BRPI0914125B1

BRPI0914125B1 - Gradiômetro de gravidade

Info

Publication number: BRPI0914125B1
Application number: BRPI0914125-1A
Authority: BR
Inventors: Frank Joachim Van Kann
Original assignee: Technological Resources Pty Limited
Priority date: 2008-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2019-06-25
Also published as: AP2010005517A0; CA2729571A1; ZA201009276B; US8789415B2; WO2010034075A1; MX2011000110A; BRPI0914125A2; CO6351828A2; EA201071386A1; AP2750A; AU2009295360B2; CN102089676B; AU2009295360A1; CA2729571C; US20110138909A1; CN102089676A

Abstract

gradiômetro de gravidade a presente exposição proporciona um gradiômetro de gravidade que compreende um detector para detector um gradiente de gravidade. o detector compreende pelo menos um elemento sensor móvel e fica disposto de forma a gerar um sinal em resposta a uma mudança no gradiente de gravidade. o gradiômetro de gravidade também compreende uma estrutura de suporte para suportar o detector em uma aeronave e um componente que é disposto de forma a reduzir a transmissão de uma aceleração da aeronave ao detector. o pelo menos um elemento sensor móvel e a estrutura de suporte em conjunto são dispostos de forma a reduzir a influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 107 quando o gradiômetro de gravidade está no ar e fica exposto à aceleração da aeronave.

Description

GRADIÔMETRO DE GRAVIDADE

Campo da Invenção [001] Refere-se a presente invenção a um gradiômetro de gravidade.

Antecedentes da Invenção [002] Os gravímetros são usados na exploração geológica para medir as primeiras derivadas do campo gravita-cional da Terra. Embora tenham sido realizados alguns avanços no desenvolvimento de gravímetros que podem medir as primeiras derivadas do campo gravitacional da Terra, por causa da dificuldade em se diferençarem variações espaciais do campo em relação a flutuações temporais de acelerações de um veículo em movimento, usualmente estas medições somente podem ser realizadas com precisão suficiente para uma exploração de utilidade com instrumentos estacionários baseados em terra.

[003] Os gradiômetros de gravidade (diferentes dos gravímetros) são usados para medir a segunda derivada do campo gravitacional e usam um sensor que é requerido para medir as diferenças entre as forças gravitacionais até uma parte em 1012 de gravidade normal.

[004] Tipicamente, um gradiômetro de gravidade é dotado de um sensor na forma de pelo menos uma massa sensória que é submetida a uma mudança no torque em resposta a uma mudança no gradiente de gravidade.

[005] Os gradiômetros de gravidade foram usados para procurar localizar depósitos, tais como depósitos de minério, incluindo minério de ferro e estruturas geológicas dotadas de hidrocarbonetos. Seria conveniente se os gradi-ômetros de gravidade pudessem ser posicionados em aeronaves para realizar essas análises. Entretanto, as acelerações das aeronaves resultam em torques que são muito maiores do que aqueles associados com o gradiente de gravidade. Uma redução de uma influência dessas acelerações de aeronaves no sensor proporciona um desafio tecnológico.

Sumário da Invenção [006] A presente invenção proporciona em um primeiro aspecto um gradiômetro de gravidade que compreende: um detector para detectar um gradiente de gravidade, sendo que o detector compreende pelo menos um elemento sensor movível e sendo disposto de forma tal a gerar um sinal em resposta a uma mudança no gradiente de gravidade; uma estrutura de suporte para suportar o detector em uma aeronave e compreendendo um componente que fica disposto de forma a reduzir a transmissão de uma aceleração de aeronave ao detector; em que o pelo menos um elemento sensor movível e a estrutura de suporte em conjunto são dispostos de maneira a reduzirem uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 107 quando o gradiômetro de gravidade está no ar e exposto à aceleração da aeronave.

[007] O pelo menos um elemento sensor movível pode ser proporcionado na forma de pelo menos duas massas sensó-rias que são submetidas a uma mudança no torque em resposta a uma mudança no gradiente de gravidade pelo que as pelo menos duas massas sensórias se movem em relação uma à outra e em que o sinal é indicador do movimento relativo das pelo menos duas massas sensórias.

[008] A estrutura de suporte pode ser disposta de maneira a reduzir a influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 103 e as pelo menos duas massas sensórias podem ser dispostas de maneira a reduzir a influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 103.

[009] A estrutura de suporte pode ser compreender uma disposição de controle de realimentação que é disposta de maneira a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 102 ou pelo menos 103.

[010] A estrutura de suporte também pode compreender uma disposição de controle para diante que é disposta de forma a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator dentro da faixa de 5 - 100, tipicamente da ordem de 10 ou pelo menos 5.

[011] O pelo menos um elemento sensório e a estrutura de suporte em conjunto podem ser dispostos de maneira a reduzir a influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 5 x 107 ou mesmo de 108.

[012] De acordo com uma concretização o pelo menos um elemento sensório fica disposto para rotação em torno de um eixo e de uma maneira tal que um centro de massa do pelo menos um elemento sensor está dentro de 10nm ou mesmo 5nm do eixo.

[013] O gradiômetro de gravidade compreende, de acordo com uma concretização, um sensor de aceleração para a detecção de uma aceleração e um atuador para gerar uma força como uma função de uma aceleração detectada pelo sensor de aceleração e um parâmetro de ajustagem que é dependente de uma resposta mecânica de um componente detector a uma força aplicada, com o componente detector incluindo o detector, sendo o atuador disposto de uma maneira a aplicar uma força gerada tal que uma influência da aceleração da aeronave no sinal é reduzida.

[014] O gradiômetro de gravidade pode compreender um sensor de aceleração adicional para detectar a aceleração e o atuador pode ser ainda disposto de forma a gerar uma força em resposta a uma aceleração detectada pelo sensor de aceleração adicional e em que o sensor de aceleração adicional e o atuador são dispostos em uma disposição de reali-mentação.

[015] Alternativamente, o gradiômetro de gravidade pode compreender um sensor de aceleração adicional para detectar a aceleração e um atuador adicional para gerar uma força em resposta a uma aceleração detectada pelo sensor de aceleração adicional, e o sensor de aceleração adicional e o atuador adicional podem ser dispostos em uma disposição de realimentação t.

[016] A aceleração da aeronave pode compreender um componente de aceleração linear. O pelo menos um elemento sensor movível pode ser equilibrado para reduzir uma influência do componente de aceleração de aeronave linear no sinal por um fator de pelo menos 106 ou mesmo 107 quando o gradiômetro de gravidade está no ar e exposto a uma aceleração da aeronave.

[017] A aceleração da aeronave também pode compreender componentes de aceleração linear e angular. O gradi-ômetro de gravidade pode compreender pelo menos duas massas sensórias movíveis que são dispostas de forma a reduzir uma influência do componente de aceleração angular da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 103 quando o gradiômetro de gravidade está no ar e exposto a uma aceleração de aeronave na aeronave.

[018] As pelo menos duas massas sensórias movíveis e a estrutura de suporte em conjunto podem ser dispostas de uma maneira tal a reduzir uma influência dos dois componentes de aceleração de aeronave angular no sinal por um fator de pelo menos 107 quando o gradiômetro de gravidade está no ar e se encontra exposto a uma aceleração da aeronave.

[019] A estrutura de suporte pode compreender um primeiro componente de estrutura de suporte e um segundo componente de estrutura de suporte e o primeiro componente de estrutura de suporte pode ser disposto de maneira a suportar o segundo componente de estrutura de suporte. Um dos primeiro e segundo componentes de estrutura de suporte pode ser disposto de maneira a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 0,5 X 101 e o outro dos primeiro e segundo componentes de estrutura de suporte pode ser disposto de maneira a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 102.

[020] A presente invenção proporciona em um segundo aspecto um método de detector um sinal de gradiente de gravidade, o gradiômetro de gravidade compreendendo um detector que compreende pelo menos um elemento sensor movível e sendo disposto de forma a gerar um sinal em resposta a uma mudança no gradiente de gravidade, sendo que o método compreende as etapas de: suportar o detector em uma aeronave utilizando-se uma estrutura de suporte; reduzir uma influência de uma aceleração da aeronave; e detectar o sinal de gradiente de gravidade; em que o pelo menos um elemento sensor movível e a estrutura de suporte em conjunto são dispostos de forma a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 107 ou mesmo 108 quando o gradiô-metro de gravidade está no ar e exposto à aceleração da aeronave.

[021] A presente invenção proporciona, em um terceiro aspecto um gradiômetro de gravidade disposto para operação no ar e disposto de forma tal que uma influência de uma aceleração da aeronave em um sinal a partir do gradiô-metro de gravidade é reduzida por um fator de pelo menos 107 quando o gradiômetro de gravidade está no ar e exposto à aceleração da aeronave, sendo que o gradiômetro de gravidade compreende: um detector para detector um gradiente de gravidade, sendo que o detector compreende pelo menos um elemento sensor movível e sendo disposto de forma a gerar um sinal em resposta a uma mudança no gradiente de gravidade; uma estrutura de suporte interna que suporta o detector; uma estrutura de suporte externa que suporta a estrutura de suporte interna; em que uma compensação da estrutura de suporte interna para o impacto de aceleração da aeronave é selecionada de forma a situar-se na faixa de 1 x 103 - 1 x 104 e em que uma compensação da estrutura de suporte externa para um impacto de aceleração da aeronave é selecionada de maneira a situar-se na faixa de 0,5 x 101 - 1 x 102, e em que uma disposição de pelo menos um elemento sensor movível é selecionada de maneira tal que a influência da aceleração da aeronave nas massas sensórias é reduzida por um fator situado na faixa de 1 x 103 - 1 x 103.

[022] A estrutura de suporte interna tipicamente compreende disposições de controle de realimentação e/ou de alimentação para diante que resultam em uma redução na influência da aceleração da aeronave por um fator de pelo menos 103.

[023] Em uma concretização específica, o pelo menos um elemento sensor movível compreende um par de massas sensórias que forma um Orthogonal Quadruple Responder (OQR).

[024] O pelo menos um elemento sensório pode ser disposto para rotação em torno de um eixo e de uma maneira tal que um centro da massa do pelo menos um elemento sensor está dentro de 10nm do eixo.

[025] A invenção será mais plenamente compreendida a partir da descrição seguinte de concretizações específicas da invenção. A descrição é proporcionada com referência aos desenhos anexos.

