302处)，从而扭转弹簧挠曲部的中心线304与杆的中心线306共线，并且从而两个扭转弹簧挠曲部302互相分开预期的距离。作为例子， 图3A显示了直径为0. 2英寸的这种杆300，其中加工有直径为0. 016英寸长度为0. 010英寸两个扭转弹簧挠曲部302，伴随有两个中间直径的凸起308，该凸起308恰好在扭转弹簧挠曲部302的外侧而由杆300加工而成。在该实施例当中，每个销的整个部分包括扭转弹簧挠曲部，并且所述销和扭转弹簧挠曲部都通过对平衡梁22和侧板30之间的缝隙进行桥接的区域来进行限定。为了容置该选择性实施例的杆300和销302，可以在平衡梁22的整个厚度上形成有钻孔(图中未示)。通过对平衡梁和壳体组件进行加热和/或对销部件(加工之后的杆300)进行冷却以通过热膨胀/收缩而获得足够的间隙，能够将销插入到图3中的平衡梁22和壳体M当中。紧接着，可以将杆300依次插入到三个孔(平衡梁22当中具有一个孔，并且壳体M的每一侧上具有一个孔)的每一个孔当中，并且将杆300保持到位一定时间，直到多个部分达到同一温度。作为例子，销部件由直径为0. 2英寸的钛合金杆制成，该销部件可以被冷却至-196°C，并且铌材料的壳体和平衡梁被加热到300°C，从而在杆和用于插入的孔之间产生0. 0005英寸的间隙，其导致了当所有部分都返回到同一温度的时候，产生了 0. 00025英寸的干涉配合。典型地，重力梯度仪可以要求四极响应器的平衡梁相对于所述壳体进行可重复性地转动，其转角为大约10_12弧度，这等价于响应于重力梯度的IE的变化，传感器(位于图1 中的其中一个凹穴18当中)表面和平衡梁的邻近表面之间的间隙尺寸产生了 ΙΟ—1、的可重复性改变。通过多部件组件来获得这种量级的可重复性十分困难。这是因为在组件的接头处由于应力解除而产生的磁滞效应和蠕变效应能够引起尺寸改变，该尺寸改变对应于大得无法接受的仪器测量漂移，特别是在移动使用的情况下受到无法避免的振动的时候尤其如此。为了避免这个问题，已经发现，如果组件中的配对表面被正确制备并且处在足够的压缩下的话(例如通过销观在侧板30和平衡梁22当中的强迫配合而进行提供，或者通过上述的干涉配合进行提供)，整个组件接着在真空中承受适宜的高温，例如1100°C，就会发生退火和扩散粘结的组合，从而整个组件有效地变成消除了应力的单体件实体。这可以涉及多步骤的工艺。以下两个表格中显示了示例性的尺寸和由此导致的动态和静态特性。所表示的公式利用了简支梁理论(simple beam theory)以一级近似(first approximation)的方式来估算挠曲部在各种转动和平动方向上的刚度。尽管需要对扭转销的短高度的效应进行更加详细的分析(例如使用有限元模型(finite element modeling))，以便为此确定更高精度的估值，但是这些简支梁理论的估值足以确认这种设计方法在所有方向产生了足够的刚度，而在平衡梁绕挠曲部轴线进行明显的大角度转动的时候不会承受过大的应力。表 权利要求
1.一种用于OQR类型的重力梯度仪的四极响应器，包括(a)壳体；(b)位于所述壳体内的四极质量块，所述四极质量块具有一对侧面，还具有位于所述侧面之间的质心；(c)至少两个扭转弹簧挠曲部，所述扭转弹簧挠曲部由将所述四极质量块的所述侧面连接至壳体多个销提供，所述扭转弹簧挠曲部一起提供了转动轴线，该转动轴线穿过所述四极质量块的质心，并穿过两个扭转弹簧挠曲部。
2.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述销通过扩散粘结而连接至所述四极质量块并且连接至所述壳体。
3.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述扭转弹簧挠曲部对于所述四极质量块围绕所述转动轴线的旋转运动是挠性的，但对于所述四极质量块在所有其它转动和平动方向上的运动基本是较为刚性的。
4.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述四极质量块的一个侧面上的扭转弹簧挠曲部与所述四极质量块的另一侧面上的扭转弹簧挠曲部是相同的。
5.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述四极质量块的一个侧面上的扭转弹簧挠曲部与所述四极质量块的另一侧面上的扭转弹簧挠曲部在形状或尺寸上至少具有一个差已
6.如权利要求1所述的四极响应器，其中每个扭转弹簧挠曲部具有正方形横截面。
7.如权利要求1所述的四极响应器，其中每个扭转弹簧挠曲部具有圆形横截面。
8.如权利要求1所述的四极响应器，其中每个扭转弹簧挠曲部具有正八边形的横截
9.如权利要求5所述的四极响应器，其中在形状或尺寸上的所述至少一个差异使得产生了对于所述响应器的非等弹性响应。
10.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述扭转弹簧挠曲部提供了绕所述轴线的组合的扭转刚度，其导致了所述四极质量块相对于所述壳体而绕所述轴的旋转运动的所期望的谐振频率。
11.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述壳体包括多个侧部面，并且所述多个销正交于所述多个侧部面而进行定位。
12.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述多个销分别安装在第一侧板和第二侧板当中，并且所述第一侧板和第二侧板紧固至所述壳体。
13.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述壳体和所述四极质量块由铌制成，并且所述多个销至少由铌和钛合金的其中之一制成。
14.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述多个销将所述四极质量块的每个侧面连接至所述壳体，而没有利用任何机械接头。
15.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述壳体限定了容纳所述四极质量块的容积，并且该容积具有与所述四极质量块基本相同的形状。
16.如权利要求15所述的四极响应器，其中所述容积在所述四极质量块和所述壳体之间限定了间隙。
17.如权利要求16所述的四极响应器，其中所述多个销适于允许所述四极质量块在所述间隙当中围绕所述轴线进行转动。
18.如权利要求17所述的四极响应器，还包括安装在所述壳体当中的至少一个传感器，该传感器被配置成检测所述四极质量块和所述壳体之间的距离变化。
19.如权利要求18所述的四极响应器，其中所述至少一个传感器安装在紧邻所述间隙的凹穴当中。
20.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述扭转弹簧挠曲部为所述四极质量块绕所述轴线的转动提供了第一谐振频率，并为所述四极质量块的其它转动和平动模的运动提供了额外的谐振频率，所述第一谐振频率低于所述额外的谐振频率。
21.如权利要求1所述的四极响应器，其中所述多个销由杆形成，并且所述扭转弹簧挠曲部包括所述杆中材料被移除的区域。
22.如权利要求21所述的四极响应器，其中所述杆延伸穿过所述四极质量块，并且该杆在其端部和所述扭转弹簧挠曲部的外侧包括第一凸起和第二凸起，其中所述第一凸起和第二凸起固定至所述壳体。
23.一种对具有低噪比的重力梯度信号进行检测的方法，包括(a)选择OQR重力梯度仪，该OQR重力梯度仪具有一对四极质量块，所述一对四极质量块具有多个转动轴线，所述多个转动轴线是共线的并穿过每个四极质量块的质心，所述轴线为公共轴线，以及(b)为每个四极质量块至少提供一对扭转弹簧挠曲部，每个四极质量块的每个侧面提供一个，所述扭转弹簧挠曲部是共线的并且将所述四极质量块的每个侧面连接至所述壳体。
24.如权利要求23所述的方法，还包括选择所述扭转弹簧挠曲部的参数，以使得所述扭转弹簧挠曲部提供了绕所述公共轴线的组合的扭转刚度，其导致了所述一对四极质量块相对于所述壳体而绕所述公共轴线的旋转运动的所期望的谐振频率。
25.如权利要求M所述的方法，其中对所述扭转弹簧挠曲部的参数进行选择，从而为所述一对四极质量块对绕所述轴线的转动提供了第一谐振频率，并为所述四极质量块的其它转动和平动模的运动提供了额外的谐振频率，所述第一谐振频率低于所述额外的谐振频率。
26.如权利要求23所述的方法，其中所述扭转弹簧挠曲部通过多个销进行提供，该多个销通过扩散粘结而固定连接至所述四极质量块并且固定连接至所述壳体。
27.如权利要求23所述的方法，其中所述扭转弹簧挠曲部通过多个销进行提供，该多个销将每个四极质量块的每个侧面连接至所述壳体。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述步骤(b)包括通过扩散粘结而将所述多个销固定至所述四极质量块并且固定至所述壳体。
全文摘要
一种用于OQR类型的重力梯度仪的四极响应器，包括壳体和位于该壳体内的四极质量块。该四极质量块具有一对侧面，还具有位于所述侧面之间的质心。所述四极响应器还包括至少两个扭转弹簧挠曲部。该扭转弹簧挠曲部通过多个销进行提供，该多个销将所述四极质量块的每个侧面连接至所述壳体。所述扭转弹簧挠曲部提供了转动轴线，该转动轴线穿过所述四极质量块的质心，并穿过两个扭转弹簧挠曲部。
文档编号G01V7/00GK102227651SQ200980147536
公开日2011年10月26日 申请日期2009年10月23日 优先权日2008年10月24日
发明者M·V·穆迪 申请人:M·V·穆迪