大地测量与地球动力学

仪器编号	测试时长/h	残余漂移/μGal·d^－1	线性度R²	残差标准差/μGal
Sino-G5 001	24	14.49	0.999	±3.3
Sino-G5 002	24	16.09	0.999	±3.3
Sino-G5 003	24	13.74	0.998	±2.6

仪器编号	测试时长/h	残余漂移/μGal·d^－1	线性度R²	残差标准差/μGal
Sino-G5 001	24	14.49	0.999	±3.3
Sino-G5 002	24	16.09	0.999	±3.3
Sino-G5 003	24	13.74	0.998	±2.6

仪器号	动态精度/μGal
001	±8.8
002	±7.2
003	±9.8

仪器号	动态精度/μGal
001	±8.8
002	±7.2
003	±9.8

仪器号	测线	测段1/mGal		测段2/mGal		测段3/mGal		测段4/mGal
001	1	10.257 2/10.239 9	0.017 3		19.196 1/19.205 2	－0.009 1		37.535 8/37.536 6	－0.000 8	86.998 2/87.005 6	－0.007 4
2	10.233 9/10.237 8	－0.003 9	19.205 8/19.207 4	－0.001 6	37.528 2/37.532 2	－0.004 0	87.016 7/87.007 2	0.009 5
3	10.255 0/10.232 9	0.022 1	19.214 3/19.205 9	0.008 4	37.542 0/37.553 2	－0.011 2	87.007 6/87.026 9	－0.019 3
002	1	10.262 5/10.237 5	0.025 0	19.210 5/19.226 4	－0.015 9	37.544 7/37.552 6	－0.007 8	87.999 7/87.001 1	0.001 4
2	10.227 6/10.237 1	－0.009 5	19.202 7/19.207 2	－0.004 5	37.536 7/37.534 9	0.001 8	87.001 4/86.989 2	0.012 2
3	10.255 4/10.247 8	0.007 6	19.217 1/19.213 0	0.004 1	37.537 9/37.539 9	－0.002 0	86.989 6/86.999 2	－0.009 6
003	1	10.260 4/10.237 1	0.023 3	19.211 6/19.205 6	0.006 0	37.535 9/37.542 5	－0.006 6	87.018 9/87.041 5	－0.022 6
2	10.249 7/10.237 7	0.012 0	19.202 3/19.196 1	0.006 2	37.528 1/37.545 1	－0.017 0	87.017 9/87.019 1	－0.001 2
3	10.249 7/10.237 1	0.012 6	19.204 4/19.189 6	0.014 7	37.537 9/37.546 2	－0.008 3	86.992 9/87.011 9	－0.019 0

仪器号	测线	测段1/mGal		测段2/mGal		测段3/mGal		测段4/mGal
001	1	10.257 2/10.239 9	0.017 3		19.196 1/19.205 2	－0.009 1		37.535 8/37.536 6	－0.000 8	86.998 2/87.005 6	－0.007 4
2	10.233 9/10.237 8	－0.003 9	19.205 8/19.207 4	－0.001 6	37.528 2/37.532 2	－0.004 0	87.016 7/87.007 2	0.009 5
3	10.255 0/10.232 9	0.022 1	19.214 3/19.205 9	0.008 4	37.542 0/37.553 2	－0.011 2	87.007 6/87.026 9	－0.019 3
002	1	10.262 5/10.237 5	0.025 0	19.210 5/19.226 4	－0.015 9	37.544 7/37.552 6	－0.007 8	87.999 7/87.001 1	0.001 4
2	10.227 6/10.237 1	－0.009 5	19.202 7/19.207 2	－0.004 5	37.536 7/37.534 9	0.001 8	87.001 4/86.989 2	0.012 2
3	10.255 4/10.247 8	0.007 6	19.217 1/19.213 0	0.004 1	37.537 9/37.539 9	－0.002 0	86.989 6/86.999 2	－0.009 6
003	1	10.260 4/10.237 1	0.023 3	19.211 6/19.205 6	0.006 0	37.535 9/37.542 5	－0.006 6	87.018 9/87.041 5	－0.022 6
2	10.249 7/10.237 7	0.012 0	19.202 3/19.196 1	0.006 2	37.528 1/37.545 1	－0.017 0	87.017 9/87.019 1	－0.001 2
3	10.249 7/10.237 1	0.012 6	19.204 4/19.189 6	0.014 7	37.537 9/37.546 2	－0.008 3	86.992 9/87.011 9	－0.019 0

Sino-G5相对重力仪的性能分析

林强 ¹^,²^,³^,⁴ , 王卓 ⁵ , 李欣 ¹^,²^,³^,⁴^,* , 李明跃 ⁵ , 崔浩 ⁵ , 李过 ⁵ , 刘帅 ⁵ , 杨江 ¹^,²^,³^,⁴

大地测量与地球动力学 | 地球动力学 2026,46(8): 1007-1012

收起

大地测量与地球动力学 |地球动力学 2026 , 46 (8) : 1007 -1012

Sino-G5相对重力仪的性能分析

全屏

林强¹^,²^,³^,⁴, 王卓⁵, 李欣¹^,²^,³^,⁴^,*, 李明跃⁵, 崔浩⁵, 李过⁵, 刘帅⁵, 杨江¹^,²^,³^,⁴

作者信息

1 湖北省地震局，武汉，430071

2 地震预警湖北省重点实验室，武汉，430071

3 武汉地震科学仪器研究院有限公司，武汉，430071

4 湖北省重大工程地震监测与预警处置工程技术研究中心，咸宁，437099

5 中地装(北京)地质仪器厂有限公司，北京，100015

通讯作者:

李欣，博士，副研究员，主要从事地震灾害监测技术与仪器研究，E-mail：lxcomcn@aliyun.com

作者简介:

林强，工程师，主要从事地震仪器和相对重力仪研究，E-mail：linqiang_2012@126.com

Performance Analysis of the Sino-G5 Relative Gravimeter

Qiang LIN¹^,²^,³^,⁴, Zhuo WANG⁵, Xin LI¹^,²^,³^,⁴^,*, Mingyue LI⁵, Hao CUI⁵, Guo LI⁵, Shuai LIU⁵, Jiang YANG¹^,²^,³^,⁴

Affiliations

1 Hubei Earthquake Agency, Wuhan 430071, China

2 Hubei Key Laboratory of Earthquake Early Warning, Wuhan 430071, China

3 Wuhan Institue of Seismologic Instrument Co Ltd, Wuhan 430071, China

4 Engineering Technology Reserch Center for Earthquake Monitoring and Early Warning Disposal of Major Projects in Hubei Province, Xianning 437099, China

5 CGEG (Beijing) Geological Instrument Factory Co Ltd, Beijing 100015, China

出版时间: 2026-08-15 doi: 10.14075/j.jgg.2025.03.309

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摘要

收起

在九宫山国家重力基线场对3台Sino-G5相对重力仪进行静态与动态性能测试，并对所获数据进行系统分析。测试结果表明，该系列仪器静态观测数据具有良好的线性特征，动态测量精度优于10 μGal，且多台仪器之间一致性表现良好，表明Sino-G5重力仪的性能完全满足区域地球物理场探测等高精度重力测量的应用需求。

关键词

九宫山国家重力基线场 / Sino-G5相对重力仪 / 静态测试 / 动态测试

Abstract

收起

Static and dynamic performance tests were conducted on three Sino-G5 relative gravimeters at the Jiugong Mountain national gravity baseline field, and the test data was analyzed. The results demonstrate that the instrument static data exhibits favorable linear characteristics, with dynamic measurement accuracy consistently better than 10 μGal, and the consistency among multiple instruments is also excellent. This indicates that the performance of the Sino-G5 gravimeter meets the requirements for high-precision gravity measurements in regional geophysical exploration.

Key words

Jiugong Mountain national gravity baseline field / Sino-G5 relative gravimeter / static testing / dynamic testing

引用本文

林强, 王卓, 李欣, 李明跃, 崔浩, 李过, 刘帅, 杨江. Sino-G5相对重力仪的性能分析. 大地测量与地球动力学, 2026 , 46 (8) : 1007 -1012 . DOI: 10.14075/j.jgg.2025.03.309

Qiang LIN, Zhuo WANG, Xin LI, Mingyue LI, Hao CUI, Guo LI, Shuai LIU, Jiang YANG. Performance Analysis of the Sino-G5 Relative Gravimeter[J]. Journal of Geodesy and Geodynamics, 2026 , 46 (8) : 1007 -1012 . DOI: 10.14075/j.jgg.2025.03.309

正文

收起

重力数据对于理解地球内部结构、监测地壳运动、资源勘探、国防安全等领域至关重要，高精度重力测量仪器是获取重力数据的主要手段^[1-2]。Sino-G5相对重力仪是一款采用熔融石英传感器技术的国产高精度相对重力仪，主要服务于能源资源勘探、地震监测、国防安全、大地测量等领域，并取得较好的测量结果^[3]。

Sino-G5相对重力仪具备自动读数、自动改正等功能，其传感器性能稳定，彩色触摸屏使用方便，在阳光下可清晰显示数据，按键简洁，整体操作方便，重力仪与现场测试图片如图 1所示。8 000 mGal的量程和－45~40 ℃的工作温度使其可以满足全球地面范围内绝大多数环境的测量要求^[4]，重力仪尺寸为270 mm×230 mm× 317 mm，重量为8 kg，满电可持续工作14 h(环境温度为25 ℃)，各项参数指标符合DB/T 23—2007《地震观测仪器进网技术要求重力仪》^[5]。通过在九宫山国家重力基线场对Sino-G5相对重力仪进行静态与动态性能测试，分析其实验数据，为高精度相对重力仪的性能提供科学支撑，同时为Sino-G5相对重力仪的野外测量、数据处理和应用研究提供参考。

1 实验及数据处理方式

收起

为测试3台Sino-G5相对重力仪的静态、动态性能及零漂情况，于2024-08在环境噪声较小的九宫山国家重力基线场进行实验。3台仪器的读数时间间隔均为1 min，并进行固体潮、倾斜、温度改正。当重力仪放置于一稳定点时，每分钟输出1个读数，零点漂移表现为读数随时间推移产生的累积性偏差，即测量值与基准值的偏离程度会随着时间的延长而累积增大，简称零漂。计算公式为^[1]：

(1)

$k=\frac{g-g^{\prime}}{t-t^{\prime}}$

式中，g、t为测试点最新测得的重力数据及其测量时间；g′、t′为测试点初始时刻测得的重力数据及其测量时间。零漂反映了仪器传感器、环境扰动等因素引起的非重力信号偏移，可为后续数据校正提供基准，消除系统性偏差；零漂的线性度、幅度是衡量重力仪稳定性的关键指标^[6]。

将3台经零漂改正预处理的Sino-G5相对重力仪在九宫山国家重力基线场进行格值标定，共有5个实验点位，测量按1→5、5→1的方式完成3个测回。经过多测回的往返观测，取两点间重力差值的平均值，计算每台仪器的格值系数，计算公式为：

(2)

$C=\frac{\Delta G}{\Delta g}$

式中，ΔG为1、2两点间的已知标准段差；Δg表示相对重力仪的观测段差平均值。格值是仪器读数与真实重力值的转换系数，格值标定是通过已知重力差的标准点验证仪器对应的重力变化量，确保不同仪器、不同时间段的观测数据具有可比性。

在静态测试过程中，需将重力仪置于恒温、无振动的环境中进行连续观测，持续时长不少于24 h。基于观测数据绘制静态曲线，并通过去漂移修正后的曲线评估仪器稳定性。静态测试通过长时间连续观测，检测重力仪零点漂移是否呈线性变化，确保仪器在静止状态下输出的稳定性，避免非线性漂移干扰重力值的真实反映^[7-12]。

在动态测试前，整机保持恒温至少48 h，并于出发前检查仪器传感器是否水平调平。首次测量前，读取实时数据，校准时钟和地理坐标。动态实验与动态精度计算方式为：

1) 计算每个点的平均重力读数。设每个点测得的3个重力读数分别为g_i1、g_i2、g_i3(互差不大于5 μGal)，则每个点i的平均重力读数为：

(3)