Descrição Breve dos Desenhos A Figura 1 é uma vista esquemática de um gradiômetro de gravidade de acordo com uma concretização específica da presente invenção. A Figura 2 é uma vista em perspectiva de um primeiro suporte que forma parte de um acessório do gradiômetro de gravidade de acordo com a concretização específica da presente invenção. A Figura 3 é uma vista de um segundo suporte do acessório de acordo com uma concretização específica da presente invenção. A Figura 4 é uma vista em perspectiva olhada por baixo do suporte da Figura 3. A Figura 5 é uma vista da estrutura na condição montada. A Figura 6 é uma vista em perspectiva que mostra os componentes montados do gradiômetro de gravidade de acordo com outra concretização específica da presente invenção. A Figura 7 representa uma vista plana de uma massa de sensor de acordo com uma concretização específica da presente invenção. A Figura 8 é um diagrama que mostra o controle atuador de acordo com uma concretização específica da presente invenção. A Figura 9 é uma vista em perspectiva dos componentes de um gradiômetro de gravidade de acordo com uma concretização específica da presente invenção. A Figura 10 é uma vista em perspectiva de um primeiro suporte de um acessório de acordo com outra concretização específica da presente invenção. A Figura 11 é uma vista em perspectiva de parte do acessório da Figura 10 para ilustrar a localização e extensão da membrana de flexão do primeiro suporte. A Figura 12 é uma vista em perspectiva do acessório da Figura 10 olhada por baixo. A Figura 13 é uma vista em perspectiva do acessório da Figura 10 incluindo um segundo suporte da segunda concretização. A Figura 14 é uma vista em perspectiva de um segundo componente de suporte. A Figura 15 é uma vista em perspectiva do segundo componente de suporte da Figura 14 visto por cima. A Figura 16 é uma vista em perspectiva dos componentes montados do gradiômetro de gravidade de acordo com uma concretização específica da presente invenção. A Figura 17 é uma vista plana de uma parte de alojamento para suportar uma massa sensória de acordo com outra concretização da invenção. A Figura 18 mostra um componente do gradiômetro de gravidade de acordo com uma concretização da presente invenção. A Figura 19 (a) - (f) é uma vista de elementos transdutores de acordo com uma concretização específica da presente invenção. A Figura 20 é uma vista semelhante à Figura 18, mas mostrando um dos elementos transdutores da Figura 19 na posição. A Figura 21 é um diagrama para auxiliar na explanação dos circuitos das Figuras 22. A Figura 22 (a) - (d) representa diagramas de circuitos referentes a uma concretização específica da invenção. A Figura 23 é um circuito de sintonização de fre-qüência de acordo com uma concretização da presente invenção.

As Figuras 24 a 26 mostram circuitos de acordo com concretizações da presente invenção. A Figura 27 é uma vista em perspectiva seccional através de um atuador de acordo com uma concretização específica da invenção. A Figura 28 (a) e (b) mostra componentes do Gra- diômetro de gravidade de acordo com uma concretização específica da presente invenção.

As Figuras 29 e 30 mostram diagramas em bloco que ilustram a operação de um sistema de suporte rotativo de acordo com uma concretização específica da presente invenção; e As Figuras 30 - 37 mostram componentes de um gra-diômetro de gravidade de acordo com outra concretização da presente invenção.

Descrição Detalhada das Concretizações Específicas [026] A Figura 1 é uma vista esquemática de um gradiômetro de gravidade 1 de acordo com uma concretização específica da presente invenção. O gradiômetro de gravidade 1 fica disposto para posicionamento vertical em relação a um plano de terra. Por todo este relatório o plano de terra coincide com um plano x-y de um sistema de coordenação x,y,z e o gradiômetro de gravidade nesta concretização é disposto de forma a girar em torno do eixo z e orientado de uma maneira tal que os componentes ΓκΥ e (Txx-ryy) do tensor de gradiente de gravidade podem ser medidos.

[027] A função do gradiômetro de gravidade 1 pode ser sumariada sucintamente como se segue. O gradiômetro de gravidade tem nesta concretização duas massas sensórias substancialmente idênticas que são montadas articuladamente em um suporte de maneira tal que elas podem oscilar em relação ao suporte. As massas sensórias com o suporte giram em torno do eixo x e com uma freqüência angular que iguala aproximadamente metade da freqüência de ressonância das massas sensórias. Um gradiente de gravidade resultará em uma força nas massas sensórias que então oscilarão em relação ao suporte durante essa rotação. Os componentes do tensor de gradiente de gravidade podem ser determinados a partir do movimento oscilatório das massas sensórias em relação uma à outra. Outros detalhes do princípio geral dessas medidas encontram-se descritos no pedido de patente internacional do PCT copendente número PCT/AU2006/001269.

[028] O gradiômetro de gravidade ilustrado na Figura 1 compreende um alojamento 2 que está conectado a uma estrutura de suporte externa 3 (“plataforma externa”), que fica posicionada em uma suspensão que compreende molas e amortecedores dispostos de forma a reduzirem um impacto de uma aceleração linear externa que tem uma freqüência acima de uns poucos Hz, tais como 3, 5 ou 10 Hz. A plataforma externa 3 é disposta para rotação do alojamento 2 sob uma freqüência angular adequada em torno do eixo z. Além disso, a plataforma externa 3 é disposta para ajustar uma orientação do alojamento 2 em torno de três eixos ortogonais. Uma estrutura de suporte interna (“plataforma interna”) compreende as massas sensórias e fica posicionada dentro do alojamento 2. A plataforma interna fica disposta para ajustagem fina da rotação em torno do eixo z de uma maneira tal que a transmissão de uma aceleração angular externa em torno do eixo z para as massas sensórias é ainda maior. A rotação do eixo x resultante, conforme experimentado pelas massas sen-sórias, é de alta precisão e quaisquer acelerações angulares remanescentes em torno ou ao longo dos eixos x- e y- são reduzidas eletronicamente pelo processamento de um sinal indicador do gradiômetro de gravidade gerado pelo gradiômetro de gravidade 1.

[029] O gradiômetro de gravidade 1 fica disposto para posicionamento em uma aeronave de uma maneira tal que uma influência de uma aceleração angular da aeronave no sinal indicador do gradiente de gravidade é reduzida por um fator de pelo menos 107, tipicamente 108 ou mesmo 2 x 108. A plataforma externa 3 compreende balancins, sensores e atua-dor e fica disposta de maneira que um componente de aceleração angular do eixo x, y e z da aceleração angular da aeronave é reduzido por um fator de pelo menos 0,5 x 10, 10 ou mais. A plataforma interna também compreende um balancim, um sensor de aceleração e um atuador e fica disposta de maneira tal que pelo menos um componente de eixo z da aceleração angular da aeronave é reduzido. Uma combinação de disposições de controle semelhantes à realimentação e de alimentação à frente, que serão descritas mais adiante de forma mais detalhada, resultam em uma redução de um impacto da aceleração angular da aeronave por um fator da ordem de 103 - 104 . Além disso, as massas sensórias são dispostas mecanicamente e eletronicamente de forma que um componente da aceleração angular da aeronave é reduzido por um fator de pelo menos 103, tipicamente 104.

[030] As massas sensórias são dispostas (equilibradas) de forma tal que um componente linear da aceleração da aeronave é reduzido por um fator de pelo menos 106, tipicamente 107 e a estrutura de suporte do gradiômetro de gravidade fica disposta de maneira tal que um componente linear da aceleração da aeronave é reduzido por um fator de pelo menos 102, tipicamente 103 [031] O que se segue irá descrever os componentes e função do gradiômetro de gravidade 1 em detalhes.

[032] Com referência à Figura 2, descreve-se agora um primeiro suporte 10. O primeiro suporte 10 forma uma parte do acessório rotativa 5 que está ilustrada na Figura 5. O suporte 10 compreende uma base 12 e uma parede periférica aprumada 14. A parede periférica 14 é dotada de uma pluralidade de recortes 16. A base 12 suporta um cubo 18.

[033] As Figuras 3 e 4 mostram um segundo suporte 20 que compreende uma parede periférica 22 e uma parede de topo 24. A parede periférica 22 é dotada de quatro orelhas 13 para suportarem o acessório 5 no alojamento 2. A parede de topo 24 e a parede periférica 22 definem uma abertura 28. O segundo suporte 20 é suportado no primeiro suporte 10 pela localização do cubo 18 dentro da abertura 28 e das orelhas 13 através dos respectivos recortes 16 tal como se encontra ilustrado na Figura 5.

[034] O primeiro suporte 10 é unido ao segundo suporte 20. A membrana de flexão 31 é formada no primeiro suporte 10 de maneira que uma parte de suporte principal do suporte 10 pode articular-se em torno de uma membrana de flexão 31 em relação a uma parte de suporte secundária do suporte 10. Isto será descrito de maneira mais detalhada com referência à segunda concretização ilustrada nas Figuras 10 até 16.

[035] O acessório 5 dá suporte ao sensor 40 (o qual será descrito de maneira mais detalhada adiante e que se encontra tipicamente na forma de uma massa quádrupla) para ajuste de precisão de rotação em torno do eixo z para estabilizar o gradiômetro durante a tomada de medidas, com particularidade quando o gradiômetro está no ar. Tal como descrito anteriormente, a estabilização de rotação em torno do eixo x- e eixo y- nesta concretização é proporcionada somente por uma plataforma externa. O gradiômetro de gravidade 1 é disposto de maneira tal que em uso o acessório 5 é orientado paralelo ao plano x-y.

[036] A Figura 6 mostra o sensor 40 suportado no acessório. O sensor 40 é um sensor Orthogonal Quadruple Responder - OQR formado de uma primeira massa sensória e uma segunda massa sensória na forma de uma primeira massa sensória 41 e uma segunda massa sensória 42 (não ilustrada na Figura 6) ortogonal à massa sensória 41 e que é da mesma forma que a massa sensória 41.

[037] A massa sensória 41 fica posicionada em uma primeira parte de alojamento 45 e a massa sensória 42 fica posicionada em uma segunda parte de alojamento 47. A massa sensória 41 e a segunda parte de alojamento 45 é a mesma que o sensor 42 e a segunda parte de alojamento 47 com a exceção de que uma gira 90° com relação à outra de maneira que as massas sensórias 41 e 42 são ortogonais. Portanto, será descrita somente a primeira parte de alojamento 45.

