Nyt miniinstrument kan gøre tyngdemålinger til allemandseje

Selve MEMS-gravimeteret (liggende vandret nederst) belyses med en lysdiode (LED), og bevægelsen af testmassen detekteres med en fotodiode placeret nedenunder. Illustration: Giles Hammond

Målinger af små variationer i tyngdefeltet er nyttig til mange formål fra olieefterforskning til detektion af underjordiske tunneler.

Til mange anvendelser har man dog været begrænset af, at gravimetre er både dyre og klodsede. En forskergruppe ved University of Glasgow har nu i Nature præsenteret et lille mikroelektromekanisk system (MEMS), som de mener, kan videreudvikles til at blive fløjet af små droner eller anvendes i netværk til automatisk overvågning af potentielt farlige områder som vulkaner eller ustabile skrænter.

Et gravimeter er i princippet et accelerometer, som efterhånden er indbygget i mange smartphones. Kravene til følsomhed og stabilitet af et gravimeter er dog meget højere end til et simpelt accelerometer, da ændringer i tyngdeaccelerationen er små og sker over lang tid.

Det er årsagen til, at de bedste absolutte gravimetre, der måler den tid, en masse falder i et frit fald, i dag vejer over 100 kg og koster i omegnen af 1 million kroner. De har en følsomhed på under 2 μGal pr. kvadratrod-hertz, dvs. kan måle en acceleration på 2 μGal over en integrationstid på 1 sekund, hvor 1 Gal = 1 cm/s².

Mindre relative gravimetre med en vægt under 10 kg kan måle tyngdekraften ved hjælp af en masse ophængt i en fjeder, men de bedste er i samme prisklasse som de tungere absolutte gravimetre.

Største forbedring i 50 år

Selv om der er sket gradvise forbedringer, er de gravimetre, der anvendes i dag, stort set identiske med dem, som fandtes for 50 år siden.

Et scanning-elektronmikroskop (SEM)-foto af ophænget i det nye gravimeter. Ophængstrådene er lavet af silicium og har en tykkelse på 5 mikrometer. Illustration: Richard Middlemiss

Det nye MEMS-gravimeter fra University of Glasgow er som udgangspunkt baseret på samme teknologi som accelerometre i smartphones, men i stedet for en relativ stiv fjeder benytter det en tynd fjeder af silicium med en diameter på 5 mikrometer til ophæng.

Forskerne har påvist, at instrumentet over fem dage er i stand til at måle de ændringer i Jordens tyngdefelt, som skyldes Månens og Solens påvirkning med udsving i tyngdeacceleationen på omkring 130 mikrogal.

Prototype til feltforsøg er på vej

Forskerne bemærker i deres videnskabelige artikel, at følsomheden på 40 μGalHz−1/2 er tilstrækkelig til at kunne finde et terningformet oliereservoir med en dimension på 50 meter i en dybde af 150 meter, og en forandring i tyngdeacceleration på 45 μGal optrådte som en forvarsel før en vulkanudbrud på de Kanariske Øer i 2011.

I en kommentar i Nature bemærker Hazel Rymer fra The Open University i England, at instrumentet stadig kræver laboratoriebetingelser for at virke optimalt, men når en kommerciel udgave bliver tilgængelig, vil det kun være brugernes forestillingsevne, der begrænser dets anvendelser.

De skotske forskere oplyser, at der i færd med at lave en prototype til tests i marken på størrelse med en tennisbold, som kun kræver en strømforsyning, der kan levere 1 watt.

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Og kan man måle i tre dimensioner? (altså både retning og størrelse) Det er spændende, som målemetoderne forbedres, og måske kan vi også en dag få bedre tal for konstanten for massetiltrækning.

  • 2
  • 2
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten