Gravimeter Stabil Dan Tak Stabil

PENGENALAN

Pengukuran graviti telah bermula sejak daripada zaman Newton lagi. Perkembangan ini sejajar dengan perkembangan teknologi disamping memelihara keperluan saintifik untuk bidang geodesi dan geofizik. Pengukuran graviti merupakan pengukuran yang amat meluas digunakan meliputi daratan dan lautan melalui cerapan terrestrial atau dengan menggunakan teknologi satelit. Teori graviti dan keupayaannya melibatkan konsep daya tarikan bumi yang berputar di atas paksinya sendiri. Untuk mengukur daya graviti, pengumpulan data graviti diperlukan kerana pengumpulan data ini memerlukan daya terikan yang banyak terutama di permukaan atau hampir dengan permukaan bumi. Dengan ini maka terciptalah alat untuk mengukur graviti yang dipanggil Gravimeter. Setiap gravimeter menggunakan prinsip yang berlainan dimana terdapat alat yang menggunakan barometer dan ada juga alat yang menggunakan kaedah elektrik. Kebanyakkan alat gravimeter menggunakan konsep anjakan satu jisim kecil yang digantung dengan penggantung yang menganjal sebagai fungsi graviti. Terdapat dua jenis gravimeter iaitu Gravimeter Jenis Stabil dan Gravimeter Jenis Tak Stabil.

1

GRAVIMETER JENIS STABIL

Gravimeter jenis ini menggunakan kaedah spring untuk mengimbangkan graviti dengan daya yang berlawanan. Anjakan boleh diukur dengan pertambahan atau berkurangnya graviti yang akan memanjangkan atau memendikkan spring utama. Ianya boleh dikembalikan pada nilai rujukan yang tetap dengan merubah ketegangan spring pelaras. Nilai pelarasan ketegangan ini adalah fungsi secara langsung perubahan graviti dari nilai rujukan.

PRINSIP GRAVIMETER JENIS STABIL

2

CONTOH GRAVIMETER JENIS STABIL

A-10 Gravimeter

A-10 Gravimeter merupakan alat yang menyatukan sensor ukuran perbagai perubahan graviti di kawasan yang jauh dan dekat. Disebabkan terdapat pelbagai bahan mineral di bawah tanah, maka kuasa tarikan graviti di suatu titik dengan suatu titik yang lain sentiasa berubah. Unit penderiaan graviti adalah dalam bentuk bulat dan ia bergantung kepada satu magnetik yang stabil. A-10 Gravimeter diisikan dengan satu cecair yang bernama liquid helium filled dewar dan suhu nay adalah 4.2K mengawasi kepada beberapa μK. Tindak balas daripada negative untuk menjadikan alatnya sama dengan 0. dan tindak balas dari voltan untuk berfungsi sebagai sama dengan perubahan ukur graviti.

Gambarajah A-10 Gravimeter

3

SPESIFIKASI ALAT ✔ 12-14 V DC ✔ Full load 25A 300W ✔ Average load 16A 200W ✔ Weight 105kg ✔ 18ºC – 38ºC (0ºF – 100ºF), internal temperature ✔ Accuracy: 10μGal (Absolute) ✔ Precision: 10μGal in 10 minutes (at a quiet site)

KALIBERASI ALAT ✔ Alat A-10 yang baru perlu dikaliberasikan sekurang-kurangnya sebanyak dua kali untuk memastikan alat berada dalam keadaan yang memuaskan dimana kadar perbezaan yang dibenarkan adalah sebanyak 100mGal sahaja ✔ Ianya penting dalam kerja ukur graviti dimana kejituan yang tinggi diperlukan sewaktu kerja pengukuran dijalankan.

APLIKASI ALAT ✔ Digunakan dalam kerja-kerja mencarigali bahan mineral seperti petroleum dan gas asli ✔ Digunakan dalam kajian graviti bumi ✔ Digunakan dalam penghasilan peta geologi dan kerja-kerja dalam bidang kejuruteraan

4

SCINTREX CG–3/3M Alat ini merupakan sejenis alat gravimeter microprocessor based automatic dimana alat ini boleh mengukur sehingga 7000mGal tanpa perlu resetting dan berkemampuan untuk membaca sehingga 0.005mGal (CG–3) or 0.001 mGal (CG–3M.Alat ini boleh digunakan di mana-mana permukaan tanah sehingga ke kawasan yang amat luas untuk menjalankan kerja pengukuran gravity.