[038] A primeira parte de alojamento 45 é dotada de uma parede extrema 51 e uma parede lateral periférica 52a. A parede extrema 51 é conectada ao anel 75 (Figuras 2 e 5) da parede 14 do primeiro suporte 10 por meio de parafusos ou assemelhados (não ilustrados). A massa sensória 41 é formada com um recorte 57 na parede 51 exceto para uma segunda membrana de flexão 59 que une a massa sensória 41 à parede 51. A segunda membrana de flexão 59 está ilustrada ampliada na vista de topo da massa sensória 41 na Figura 7. Assim, a massa sensória 41 é capaz de articular-se no plano x-y em relação à primeira parte de alojamento 45 em resposta a alterações no campo gravitacional. A massa sensória 42 é suportada da mesma maneira que se mencionou anteriormente e também pode articular-se no plano x-y em relação à segunda parte de alojamento 47 em resposta a mudanças no campo gra-vitacional em torno de uma terceira membrana de flexão. A segunda parte de alojamento 47 é conectada à base 12 (Figura 2) do primeiro suporte 10.

[039] A massa sensória 41 e a primeira parte de alojamento 45 em conjunto com a segunda membrana de flexão 59 são uma estrutura monolítica integral.

[040] Proporcionam-se transdutores 71 (não ilustrados nas Figuras 2 até 4) para medirem o movimento das massas sensórias 41 e 42 e para produzirem sinais de saída indicadores do movimento relativo no plano x-y e, portanto, do gradiente de gravidade.

[041] A Figura 8 é um diagrama de blocos esquemá-tico que mostra o controle atuador para estabilizar o gra-diômetro por rotação do acessório 5 em torno do eixo z. Um controlador 50, que pode ser um computador, microprocessador ou assemelhado emite sinais para os atuadores 53 e 54, que são dispostos para fazer girar o acessório 5 em torno do eixo z. Cada atuador é posicionado estacionário em relação às orelhas 13 e acoplado ao primeiro suporte 10 de modo que o atuador pode realizar uma rotação por um pequeno ângulo do suporte 10 com outros componentes em relação às orelhas 13 (e outros componentes que são estacionários em relação às orelhas 13). Cada atuador proporciona um movimento linear e é posicionado de maneira tal que o movimento linear é transformado em uma pequena rotação do suporte 10. Os atua-dores serão descritos de forma mais detalhada com referência à Figura 27. A posição do acessório 5 é monitorada de maneira que realimentação apropriada pode ser proporcionada para o controlador 50 e os sinais de controle apropriados proporcionados para os atuadores fazerem girar o suporte 10 em torno do eixo z tal como é requerido para estabilizar o suporte durante o movimento pelo ar seja dentro de uma aeronave ou rebocado por uma aeronave.

[042] A concretização específica também inclui acelerômetros angulares os quais são similares na forma às massas sensórias 41 e 42, sendo que a forma é ajustada para momento quádruplo zero. Os acelerômetros lineares são simples dispositivos pendulares com um único micro pivô funcionando como a articulação de flexão.

[043] A Figura 9 é uma vista em corte dos componentes do gradiômetro de gravidade pronto para montagem no alojamento 1 que por sua vez se destina a ser suportado na plataforma externa 2.

[044] Os transdutores 71 medem o ângulo de deslocamento das massas sensórias 41 e 42 e controlam os circuitos (não ilustrados) e são configurados para medir a diferença entre eles.

[045] Nesta concretização, os transdutores 71 são capacitores de carga constante, que serão descritos de forma mais detalhada com referência à Figura 22.

[046] As Figuras 10 até 15 mostram uma segunda concretização em que partes iguais indicam componentes semelhantes àqueles anteriormente descritos.

[047] Na segunda concretização o primeiro suporte 10 é dotado de recortes 80 que formam efetivamente ranhuras para receberem orelhas (não ilustradas) que são conectadas ao suporte 10 nos recortes 80 e também ao segundo suporte 20 ilustrado nas Figuras 15 e 16. Nesta concretização as orelhas são componentes separados de maneira que eles podem ser proporcionados menores, e mais facilmente, do que serem cortados com a segunda seção de suporte 20.

[048] Na Figura 10 realiza-se um recorte 87 para definir a parte 18a do cubo 18. O cubo 87 então estende-se radialmente para dentro em 88 e então em torno da seção central 18c conforme ilustrada pelo recorte 101. O recorte 101 então entra dentro da seção central 18c ao longo de linhas de corte 18d e 18e para definir um núcleo 18f. O núcleo 18f é conectado à seção central 18c pela membrana de flexão 31 que é uma parte recortada entre as linhas de recorte 18e e 18d. A parte 10a portanto forma uma parte de suporte principal 10 que é separada da parte de suporte secundária 10a do suporte 10, exceto onde a parte 18a se une com a parte 10a pela membrana de flexão 31. A parte 18a forma efetivamente um eixo para permitir a rotação da parte 18a em relação à parte 10a na direção z em torno da membrana de flexão 31.

[049] Tal como ilustrado na Figura 11, a linha de corte 88 afila-se para fora a partir da extremidade superior ilustrada na Figura 11, para a extremidade inferior e o núcleo 18c afila-se para for a na forma correspondente.

[050] Tal como é evidente a partir das Figuras 10, 12 e 13, o primeiro suporte 10 é de forma octogonal em vez de redonda, como é o caso na concretização anterior.

[051] A Figura 14 mostra um componente do segundo suporte 20 para o acessório no primeiro suporte 10. Tal como mais bem exposto nas Figuras 14 e 15, o segundo suporte 20 é dotado de recortes 120 que registram com os recortes 80 para receberem orelhas (não ilustradas). As orelhas podem ser aparafusadas ao segundo suporte 20 por meio de pernos que passam através das orelhas e dentro de furos de pernos 121. As orelhas (não ilustradas) são montadas ao suporte 20 antes de o suporte 20 ser preso ao primeiro suporte 10.

[052] Nesta concretização, a parede de topo 24 é provida de um furo central 137 e dois furos de fixação 138a. Três furos menores 139a são proporcionados para facilitarem a impulsão da primeira parte de alojamento 45 para fora da parte 18a se for requerida a desmontagem. Quando o segundo suporte 20 é localizado dentro do primeiro suporte 10, a parte superior da seção central 18c projeta-se através do furo 137, tal como melhor ilustrado na Figura 13. O suporte 20 pode ser então conectado ao suporte 10 por meio de pren-dedores que passam através dos furos 138 e engancham nos furos 139b (vide Figura 10) na parte 18a.

[053] Assim, quando a primeira parte de alojamento 45 e a sua massa sensória 41 associada é conectada ao aro 75 do primeiro suporte 10 e a segunda parte de alojamento 47 é conectada à base 12, a membrana de flexão 31 permite o movimento das partes de alojamento 45 e 47 em torno do eixo z.

[054] Consequentemente, quando o segundo suporte 20 é fixado à parte 18a, o segundo suporte 20 pode articular-se com a primeira parte 10a do primeiro suporte 10 em torno de um eixo z definido pela membrana de flexão 31 enquanto a segunda parte formada pela parte 18a permanece estacionária.

[055] A Figura 16 mostra o corpo principal 61 do alojamento 1 e conectores 69 com as extremidades hemisféricas removidas.

[056] A Figura 17 é uma vista plana de uma primeira parte de alojamento 45 de acordo com outra concretização ainda da invenção. Como é evidente a partir da Figura 17, a primeira parte de alojamento 45 é circular em vez de octogonal, como é o caso com a concretização da Figura 6.

[057] A primeira parte de alojamento 45 suporta massa sensória 41 da mesma maneira que se encontra descrita por intermédio da membrana de flexão 59 que fica localizada no centro da massa da massa sensória 41. A massa sensória 41 é em forma de divisa, muito embora a forma de divisa seja levemente diferente daquela das concretizações anteriores e tenha uma borda mais arredondada 41e oposta à membrana de flexão 59 e uma seção de parede semelhante a calha 41f, 41g e 41h adjacente à membrana de flexão 59. As extremidades da massa sensória 41 são dotadas de furos rosqueados 300 que recebem elementos rosqueados 301 os quais podem estar na forma de batoques, tais como parafusos sem cabeça ou assemelhados. Os furos 300 registram com os furos 302 em uma parede periférica 52a da primeira parte de alojamento 45. Os furos 302 permitem acesso aos batoques 301 por meio de uma chave de parafusos ou outra ferramenta, de maneira que os batoques 301 podem ser aparafusados para dentro e para for a do furo 300 para ajustar a sua posição no furo a fim de equilibrar a traseira do sensor 41 de forma que o centro de gravidade encontra-se na membrana de flexão 59.

[058] Tal como traçado na Figura 17, os furos 300 estão segundo um ângulo de 45° à horizontal e à vertical. Desta maneira, os dois furos (302 ilustrados na Figura 17) encontram-se dispostos em ângulos retos com relação um ao outro.

[059] As massas sensórias 41 e 42 são equilibradas em torno das respectivas membranas de flexão de forma que os respectivos centros de massa são deslocados por menos do que 10 ou mesmo 5 nm em relação ao eixo em torno do qual se articulam as massas em uso. Este equilíbrio é alcançado mecanicamente utilizando-se parafusos sem cabeça e um efeito de um desequilíbrio remanescente é reduzido eletronicamente utilizando-se uma disposição semelhante a alimentação à frente que controla as forças nas massas sensórias 41 e 42.

[060] A Figura 17 também mostra aberturas 305 para receber uma parte dos transdutores 71 para monitorar o movimento da massa sensória 41 e produzir sinais em resposta ao movimento. Tipicamente, cada transdutor 71 encontra-se na forma de um capacitor de carga constante. Tipicamente, uma placa de capacitor é suportada à massa sensória 41 e outra placa de capacitor fica disposta estacionária em relação à massa sensória 41 de forma que define-se um afastamento entre as placas de capacitor. O movimento da massa sensória altera o afastamento, o que por sua vez altera uma tensão através do capacitor de carga constante.

[061] A Figura 18 é uma vista mais detalhada de parte da porção de alojamento da Figura 17 que mostra as aberturas 305. Tal como pode ser observado a partir da Figura 18, as aberturas 305 são dotadas de ressaltos 401 que formam reentrâncias 402.

[062] As Figuras 19 (a) até (f) mostram partes dos transdutores de capacitor de carga constante 71. O trans-dutor ilustrado na Figura 19 (a) compreende dois eletrodos. Nesta concretização, um primeiro eletrodo é proporcionado por uma superfície das massas sensórias 41 ou 42, que se encontram sob potencial terra, e um segundo eletrodo está ilustrado na Figura 19 (a) (placa 408 a).

[063] A Figura 19 (b) mostra o segundo eletrodo de capacitor que compreende dois elementos de capacitor separados 408b e 407b que não estão em contacto elétrico. Novamente, o primeiro eletrodo é proporcionado por massas sen-sórias 41 ou 42, que se encontram sob o potencial terra. O elemento de capacitor 408b circunda o elemento de capacitor 407b. Esta disposição é usada para gerar um “capacitor virtual”, o qual será descrito adiante com referência à Figura 22.

[064] As Figuras 19 (c) e (d) mostram alternativas para a concretização ilustrada na Figura 19 (b) e os segundos eletrodos ilustrados compreendem elementos adjacentes 408c, 407c e 408d e 407d respectivamente.

[065] As Figuras 19 (e) e (f) mostram elementos de capacitor de acordo com outras concretizações da presente invenção. O segundo eletrodo compreende três elementos de capacitor 408e, 407e, 407f e 408f, 407g e 407h, respectivamente, e esta disposição também é usada para gerar um "capacitor virtual” o qual será descrito mais adiante.

[066] Será apreciado que na variação desta concretização as placas de capacitor podem ter qualquer outra forma seccional adequada.

[067] Como um exemplo, a Figura 20 mostra a localização dos elementos de capacitor 407b e 408b na abertura 305 e oposta uma segunda placa de capacitor 411 correspondente. Nesta concretização os elementos de capacitor 407b e 408b são proporcionados na forma de ouropel metálico os quais são posicionados no corpo de isolamento 409. A placa 411 é metálica e posicionada na massa sensória 41. Nesta concretização, a placa 411 proporciona um elemento de capacitor que se opõe aos elementos de capacitor 407b e 408b. Neste caso, a massa sensória 41 pode ser de conduti-vidade elétrica relativamente baixa ou pode ser eletricamente isolante.

[068] Se a massa sensória 41 for proporcionada na forma de um material metálico de condutividade elétrica suficientemente alta, a massa sensória 41 também pode proporcionar um elemento capacitor e uma parte da massa sensória 41 pode opor-se diretamente aos elementos de capacitor 407b e 408b sem a placa 411, tal como discutido anteriormente no contexto da Figura 17.

[069] A Figura 21 é um diagrama das massas sensórias 41 e 42 mostrando as mesmas na sua configuração “em uso”. Os transdutores que estão localizados nas aberturas 305 estão ilustrados pelos números de referência 71a até 71e.

[070] Tal como será evidente partir da Figura 21, quatro transdutores 71 ficam dispostos adjacentes às extremidades da massa sensória 41. Uma segunda parte de alojamento 47 também é dotada de quatro transdutores que ficam dispostos adjacentes à massa sensória 42. Desta maneira, são proporcionados oito transdutores 71 no gradiômetro.

[071] Fazendo-se agora referência às Figuras 22 e 23 descreve-se em seguida os circuitos de transdutor 360. Cada um dos transdutores 71a até 71e é um capacitor de carga constante e compreende um primeiro eletrodo de capacitor. Cada um dos transdutores 71a até 71e tem um segundo eletrodo de capacitor que fica posicionado a segunda capacitor eletrodo que é posicionado oposto a um primeiro eletrodo de capacitor respectivo e fixado na posição em relação às partes de alojamento. O primeiro eletrodo de capacitor é proporcionado, nesta concretização, por uma superfície das massas sensórias 41 ou 42. Por exemplo, cada transdutor 71a - 71e pode ser dotado de um segundo eletrodo do tipo conforme ilustrado na Figura 19.

[072] O movimento oscilatório das massas sensórias 41 e 42 resulta em um movimento dos primeiros eletrodos de capacitor (superfícies das massas sensórias 41 ou 42) em relação aos segundos eletrodos de capacitor. Esse movimento altera os afastamentos entre os primeiro e segundo eletrodos de capacitores respectivos e resulta em uma mudança de tensão através dos transdutores de capacitor de carga constante 71a até 71e.

[073] Se os transdutores são do tipo como ilustrado nas Figuras 19 (b) até 20 (d), então transdutores de componentes separados são formados entre o primeiro eletrodo e cada elemento capacitor do segundo eletrodo, tais como 407b e 408b. Neste caso a Figura 22 mostra os circuitos de transdutor para os transdutores componentes formados entre a primeira placa e um dos dois elementos e um circuito análogo (rotulado correspondentemente) é usado para os trans-dutores componentes formados entre o primeiro eletrodo e os outros elementos de capacitor.

[074] Se os transdutores são do tipo conforme ilustrado na Figura 19 (e) e 19 (f), então transdutores componentes separados são formados entre o primeiro eletrodo e cada um dos três elementos capacitores, tais como 408e, 408e e 407f. A Figura 22 mostra os circuitos transdutores para os transdutores componentes formados entre o primeiro eletrodo e um dos três elementos e dois circuitos análogos (rotulados correspondentemente) são usados para os transdutores componentes formados entre a primeira placa e os outros elementos de capacitor.

[075] Cada transdutor componente de capacitor de carga constante 71a até 71e tem uma tensão de polarização separada que lhe é aplicada por uma fonte de tensão de polarização respectiva VboPy. A Figura 22 mostra o transdutor componente 71a até 71e com um dos elementos de capacitor sendo conectado ao potencial de terra. Tal como discutido anteriormente, estes elementos de capacitor são superfícies das massas sensórias 41 e 42, que são nesta concretização condutores eletricamente e conectadas ao potencial de terra. As polaridades das tensões proporcionadas pelas fontes de tensão de polarização 361a até 361e e as interligações elétricas entre os transdutores componentes de capacitor de carga constante 71a até 71e são escolhidas de forma tal que os sinais elétricos gerados por todos os transdutores são combinados com a mesma polaridade se as massas sensórias 41 e 42 oscilam em direções opostas. Essa oscilação em direções opostas tipicamente é gerada por um gradiente de gravidade se as massas sensórias são equilibradas e têm propriedades mecânicas idênticas. Se as massas sensórias 41 e 42 se movem na mesma direção, metade dos sinais elétricos gerados pelos transdutores componentes de capacitor de carga constante 71a até 71e têm uma polaridade e a outra metade tem uma polaridade oposta. Consequentemente, neste caso, os sinais elétricos tipicamente anulam-se um ao outro. Esse movimento na mesma direção pode ser gerado, por exemplo, por um movimento repentino da aeronave em que gradiômetro de gravidade se encontra posicionado e consequentemente os circuitos trans-dutores 360 ilustrados na Figura 22 reduzem o efeito desses movimentos repentinos e o efeito de um número de outras forces externas ou acelerações angulares externas que não estão relacionadas com o gradiente de gravidade.

[076] O sinal elétrico combinado é dirigido a um amplificador de baixo ruído o qual será descrito no contexto da Figura 23.

[077] Os circuitos transdutores 360 ilustrados na Figura 22 também compreendem capacitores de bloqueio CsoPy que são dispostos de forma que as tensões de polarização aplicadas VboPy não podem alcançar o amplificador de baixo ruído. Os capacitores de bloqueio 362a até 362e tipicamente têm uma capacitância que é maior do que 10 vezes, ou mesmo maior do que 100 vezes aquela dos respectivos transdutores componentes de capacitor de carga constante 71a até 71e.

[078] Além disso, os circuitos transdutores 360 compreendem resistores Rb«Py 363a até 363e. Tipicamente estes resistores têm uma resistência muito alta, tal como 1GO ou mais, e ficam dispostos para prevenir substancialmente fluxo de cargas e proporcionar desse modo que os transdutores componentes 71a até 71e operem como capacitores de carga constante.

[079] As tensões de polarização aplicadas aos ca-pacitores de carga constante geram forças eletrostáticas. Conseqüentemente, cada transdutor 71a até 71e pode funcionar também como um atuador.

[080] Se os transdutores 71 são do tipo como ilustrado na Figura 19(a), então o circuito 360 ilustrado na Figura 22 é suficiente. Entretanto, em uma concretização específica da presente invenção os transdutores são do tipo conforme ilustrado nas Figuras 19 (b) até 19(d) e compreender dois transdutores componentes. Neste caso são usados os circuitos 360, um para os transdutores componentes formados entre os primeiros eletrodos e um dos elementos capacitores, e o outro para os transdutores componentes formados entre os primeiros eletrodos e os outros elementos de capacitor. Isto encontra-se ilustrado esquematicamente na Figura 25. Um primeiro circuito 360 é usado para propósitos de medição (modalidade diferencial, "DM") e um segundo circuito 360 é usado para proporcionar realimentação para correção de movimento de rotação externo (modalidade comum, "CM"), que será descrito adiante com referência às Figuras 28 e 29.

[081] Alternativamente, os circuitos 360 também podem ser conectados de maneira tal que são formados "capacitores virtuais". Isto será descrito adiante de forma mais detalhada e encontra-se indicado esquematicamente na Figura 24.

[082] De acordo com outra concretização específica da presente invenção os transdutores são do tipo conforme ilustrado nas Figuras 19 (e) ou 19 (f) e compreendem três transdutores componentes. Neste caso utilizam-se três circuitos 360. Isto está ilustrado esquematicamente na Figura 26. Nesta concretização utilizam-se dois circuitos 360 para propósitos de medição e dispostos de forma tal que são formados "capacitores virtuais". Utiliza-se um terceiro circuito 360 para proporcionar realimentação para correção de movimento de rotação externo.

[083] O que se segue descreverá como as propriedades mecânicas relativas das massas sensórias 41 e 42 podem ser sintonizadas. As freqüências de ressonância das massas sensórias 41 e 42 dependerão do quadrado das forças eletros-táticas e portanto do quadrado da tensão de polarização aplicada. Por exemplo, as freqüências de ressonância podem ser sintonizadas utilizando-se um conjunto de teste mecânico em que forças externas são aplicadas às massas sensórias 41 e 42. Se as freqüências de ressonância não são idênticas, as tensões de polarização podem ser ajustadas até as fre-qüências de ressonância serem idênticas.

[084] As sensibilidades dos capacitores transdutores para detectarem o movimento das massas sensórias são linearmente dependentes das forças eletrostáticas e, desse modo, linearmente dependentes das tensões de polarização aplicadas. Conseqüentemente, é possível sintonizar tanto as freqüências de ressonância quanto a sensibilidade dos transdutores.

[085] As massas sensórias 41 e 42 e as suas respectivas membranas de flexão são dispostas mecanicamente de forma que seus momentos de inércia são suficientemente similares, e os transdutores 71 são ajustados de forma que suas sensibilidades são suficientemente similares, de forma que um impacto de uma aceleração angular externa é reduzido por um fator de 103 até 104. Como uma conseqüência as massas sensórias 41 e 42 são formadas como discutido anteriormente para terem freqüências de ressonância aproximadamente idênticas dentro de 1 parte em 103, tipicamente dentro de 1 parte em 104. Um impacto de uma aceleração angular externa é ainda reduzido utilizando-se disposições de alimentação de recuo e alimentação de avanço. As disposições semelhantes a alimentação de recuo e alimentação de avanço, que serão descritas com referência às Figuras 29 e 30, resultam em uma redução de uma influência de uma aceleração angular externa por um fator de aproximadamente 103 - 104.

[086] Além disso, a plataforma externa 3 compreende balancins que reduzem uma influência da aceleração angular externa por um fator de aproximadamente 5 a 100, tipicamente por um fator da ordem de 10.

[087] Além disso, as massas sensórias 41 e 42 são equilibradas mecanicamente de maneira que uma distância entre um centro de massa e o eixo de rotação é menor do que uma parte em 106, tipicamente 1 parte em 107 de um raio de giro da massa sensória, que requer um alto nível de previsão mecânica. Um pequeno desequilíbrio remanescente (pode ser por uma distância da ordem de um ou mais 10-9) é levado em consideração utilizando-se uma disposição semelhante a alimentação à frente, que será descrita adiante [088] Um laço de alimentação de avanço é formado por componentes que incluem os sensores de transdutores 71, um sensor de aceleração ((não ilustrado, mas semelhante aos sensores de aceleração 721 e 723 ilustrados na Figura 22(c)) tal como um sensor de capacitância adicional, e eletrônica de controle). O sensor de aceleração é posicionado em uma posição fixa em relação a uma parte de alojamento 45 ou 47 e, quando é detectada uma aceleração linear externa, proporciona uma tensão para um controlador (não ilustrado). O controlador então faz com que os sensores de transdutor 71 gerem uma força de ajustagem adequada que tem por objetivo neutralizar uma diferença no torque a que as massas sensórias 41 e 42 serão submetidas como uma conseqüência da aceleração linear externa. Para este propósito é requerido um parâmetro de resposta mecânica que é uma medida para uma relação de uma aceleração linear externa e uma força de ajustagem correspondente requerida para neutralizar um torque resultante da aceleração linear externa. Conseqüentemente, o parâmetro de resposta mecânica é dependente do momento de dipolo de massa das massas sensórias 41 e 42 e das constantes elásticas das respectivas membranas de flexão. O parâmetro de resposta mecânica é determinado experimentalmente pela exposição das massas sensórias 41 e 42 em seus respectivos alojamentos a uma aceleração linear e então determinando-se uma força que é requerida para compensar uma diferença no torque que as massas sensórias 41 e 42 de outro modo experimentariam como uma conseqüência da aceleração linear externa. Uma vez que as massas sensórias 41 e 42 são dispostas para movimento no plano x, y- esse desequilíbrio apenas precisa ser considerado para aceleração dentro desse plano.

[089] Na concretização descrita anteriormente os sensores de transdutores 71 são proporcionados na forma de capacitores que também funcionam como atuadores. Deve ser apreciado que em uma concretização alternativa o gradiômetro de gravidade 1 também pode compreender bobinas indutoras adequadas que substituem os capacitores 71 e têm funções de detecção e atuação correspondentes. O gradiômetro de gravidade de acordo com a concretização alternativa compreende componentes eletrônicos que acomodam a função das bobinas indutoras como sensores e atuadores. O pedido internacional do PCT número PCT/AU2006/001269 expõe um gradiômetro de gravidade que tem bobinas indutoras para detectarem um movimento relativo de massas sensórias. O gradiômetro de gravidade exposto no PCT/AU2006/001269 é refrigerado utilizando-se hélio líquido e as bobinas indutoras são dispositivos supercondutores. Em seguida descreve-se como o gra-diômetro de gravidade exposto no PCT/AU2006/001269 pode ser adaptado para dar conta do desequilíbrio de “momento de dipolo de massa" descrito anteriormente.

[090] O pedido internacional do PCT n°. PCT/AU2006/001269 expõe disposições de bobinas (“bobinas sensórias") que são usadas para detectarem um movimento das disposições de barras e de bobinas sensor as (“bobinas de mola") que são usadas para sintonizar propriedades mecânicas das barras sensor as. Qualquer uma das bobinas de mola pode ser substituída por um circuito tal como ilustrado na Figura 22 (b).

[091] O circuito supercondutor 700 compreende uma bobina de mola 702 que tem indutância LF e em uso carrega uma corrente estática persistente i0 que flui através de uma chave térmica 704 e um indutor de compensação 706. A chave térmica 704 é usada para estabelecer inicialmente a corrente i0, cuja magnitude é selecionada para proporcionar sintonização de freqüência para a massa sensória respectiva. Uma vez que i0 é persistente, nenhuma corrente precisa fluir nos condutores de bomba (exceto inicialmente para estabelecer i0). A bobina de mola 702 é tipicamente uma película fina e a bobina de compensação 706, que tem uma indutância muito menor do que aquela da bobina de mola 702, é seja uma pequena bobina de película fina na traseira da bobina de mola ou pode consistir simplesmente da indutância de dispersão associada com a chave térmica 704 e seus condutores.

[092] A corrente i0 produz uma força estática. Uma corrente externa i que se faz passar para dentro da bomba conduz suas divisões proporcionalmente ao fluxo através de LF e de LB, de maneira que a força pode ser modificada que é gerada pela corrente através da bobina de mola 702.

[093] A Figura 22 (c) mostra acelerômetros lineares x- e y- 721 e 723, respectivamente. Os acelerômetros 721 e 723 compreendem bobinas 722, 724 e 726, 728, respectivamente e geram correntes ix e iy que são proporcionais à aceleração linear das massas sensórias posicionadas entre pares de bobinas.

[094] As correntes geradas ix e iy são dirigidas ao circuito indutor anteriormente descrito 700 de forma que é gerada uma força pela bobina elástica 702 que é dependente das correntes geradas pelos acelerômetros por 721 e 723. A Figura 22 (d) mostra um diagrama de circuito 720 que ilustra como correntes podem ser injetadas na bobina elástica 702.

[095] O exposto em seguida descreverá outros detalhes do circuito eletrônico que é utilizado no gradiômetro de gravidade 1.

[096] A Figura 23 mostra um diagrama de circuito esquemático de um amplificador de baixo ruído de acordo com uma concretização específica da presente invenção. O circuito amplificador de baixo ruído 366 é usado para amplificar o sinal elétrico gerado pelo circuito transdutor 360 e para proporcionar realimentação ativa para controlar as propriedades dos transdutores e massas sensórias 41 e 42.

[097] O circuito amplificador 366 simula uma im-pedância ZL e um componente ôhmico de ZL proporciona amortecimento ativo dos sinais elétricos ressonantes gerados pelos transdutores componentes de capacitor de carga constante 71a até 71e descritos anteriormente. O amortecimento ativo reduz o fator-Q da ressonância e aumenta dessa maneira a largura de banda dentro da qual a ressonância pode ser gerada. Esse amortecimento elétrico resulta no amortecimento mecânico pela geração de forças de amortecimento eletrostáticas nos transdutores componentes de capacitor de carga constante 71a - 71e. Tipicamente, o amortecimento ativo é ajustado de forma que o gradiômetro de gravidade tem uma largura de banda da ordem de 1 Hz e o fator-Q do amortecimento ativo fica próximo de 0,5.

[098] A impedância Zl também tem um componente imaginário, que é dependente de uma capacitância simulada CL em paralelo com o resistor simulado RL. O componente imaginário controla ativamente a freqüência de ressonância das massas sensórias 41 e 42 por meio dos transdutores de capacitor de carga constante 71a - 71e ao simularem uma mudança da "rigidez" do acoplamento de articulação das massas sensórias 41 e 42 e desse modo sintonizações precisas da freqüência de ressonância das massas sensórias 41 e 42. Tal como descrito anteriormente, o circuito transdutor 360 fica disposto de forma que oscilações ressonantes em que as massas sensórias 41 e 42 oscilam em direções opostas resultam em um sinal elétrico aditivo. A capacitância simulada CL da impedância simulada ZL permite a sintonia fina da ressonância e desse modo ajuda ainda a diferençar essa ressonância em relação a outras oscilações de modalidade comum em que as massas sensórias 41 e 42 oscilam na mesma direção.

[099] Nesta concretização o circuito amplificador 366 proporciona “amortecimento frio”, que introduz ruído térmico muito reduzido. Evita-se o amortecimento passivo, tal como amortecimento utilizando-se um resistor convencional, uma vez que isto resultaria em ruído térmico.

[100] Tal como descrito anteriormente, os capaci-tores componentes de carga constante 71a - 71e podem combinar as funções de detecção e de acionamento. O circuito amplificador 366 proporciona um circuito de realimentação ativo entre as funções de detecção e de acionamento e proporciona controle de realimentação eletrônica das propriedades mecânicas das massas sensórias 41 e 42.

[101] O circuito amplificador 366 compreende uma entrada 368 e uma saída 369. Além disso, o circuito amplificador 366 compreende um amplificador diferencial j-FET de baixo ruído 370 e impedâncias Z1, Z2 e Z3. O amplificador de baixo ruído 370 tem dois terminais de entrada 371 e 372 e a impedância Z1 é conectada entre o terminal de saída 369 e a entrada de amplificador de baixo ruído 371. A impedância Z2 é conectada entre o terminal de saída 369 e a entrada do amplificador de baixo ruído 372. A impedância Z3 é conectada entre o terminal 372 e um terminal de terra comum 373.

[102] O circuito amplificador 366 simula a impe-dância ZL com [103] O amplificador 370 tem resistência casada com ruído [104] O termo SV é a densidade espectral do ruído de tensão de amplificador e o termo Si é a densidade espectral do ruído de corrente de amplificador. Nesta concretização, a resistência casada de ruído do amplificador é de uns poucos 1ΜΩ.

[105] Além disso, o amplificador 370 é dotado de uma temperatura de ruído (kB: constante de Bolz- man) menor do que 1K.