$g_i=\frac{g_{i 1}+g_{i 2}+g_{i 3}}{3}$

2) 每相邻两点间的段差测量值由实测两点的平均值之差得到。测试点为1、2、3、4、5，往返测量方式为1→2→3→4→5→4→3→2→1，则每相邻两点间的实测段差值为：

(4)

$\Delta g_{i j}=g_j-g_i$

式中，i和j为相邻的测试点。

3) 对于2号点与1号点的段差，往返测量3轮，共有6个实测段差值。设理论段差值为Δg₁₂^th，则每个实测段差值与理论值之差为：

(5)

$\delta_k=\Delta g_{12}^k-\Delta g_{12}^{\mathrm{th}}$

式中，k=1, 2, ⋯, 6。对每个差值进行平方后相加得到平方和：

(6)

$S_1=\sum\limits_{k=1}^6 \delta_k^2$

重复上述操作，对于其他测试点的段差，可得到另外3个平方和S₂、S₃、S₄。

4) 将4个平方和相加后除以(n-1)，再计算平方根，得到重力仪的实际测量精度δ：

(7)

$\delta=\sqrt{\frac{S_1+S_2+S_3+S_4}{n-1}}$

式中，S₁、S₂、S₃、S₄分别对应不同测试点段差的平方和；n为所有实测段差值的总数，此处为24。

通过动态测试可以测得重力仪的动态精度，这是重力仪的关键指标，直接决定了测量数据的准确性，反映了仪器在动态环境中对重力变化的敏感度和测量误差的大小。高动态精度的重力仪能够提供更精确的数据，支持更深入的科学研究和更可靠的技术应用^[13-15]。

2 性能测试

收起

对相对重力仪而言，零点漂移的线性度、动态观测精度及多台仪器间的一致性(段差互差)是评价其性能的关键技术指标。为全面评估Sino-G5相对重力仪的性能，在九宫山国家重力基线场对3台仪器进行系统的静态与动态测试。

2.1 静态测试

对重力仪进行静态实验可以了解其静态零点漂移是否呈线性变化，还能了解仪器在数据采集过程中的抗干扰能力。将3台Sino-G5相对重力仪置于九宫山国家基线场的静态测试点，通电调平稳定后，设置改正参数，并进行连续观测。将重力仪1 d的静态数据导出后绘制成读数曲线，曲线的波动情况可以显示出固体潮的变化，图 2为静态测试实测曲线与固体潮曲线的对比。可以看出，重力仪在长时间运行中具有较高的精度和良好的稳定性，能够保持测量数据的连续性和一致性。将数据经固体潮改正后绘制曲线(图 3)，可以看出，重力数据读数呈线性变化，表明仪器存在零点漂移现象。对数据进行去漂移操作后得到图 4，可以看出，曲线基本呈线性，说明重力仪具有较好的静态读数能力。图 5表明3台仪器的残差在±10 μGal以内，静态测量结果的离散性较小，表现出良好的重复性和稳定性。

为评估本次流动观测所用重力仪的长期稳定性，在实验前后对3台仪器分别进行为期1 d的连续静态观测。通过分析静态数据获取各仪器的关键性能参数，包括线性度和残余漂移(经固体潮和线性改正)。具体而言，首先采用线性模型对静态观测序列进行拟合，以确定系数(R²)和拟合残差的标准差作为衡量零漂线性度的指标。测试结果如表 1所示，所有仪器的零漂均表现出良好的线性特性(R²>0.99)。从图 3中拟合线方程可以看出，斜率(日均漂移率)较大但零点漂移的线性度较好，根据该特点使用拟合结果对静态观测序列进行验证，得到日均残余漂移在17 μGal/d以内，说明在后续的流动观测数据处理中采用线性模型对仪器零漂进行校正是合理且有效的，其引入的不确定性低于观测精度要求。对上述数据及绘制的曲线进行分析可知，Sino-G5相对重力仪静态零漂曲线具有良好的线性特征，符合仪器设计规范要求。

2.2 动态测试

2024-08在九宫山国家重力基线场对3台已完成静态试验的Sino-G5重力仪进行动态测试。选取基线场5个点作为实验点，采用往返测量方式，相邻点测试间隔＜20 min，仪器进行倾斜与温度改正，完成3次往返测试，单日累计时长≥9 h。实验结束后利用式(7)计算仪器动态精度。在经过线性漂移修正后，计算3台仪器的动态精度。由表 2可以看出，Sino-G5重力仪在动态作业情况下能保持±10 μGal的测量精度。

对每个闭合观测的数据进行零漂等改正后，提取各测段的往测与返测重力段差，结果见表 3。统计各闭合观测及各测段重力段差的自差，结果见图 6。可以看出，3台重力仪3个闭合测回的各测段自差最大为0.025 0 mGal，最小为0.000 8 mGal。

图 7为各仪器各测段观测段差均值与标准段差的对比结果，其中3台仪器3个闭合测回的各测段观测段差均值与标准段差之差最大为0.012 3 mGal，最小为0.000 1 mGal。

3 结语

收起

静态与动态测试结果表明，国产Sino-G5相对重力仪在静态与动态环境下均表现出良好的性能，各项指标符合地震重力测量规范的相关技术要求(测量精度应优于15 μGal，仪器段差自差应优于25 μGal，多台仪器一致性即仪器段差互差应优于30 μGal)，能够有效满足野外实际作业需求。该仪器采用熔融石英弹簧传感器，具备运输后快速稳定、读数迅速的优点，尤其适用于移动式相对重力测量任务。此外，Sino-G5还具有抗干扰能力强、操作界面友好、使用便捷等特点，可在地球物理勘探与大地测量等领域的数据采集中发挥重要作用。

基金

收起

西藏自治区科技计划项目(XZ202601ZY0169)
中国地震局地震科技星火计划(XH24028C)
江苏省前沿技术研发计划(社会发展领域)(BF2025605)
中国地震局地震研究所和应急管理部国家自然灾害防治研究院基本科研业务费专项(IS202226320)

参考文献

收起

文献

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2026年第46卷第8期

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doi: 10.14075/j.jgg.2025.03.309

接收时间：2025-09-08
首发时间：2026-10-30
出版时间：2026-08-15

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收稿日期：2025-09-08

基金

西藏自治区科技计划项目(XZ202601ZY0169)

中国地震局地震科技星火计划(XH24028C)

江苏省前沿技术研发计划(社会发展领域)(BF2025605)

中国地震局地震研究所和应急管理部国家自然灾害防治研究院基本科研业务费专项(IS202226320)

作者信息

1 湖北省地震局，武汉，430071

2 地震预警湖北省重点实验室，武汉，430071

3 武汉地震科学仪器研究院有限公司，武汉，430071

4 湖北省重大工程地震监测与预警处置工程技术研究中心，咸宁，437099

5 中地装(北京)地质仪器厂有限公司，北京，100015

通讯作者:

李欣，博士，副研究员，主要从事地震灾害监测技术与仪器研究，E-mail：lxcomcn@aliyun.com

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https://castjournals.cast.org.cn/joweb/ddcl/CN/10.14075/j.jgg.2025.03.309

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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TxT

仪器编号	测试时长/h	残余漂移/μGal·d^－1	线性度R²	残差标准差/μGal
Sino-G5 001	24	14.49	0.999	±3.3
Sino-G5 002	24	16.09	0.999	±3.3
Sino-G5 003	24	13.74	0.998	±2.6

仪器编号

测试时长/h

残余漂移/μGal·d^－1

线性度R²

残差标准差/μGal

Sino-G5 001

14.49

0.999

±3.3

Sino-G5 002

16.09

0.999

±3.3

Sino-G5 003

13.74

0.998

±2.6

仪器号	动态精度/μGal
001	±8.8
002	±7.2
003	±9.8

仪器号

动态精度/μGal

001

±8.8

002

±7.2

003

±9.8

仪器号	测线	测段1/mGal		测段2/mGal		测段3/mGal		测段4/mGal
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仪器号

测线

测段1/mGal

测段2/mGal

测段3/mGal

测段4/mGal

往测/返测段差值

段差自差

往测/返测段差值

段差自差

往测/返测段差值

段差自差

往测/返测段差值

段差自差

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