[106] A densidade de ruído Sr do erro de gradiente produzido pela ressonância próxima do ruído térmico é dada por onde ÃDé o raio de giro das massas sensórias 41 e 42 e Qact o fator Q efetivo associado com o amortecimento ativo, M é a massa das massas sensórias 41 e 42 e fo é a freqüência de ressonância. A densidade de ruído Sr é dependente do ruído do amplificador e não da temperatura física do circuito amplificador, que permite “amortecimento frio” e controle de outras propriedades mecânicas sem introduzir ruído térmico significativo sob temperaturas de operação normais, tais como a temperatura ambiente.

[107] Os componentes transdutores 71a, 71b, 71g e 71h também são usados para formar acelerômetros angulares para medição do movimento angular do acessório 5 de forma que podem ser proporcionados sinais de realimentação para compensar esse movimento angular.

[108] A Figura 27 mostra um atuador para receber os sinais de controle para ajustar o acessório em resposta ao movimento angular do acessório 5.

[109] O atuador ilustrado na Figura 27 também está ilustrado esquematicamente na Figura 8 pela referência aos números 53 e 54. Os atuadores são os mesmos e a Figura 28 será descrita com referência ao atuador 54.

[110] O atuador 54 compreende nesta concretização um ímã NdFeB permanente 410, um núcleo de ferro doce 411, um espaçador não magnético 412 (alumínio, Delrin), alojamento de mumetal ou permalói 413, um conjunto de bobina móvel 414, uma haste oca 428 e um tubo 430 que faz parte do alojamento 413 e em que a haste oca 428 é suportada rotativamente.

[111] O conjunto de bobina móvel 414 é suportado sobre a haste 430 e o ímã permanente 410 e o núcleo de ferro doce 411 são providos com furos internos através dos quais a haste 430 penetra, de forma que a haste 430 com conjunto de bobina móvel 414 pode mover-se axialmente em relação ao núcleo de ferro 311 e ao ímã permanente 410. As ligações elétricas para o conjunto de bobina móvel 414 são alimentadas através da haste oca 430.

[112] Tal como descrito anteriormente, uma ou as duas massas sensórias 41 e 42 também podem ser usadas como um acelerômetro angular para proporcionar uma medida de movimento angular do acessório 5, de forma que sinais de rea-limentação apropriados podem ser gerados para compensação desse movimento pelo controle dos atuadores previamente descritos.

[113] As Figuras 28 (a) e (b) mostram uma vista plana e seccional esquemática do gradiômetro de gravidade 1. Tal como indicado anteriormente, o gradiômetro de gravidade 1 compreende um alojamento 2 que é levado a girar por um acessório externo em torno de um eixo z. Uma plataforma externa 3 compreende um estágio interno 500 e um estágio intermediário 502 e um estágio externo 504. O alojamento 2 é suportado de forma que ele é levado a girar com o estágio interno 500 pelo acionamento-z 508 com mancais. O aciona-mento-z proporciona rotação contínua sob uma velocidade muito estável. A freqüência de rotação nesta concretização é selecionável entre 0 e 20 Hz. O estágio intermediário 502 incluindo o estágio interno 500 é capaz de girar em torno do eixo-x pelo acionamento-x 510, que inclui mancais e o estágio externo 504 é capaz de girar com o estágio intermediário 502 em torno do eixo-y pelo acionamento do eixo-y 512 que também inclui mancais adequados. O estágio externo com acionamento de eixo-y é suportado em molas 516 em uma armação de suporte 518.

[114] A plataforma externa 3 inclui uma IMU (unidade de medição de inércia), que contém giroscópios, acele-rômetros, receptores de GPS e um computador. A IMU não está ilustrada na Figura 28 (a) ou (b). A IMU mede a rotação em torno do eixo x-, y- e z- e é acoplada aos acionamentos em um laço de realimentação. Isto será descrito adiante de forma mais detalhada com referência à Figura 29.

[115] A plataforma externa é disposta de forma a giro-estabilizar o alojamento 2 em torno do eixo x-, y- e z-com um fator de ganho de aproximadamente 100 DC e uma largura de banda de 20 Hz. Isto é alcançado utilizando-se a disposição de rolamento "cardan" de 3 eixos descrito anteriormente com motores de torque de acionamento direto (508, 510 e 512). Nesta concretização, a sintonização fina do acionamento de motor para correção de rotação em torno do eixo z é alcançada utilizando-se o sinal de "modalidade comum" proporcionado pelos componentes de transdutor respectivos posicionados dentro do alojamento 2.

[116] A Figura 29 mostra um diagrama de blocos 600 que ilustra como o sinal de modalidade comum, gerado dentro do alojamento 2 (que compreende a plataforma interna), é usado para correção de eixo-x de rotação de uma plataforma externa.

[117] Os blocos 602 e 604, rotulados como "resposta ao movimento" e “resposta à força” respectivamente, representam os dois a estrutura cardan da estrutura de suporte 3. Cada cardan consiste de três componentes principais, a saber, uma armação, uma parte suportada pela armação por intermédio de um mancal e um atuador que aplica um torque (força) a esta parte. Cada cardan tem duas entradas independentes, ou seja, movimento aplicado à armação e uma força aplicada diretamente à parte suspensa pela armação. Ele tem apenas uma saída, a saber, a posição angular da parte suportada e esta responde de forma diferenciada às duas entradas.

[118] A força de realimentação Fe neutraliza uma perturbação externa Z. Esta pode ser expressa pela seguinte equação: Xe = Hf Fe + Hz Z (eq. 3) onde Hf e Hz são constantes. A equação 3 pode ser enunciada como Xe = Hf ( Fe + Ke Z ) (eq. 4) onde Ke = Hz/Hf.

[119] O gradiômetro de gravidade 1 é proporcionado para posicionamento em uma aeronave. Uma aceleração angular externa, tal como uma aceleração angular de aeronave produz um torque equivalente Ke Z, que é neutralizado por Fe gerado pelo atuador 610. Na Figura 29 o bloco 602 rotulado com “Resposta ao movimento” representa Ke e o bloco 604 rotulado com “Resposta ao torque” representa He. Nesta concretização, a plataforma externa fica disposta de maneira tal que o torque Fe é associado com uma força gerada pelo atuador 610 (rotulado com “Motor”). A plataforma externa efetua uma redução de uma influência da aceleração angular externa, tal como uma aceleração angular da aeronave, por um fator de 5 - 100, tipicamente por um fator de 10.

[120] A IMU 609 mede a perturbação externa Z e dirige um sinal ao controlador 611, que por sua vez gera um comando associado com a perturbação externa detectada Z. O comando é convertido em uma disposição de alimentação à frente em um torque de compensação por meio de outros componentes, que formam uma disposição de realimentação e que será descrita adiante.

[121] A resposta ao torque 604 e sensor 606 (rotulado como "Codificador") também proporciona um sinal (usualmente digital) que é associado com a perturbação externa Z. Este sinal é dirigido ao controlador 608 (também usualmente digital) e, também dependente do comando recebido do controlador 611 (vide retro), o atuador 610 gera uma força que resulta em um torque de compensação para compensar a perturbação Z. O atuador 610, a resposta ao torque 604, o codificador 606 e o controlador 608 são dispostos de acordo com uma disposição de realimentação.

[122] A plataforma interna pode ser representada de uma maneira assemelhada e o bloco 612 rotulado como "resposta ao movimento" representa a estrutura cardan de eixo z dentro do alojamento 2. O bloco 614 rotulado com "resposta CM" representa uma resposta a um torque associado com a perturbação externa Z experimentada pelas massas sensórias 41 e 42. Os sensores de transdutor 71 e o atuador 54 foram descritos anteriormente. Os blocos 615 e 617, rotulados com "resposta cardan" e "sensor cardan", respectivamente, representam uma resposta da estrutura cardan interna e uma posição de cardan resultante, respectivamente. Por exemplo, o sensor cardan 617 pode ser proporcionado na forma de um sensor de sombra óptica que pode ser posicionado em um local que é fixo em relação a uma das partes de alojamento 45 e 47.

[123] Nesta concretização, a plataforma interna fica disposta de forma a reduzir qualquer impacto remanescente pela perturbação externa Z mais além. Um torque de compensação gerado pela plataforma interna tem um primeiro torque componente que é controlado por uma disposição de alimentação para frente ou disposição semelhante a alimentação para frente e um segundo torque componente que é controlado por uma disposição de realimentação. A disposição de realimentação resulta em uma redução de um impacto de uma aceleração angular da aeronave por um fator de 102 to 103 e a disposição semelhante a alimentação para frente resulta em uma redução de um impacto da aceleração angular da aeronave por um fator da ordem de 10.

[124] O sensor cardan 617, que é um sensor de deslocamento, gera um sinal associado com a perturbação externa Z e o sinal gerado é então dirigido ao controlador 619. O atuador 54 gera uma força que resulta no torque de primeiro componente e neutraliza a perturbação externa Z. O torque de primeiro componente é dependente da perturbação externa detectada Z e de um parâmetro de resposta que é uma medida para uma sensibilidade mecânica dos componentes mecânicos que são movidos pelo atuador 54.

[125] Nesta concretização os componentes mecânicos incluem todos os componentes que estão posicionados dentro do alojamento 2 (excluindo o atuador 54 e excluindo a membrana de flexão 31). Estes componentes mecânicos são acoplados diretamente ou indiretamente ao alojamento 2 pela membrana de flexão 31 e a resposta mecânica destes componentes mecânicos é dependente de uma constante elástica equivalente da membrana de flexão 31 e de uma resposta mecânica dos componentes mecânicos a uma força aplicada. O sensor de deslocamento 617 detecta um deslocamento destes componentes mecânicos em relação ao alojamento 2. A resposta mecânica é predeterminada experimentalmente pela medição de uma relação de um torque de compensação e uma aceleração aplicada, a qual é compensada pelo torque de compensação. Nesta concretização, o sensor 617, o controlador 619 e o atuador 54 formam uma disposição de controle de alimentação para frente (ou uma disposição de controle semelhante a alimentação para frente) em que o atuador 54, durante a operação do gradiô-metro de gravidade, gera um torque que é dependente da resposta mecânica determinada experimentalmente.

[126] Os sensores 71 proporcionam um sinal que é representativo da posição angular das massas sensórias 41 e 42. Este sinal é dirigido ao controlador 619 e ao atuador 54, que então gera uma força que resulta no segundo torque de componente. Nesta concretização, os sensores 71, o controlador 619 e o atuador 54 são dispostos em uma disposição semelhante a realimentação.

[127] A plataforma interna fica disposta de maneira que uma influência remanescente da perturbação externa Z é ainda reduzida pela disposição de alimentação para frente ou alimentação semelhante a para frente descrita e novamente reduzida pela disposição de realimentação descrita.

[128] Na concretização descrita anteriormente o gradiômetro de gravidade 1 fica disposto de maneira tal que a rotação em torno do eixo z é controlada pela plataforma externa para uma velocidade de rotação uniforme fixa. O sinal de entrada para controlar o movimento é proporcionado pela IMU 609 e pelo sensor 606. Entretanto, a IMU 609 e o sensor 606 tipicamente somente têm precisão limitada sob freqüências mais altas e para aperfeiçoar mais a correção de rotação do eixo z, utiliza-se uma aceleração angular derivada do sinal “Modalidade Comum” descrito anteriormente proveniente dos sensores de transdutor internos 71 para sinto-nização fina. Tal como descrito anteriormente, o mesmo sinal é igualmente usado dentro de uma plataforma interna em um laço de realimentação para estabilizar o instrumento contra aceleração angular aplicada (por intermédio do atuador 54). A especificação para este sistema de realimentação interna é rigorosa e para facilitar este requisito, parte da carga é transferida para a plataforma externa dessa maneira.

[129] A Figura 30 mostra um diagrama de blocos 650 que ilustra estabilização (nenhuma rotação) em torno do eixo x- e y-, que é realizada exclusivamente pela plataforma externa. Todos os elementos da Figura 30 já foram descritos anteriormente e funcionam de uma maneira análoga para inibir a rotação em torno dos eixos x- e y-.

[130] Deve ser apreciado por aqueles versados na técnica que a invenção pode ser concretizada de muitas outras formas. Por exemplo, os transdutores podem não ser necessariamente proporcionados na forma de capacitores de carga constante, mas podem ser proporcionados na forma de qualquer outro tipo adequado de capacitor, incluindo aquelas que não permitem simulação de um capacitor virtual. Além disso, deve ser apreciado que o circuito amplificador 366 ilustrado na Figura 24 é apenas uma concretização e é possível uma variedade de variações da concretização descrita.

[131] Muito embora os exemplos anteriores se refiram a concretizações que operam sob temperatura ambiente, as concretizações podem operar sob temperaturas supercondu-toras. Concretizações deste tipo estão descritas nos pedidos internacionais do PCT números PCT/AU2007/001179 ou PCT/AU2006/001273, que ficam incorporados por referência. O que se segue descreverá os componentes do gradiômetro de gravidade de acordo com a exposição do pedido de patente internacional do PCT número PCT/AU2007/001179.

[132] A Figura 31 é um diagrama das barras 750 e 752 que mostra as mesmas na sua configuração “em uso”. Os transdutores que estão localizados nas aberturas 305 estão ilustrados pelos números de referência 754a até 754e de forma a igualar-se aos diagramas de circuito das Figuras 32 e 33.

[133] Com referência às Figuras 32 e 33, os transdutores 754a e 754b associados com a barra 750, e os transdutores 754g e 754e associados com a barra 752 são usados para proporcionar as medições de gradiente de gravidade. Os terminais de entrada 756 proporcionam corrente de entrada para os circuitos supercondutores ilustrados na Figura 32. Proporcionam-se interruptores de calor que podem estar na forma de resistores 758, os quais são usados para estabelecer inicialmente a corrente supercondutora dentro do circuito. Os interruptores de calor 758 são inicialmente ligados durante um período de tempo muito curto para aquecer as partes do circuito nas quais os resistores 758 estão localizados para pararem essas partes do circuito de superconduzirem. Correntes podem ser então impostas no circuito supercondutor e quando os interruptores de calor formados pelos resistores 758 são desligados, as partes relevantes do circuito tornam-se novamente supercondutoras de maneira que a corrente pode circular através dos circuitos sujeitos a qualquer mudança causada pelo movimento das barras 750 e 752 sob a influência do gradiente de gravidade e aceleração angular, tal como será descrito mais adiante.

[134] Os transdutores 754a, 754b, 754g e 754e são conectados em paralelo à linha de circuito 760 e à linha de circuito 762 que é ligada a um SQUID 764.

[135] Desta maneira, quando as barras 750 e 752 giram em torno da sua respectiva membrana de flexão, as barras 750 e 752, por exemplo, aproximam-se do transdutor 754a e portanto afastam-se do transdutor 754b, e aproximam-se do transdutor 7Ih e afastam-se mais do 754g respectivamente. Portanto, isto muda a corrente que flui através dos transdutores e aquelas correntes são efetivamente subtraídas para proporcionarem sinais para proporcionarem uma medida do gradiente de gravidade.

[136] Tal como se encontra ilustrado na Figura 33, os transdutores 754c e 754d formam um circuito separado e são usados para sintonização de freqüência da barra 750 e transdutores 754a e 754b. Similarmente, os transdutores 754e e 754f são usados para sintonização de freqüência da barra 752 e dos transdutores 754g e 754h. A sintonização de freqüência das barras é importante porque as barras deverão ser idênticas a fim de rejeitar acelerações angulares. Portanto, os circuitos de sintonização de freqüência permitem que a sintonização eletrônica das barras coincida com as freqüências ressonantes e consigam a modalidade de rejeição, de forma tal que cada uma das barras funciona de uma maneira idêntica.

[137] Os transdutores 754a, 754b, 754g e 754h também são usados para formarem acelerômetros angulares para medição do movimento angular do suporte 5, de maneira que sinais de realimentação podem ser proporcionados para compensar esse movimento angular.

[138] Para fazer isso, a linha 762 é conectada a um transformador 766. A polaridade dos sinais provenientes dos transdutores 754a e 754b e 754g e 754h é invertida de maneira que a saída do transdutor 766 nas linhas 768 e 770 é uma adição dos sinais em vez de uma subtração, como é o caso quando o gradiente é medido de forma que a adição dos sinais dá uma medida do movimento angular das barras. As saídas 768 e 770 são conectadas ao dispositivo SQUID 772 para proporcionar uma medida da aceleração angular que pode ser usada no circuito da Figura 10 para proporcionar sinais de compensação para estabilizar o suporte 5.

[139] Assim, de acordo com a concretização preferida da invenção, os acelerômetros angulares de 90o proporcionam uma medição da aceleração angular, por exemplo, em torno dos eixos x e y, e o acelerômetro angular formado pelas barras 750 e 752 e os transdutores 754a, 754b, 754g e 754h proporcionam uma medida do acelerômetro angular em torno de, por exemplo, o eixo z.

[140] Com referência às Figuras 34 e 35, será descrita a maneira pela qual é conseguido o equilíbrio das barras 750 e 752. Um par de sensores de deslocamento formado pelos capacitores 780 e 782 é proporcionado para dois propósitos principais: 1. Medir a sensibilidade de aceleração linear residual de cada barra 750 (e 752) para possibilitar que as barras sejam equilibradas mecanicamente utilizando-se um parafuso sem cabeça, antes da operação sob baixas temperaturas; e 2. Medir a sensibilidade da aceleração linear induzida de cada barra 750 e 752.

[141] O capacitor 780 é formado por uma placa de capacitor 800a e a superfície 750a da barra 750. Um segundo circuito que é o mesmo que aquele ilustrado na Figura 35 é usado para medir a alteração experimentada pelo capacitor 782. Esse circuito é o mesmo que aquele da Figura 34, com a exceção de que o capacitor 780 é substituído pelo capacitor 782 que é formado por uma placa de capacitor e a superfície 750a relativa a outro dos transdutores 754.

[142] As barras 750 e 752, em seus respectivos alojamentos, são suscetíveis de girar em um gabarito (não ilustrado) através de 360o. Isto proporciona uma faixa de aceleração de 2 gE, que é tipicamente 100 vezes maior do que as acelerações que podem ser convenientemente aplicadas sob baixa temperatura. Um requisito é tipicamente aquele de os capacitores 780 e 782 serem capazes de detectar 0,1 de curso durante um período de 1 até 20 minutos. É requerido um par de capacitores 780 e 782 para cada barra proporcionar certa discriminação contra a deriva de sensor, uma vez que a rotação da barra 750 fará com que um capacitor 780 aumente e o outro capacitor 782 diminua pela mesma quantidade, conforme ilustrado na Figura 38, enquanto a expansão térmica fará com que as duas saídas dos capacitores 780 e 782 aumente. Os capacitores 780 e 782 permanecem no lugar, mesmo que eles não sejam utilizáveis sob baixas temperaturas e, portanto, seus componentes precisam ser não magnéticos de maneira tal a não interferirem com a operação do gradiômetro e, em particular, com os seus circuitos supercondutores próximos. A Figura 34 mostra que quando a barra 750 se articula, o intervalo aplicável ao capacitor 780 diminui e o intervalo do capacitor 782 aumenta.

[143] Os capacitores 780 e 782 são formados pela face 750a da barra 750 (e a correspondente face na outra BArra 752) e segundas placas 784 que ficam espaçadas em relação à face 750a. O intervalo entre as placas dos respectivos capacitores 780 e 782 deve ser tipicamente determinado para cerca de 1 ppm.

[144] O capacitor 780 forma um circuito ressonante de alto fator-Q com indutor 786. O indutor 786 e capacitor 780 são proporcionados paralelos aos capacitores 788 e 790 e conectam-se por intermédio do capacitor 792 a um amplificador 794. A saída do amplificador 794 é proporcionada para um contador de freqüência 796 e também realimentação entre os capacitores 790 e 788 pela linha 798. Portanto, o capacitor 780 determina a freqüência de operação do amplificador 794 que pode ser lida com uma alta precisão.

[145] Se a barra 750 estiver fora de equilíbrio, o contador de freqüência 45 tenderá a derivar por causa do desequilíbrio da barra. Isto pode ser ajustado pelo movimento dos parafusos sem cabeça 301 para dentro e para fora das massas tal como descrito anteriormente até ocorrer o equilíbrio. O amplificador 794 pode ser então desconectado do contador de freqüência 796 de maneira que o gradiômetro pode ser disposto dentro do Dewar 1 com as outras partes dos circuitos ilustrados na Figura 35 no lugar.

[146] As Figuras 36 e 37 mostram a configuração física e o diagrama de circuito de uma das barras de medição (ou seja, a barra 752) e um diagrama de circuito, respectivamente, que ilustra a sintonização do espaçamento efetivo da bobina sensória de cada transdutor com relação à borda 752a da barra 752. Nas concretizações ilustradas, o trans-dutor 754b é provido de duas bobinas 802 e 804. As bobinas 802 e 804 são separadas por um espaço de cerca de 1 mm. O interruptor térmico 758 é proporcionado no laço formado pelas bobinas 802 e 804 e a bobina 812 do transdutor 754a na outra extremidade da barra 752. Com a finalidade de assegurar que as bobinas 812 e 802 fiquem espaçadas uma distância igual em relação às superfícies 752a da barra 752, a corrente que flui através do laço formado pelas bobinas 802, 804 e 812 é proporcionado entre as bobinas 802 e 804 para formar uma bobina virtual, por exemplo, na localização D ilustrada na Figura 37. Alterando-se a proporção da corrente que flui através das bobinas 802 e 804, a posição D muda entre as bobinas para formar uma bobina virtual efetiva nessa posição. Desta maneira, se as bobinas 802 e 812 não estiverem espaçadas igualmente em relação às suas superfícies respectivas 752a, a corrente induzida no laço pode ser alterada para, por sua vez, alterar a quantidade de corrente que flui através de cada uma das bobinas 802 e 804 para ajustar a posição D e, portanto, a localização virtual de uma única bobina formada a partir das bobinas 802 e 804 até o espaçamento coincidir com aquele da bobina 812.

[147] Se desejado, a bobina 812 poderá ser substituída por uma disposição de bobina dupla a mesma que forma o transdutor 754b ilustrado na Figura 37. Uma bobina grossa que forma um transformador pode ser proporcionada para intensificar a corrente que é fornecida ao dispositivo SQUID 764. Para facilidade de ilustração, a bobina adicional 511 e os outros componentes não estão ilustrados.

[148] Tal como exposto anteriormente, o SQUID 764 é sintonizado inicialmente pela indução de uma corrente dentro do laço formado pelas bobinas 802 e 812. Isto é alcançado pelo suprimento de uma corrente ao resistor térmico 758 que forma uma bomba de calor para elevar a parte do laço na posição do resistor 758 para aquecer essa parte do circuito acima da transição supercondutora de maneira que parte do circuito não mais superconduz. Desta forma, uma corrente pode ser fornecida para dentro do laço a partir, por exemplo, das entradas 517 e que não estão ilustradas na Figura 37, de maneira que corrente circula através do laço e do suprimento de corrente conectado aos terminais de entrada. O resistor de aquecimento 758 é então desativado de maneira que a parte do circuito torna-se novamente supercondutora e o suprimento de corrente é desligado do laço de maneira que a corrente induzida no laço continua a circular através do laço sob condições de supercondução.

[149] Para proporcionar a corrente através das bobinas 802 e 804, um outro interruptor térmico 758' é proporcionado que permite que uma corrente seja induzida no laço formado pelas bobinas 802 e 804 que pode deslocar-se na direção da seta E na Figura 37. A corrente induzida pelo interruptor térmico 758 circula na direção da seta F. Portanto, a quantidade de corrente que passa através da bobina 802 pode ser alterada em comparação com aquela que passa através da bobina 804, desviando assim a posição D da bobina virtual formada pelas bobinas 802 e 804. Desta maneira, o espaçamento das bobinas de maneira tal que o espaçamento da bobina 802 e da bobina 812 seja o mesmo é conseguido eletronicamente.

[150] Essa corrente é levada a passar proporcionalmente através das bobinas 802 e 804 para definir a posição virtual da bobina 802 na posição D se necessário, de maneira que as bobinas 812 e 501 são espaçadas efetivamente em relação às superfícies 752a segundo precisamente a mesma distância. Visto que a barra 752 se move sob a influência do gradiente de gravidade, as bobinas 812 e 802 mover-se-ão portanto em relação às superfícies 752a, alterando a corrente induzida que passa através dessas bobinas que, por sua vez, é detectada pelo dispositivo SQUID 764 para proporcionar uma medida do movimento e portanto do gradiente de gravidade experimentado pela barra 752.

[151] As bobinas 812 e 802 permitem que o movimento angular seja diferençável do movimento lateral. Qualquer movimento lateral da barra 752 para a direita ou para a esquerda na Figura 38 produzirá o mesmo efeito nas duas bobinas, enquanto um movimento angular sob a influência do gradiente de gravidade fará com que uma extremidade da barra 752 se movimente para perto da sua bobina correspondente e a outra extremidade se mova afastando-se da sua bobina.

[152] As Figuras 29 e 30 mostram diagramas de blocos que ilustram a operação de circuitos de estabilização de movimento com relação ao gradiômetro de gravidade 1. Se o gradiômetro de gravidade for um dispositivo supercondutor, o dispositivo tipicamente não gira em torno do eixo x. Neste caso a compensação de movimento é conduzida para rotação em torno dos eixos x, y e z. Conseqüentemente, o dispositivo supercondutor compreende 3 circuitos, cada um deles análogo àqueles ilustrados nas Figuras 29 e 30 e disposto de forma a neutralizar o movimento em torno de um dos eixos x, y e z.

[153] Adicionalmente, o gradiômetro de gravidade pode ser disposto para medir outros componentes do gradiente de gravidade, caso este em que o gradiômetro de gravidade não será disposto para operação na orientação descrita. Por exemplo, o gradiômetro de gravidade pode ser disposto para medir o Tyz e (Tzz-ryy) ou o Txz e (Tzz-ryy) do gradiente de gravidade.

[154] A referência que está sendo feita aos pedidos do PCT números PCT/AU2006/001269, PCT/AU2007/001179, PCT/AU2007/001276 não constitui uma admissão de que estes documentos formam uma parte do conhecimento comum geral na Austrália ou em qualquer outro país.

[155] Nas reivindicações que se seguem e na descrição precedente da invenção, exceto onde o contexto requeira de outro modo devido a linguagem expressa ou implicação necessária, a palavra "compreende" ou variações tais como “que compreende” ou “compreendendo” é usada em um sentido inclusivo, isto é, para especificar a presença de aspectos estabelecidos, mas não de impedir a presença ou adição de outros aspectos nas várias concretizações da invenção.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1- Gradiômetro de gravidade (1), compreendendo: um detector para detectar um gradiente de gravida- de, sendo que o detector compreende pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) e sendo disposto para girar em torno de um eixo, o detector sendo disposto de forma a gerar um sinal em resposta a uma mudança no gradiente de gravidade, em que as pelo menos duas massas sensoriais (41, 42) formam um Respondedor Quadruplo Ortogonal (OQR) e submetida a uma mudança no torque em resposta a uma mudança no gradiente de gravidade pelo que as pelo menos duas massas sensoriais (41, 42) se movem em relação uma à outra e em que o sinal é indicador do movimento relativo das pelo menos duas massas sensoriais; uma estrutura de suporte para suportar o detector em uma aeronave e compreendendo um componente que é disposto de forma a reduzir a transmissão de uma aceleração de aeronave ao detector; a estrutura de suporte compreendendo um primeiro componente de estrutura de suporte (10) e um segundo componente de estrutura de suporte (20), o primeiro componente de estrutura de suporte (10) sendo disposto de modo a suportar o segundo componente de estrutura de suporte (20) e um dos primeiro e segundo componentes de estrutura de suporte (10, 20) ser disposto de forma a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 101 e o outro dos primeiro e segundo componentes de estrutura de suporte (10, 20) ser disposto de forma a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 102; caracterizado por as pelo menos duas massas senso-riais (41, 42) serem dispostas para reduzir a influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator na faixa de 1 x 103 a 1 x 104.

2- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a estrutura de suporte compreender uma disposição de controle de realimentação que fica disposta de maneira a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 102.

3- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a estrutura de suporte compreender uma disposição de controle de realimenta-ção que fica disposta de maneira a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 103.

4- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizado por a estrutura de suporte compreender uma disposição de controle de alimentação progressiva que fica disposta de maneira a reduzir uma influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 5.

5- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por as pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) e a estrutura de suporte em conjunto com serem dispostos de forma a reduzir a influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 5 x 107.

6- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por as pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) e a estrutura de suporte em conjunto com serem dispostos de forma a reduzir a influência da aceleração da aeronave no sinal por um fator de pelo menos 108.

7- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por as pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) serem dispostas para rotação em torno de um eixo e em que as pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) ficam dispostas de forma que um centro de massa de cada uma das pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) ficam situadas dentro de 10 nm do eixo.

8- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por as pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) serem dispostas de forma tal que um centro de massa de cada uma das pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) ficam localizadas dentro de 5 nm do eixo.

9- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por compreender um sensor de aceleração para detectar uma aceleração e um atuador para gerar uma força como uma função de uma aceleração detectada e um parâmetro de ajuste que é dependente de uma capacidade de reação mecânica de um componente detector a uma força aplicada, sendo que o componente detector inclui o detector, sendo o atuador disposto de forma a aplicar uma força gerada de maneira tal que uma influência da aceleração da aeronave no sinal é reduzida.

10- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente um sensor de aceleração para sentir a aceleração e em que o atuador é disposto ainda para gerar uma força em resposta a uma aceleração sentida pelo sensor de aceleração adicional e em que o sensor de aceleração adicional e o atuador são dispostos em uma disposição de realimentação.

11- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por compreender adicionalmente um sensor de aceleração para sentir a aceleração e um atuador adicional para gerar uma força em resposta a uma aceleração sentida pelo sensor de aceleração adicional e em que o sensor de aceleração adicional e o atuador adicional são dispostos em uma disposição de realimentação.

12- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a aceleração da aeronave compreender um componente de aceleração linear.

13- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por cada uma das pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) serem equilibradas para reduzir uma influência do componente de aceleração de aeronave linear no sinal por um fator de pelo menos 106 quando o gradiômetro de gravidade (1) está no ar e exposto à aceleração da aeronave.

14- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com a reivindicação 13, caracterizado por cada uma das pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) serem equilibradas para reduzir uma influência do componente de aceleração de aeronave linear no sinal por um fator de pelo menos 107 quando o gradiômetro de gravidade está no ar e exposto à aceleração da aeronave.

15- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a aceleração da aeronave compreender componentes de aceleração linear e angular.

16- Gradiômetro de gravidade (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as pelo menos duas massas sensoriais móveis (41, 42) serem dispostas para reduzir uma influência do componente de aceleração de aeronave linear no sinal por um fator de pelo menos 104.