Gambarajah SCINTREX CG–3/3M

5

SPESIFIKASI ALAT ✔ Reading Resolutian 0.005 mGal ✔ Minimum operating range 700mGal ✔ Residual long term drift less than 0.02 mGal/day ✔ 11kg including battery

✔ 240mm x 310mm x 320mm ✔ 5 Wat +25℃

✔ 48K RAM KALIBERASI ALAT ✔ The main calibration constant, GCALI, is determined on the Orangeville

Calibration Line, 70 km north of Toronto. ✔ This line, which includes two absolute stations, was established and is maintained by the Geological Survey of Canada. The section used for the CG-3 calibration and testing consists of 5 stations spread over a distance of 70 km covering a gravity interval of 106 mGal (recently modified to 119 mGal). ✔ Instruments are transported by car,strapped onto the back seat with no special transport case or fixtures.

APLIKASI ALAT ✔ Detection of vertical crustal motion ✔ Complementary verification of displacements measured with GPS and VLBI ✔ Determination of the geoid ✔ Volcanic magma flow monitoring (i.e. Mammoth Lakes) ✔ Postglacial rebound studies ✔ Water table monitoring in deep and/or multiple aquifers ✔ Nuclear waste management and cleanup ✔ Global sea level studies for global warming

6

GRAVIMETER JENIS TAK STABIL

Dalam jenis ini, anjakan yang disebabkan oleh graviti akan diperbesarkan oleh daya ketiga ( sila lihat pada gambarajah ). Terdapat neraca antara spring utama dan graviti yang bertindak. Pemberat tambahan diletakkan betul-betul di atas pivot dan tidak akan memberi kesan daya momen kepada alur ufuk jika keadaan seimbang. Sekiranya ada pertambahan nilai g dengan ∆g akan menyebabkan alur senget sedikit dan pemberat tambahan akan menambah momen pusingan yang berpunca dari graviti yang akan menyebabkan spring terpanjang. Prinsip ini akan memudahkan pengukuran anjakan yang kecil.

PRINSIP GRAVIMETER JENIS TAK STABIL

7

CONTOH GRAVIMETER JENIS TAK STABIL

FG5 LA-COSTE ROMBERG

FG-5 menggunakan kaedah jatuhan bebas, iaitu sesuatu objek dijatuhkan ke dalam bekalan vakum. Objek yang jatuh itu akan diawasi dengan menggunakan laser interferometer yang berkejituan tinggi. Arah jatuhan bagi bahan yang digunakan dalam kaedah jatuhan bebas adalah merujuk sepenuhnya kepada spring aktif yang kukuh yang dipanggil ‘superspring’. Superspring membekal pengecualian gempa bumi, iaitu sebagai rujukan optik untuk meningkatkan penunjukan noise pada alat FG5.Peminggiran optikal berlaku dalam interferometer supaya dapat jarak pengukuran yang lebih jitu. Dalam system ukur ini boleh dijadikan sebagai standart absolute wavelength. Sekiranya didapati masa yang dibekalkan terlalu panjang, maka alat FG-5 perlu dibuat kalibrasi graviti.

GAMBARAJAH FG5 LA-COSTE ROMBERG

8

SPESIFIKASI ALAT ✔

Absolute Accuracy: +/- 2 Gal1

✔

Measurement Precision: +/- 1 Gal

✔

Integration Time to 1 Gal: 1 hour

✔

Operation: Indoor and Outdoor (Protected Environments)

KALIBERASI ALAT ✔

Setiap julat yang berbeza pada alat LaCoste Romberg mempunyai pemalar kalibrasi tersendiri.

✔ Dalam hal ini penyemakan boleh dilakukan dengan mengambil bacaan meter pada beberapa inkliriasi meja sengget. ✔ Prosedur ini biasanya diserahkan kepada pembuat alat.

APLIKASI ALAT ✔ Alat ini sesuai digunakan bagi pengukuran di atas permukaan bumi. ✔ Boleh

diubahsuai

untuk

pengukuran

graviti

di

dasar

lautan

dengan

menempatkannya di dalam ruang tertekan ✔ Dilengkapi dengan alat kawalan jauh dan alat pencatit

9

WORDEN GRAVITYMETER

Alat Worden Gravitimeter adalah digunakan untuk pengukuran perbezaan gravity bumi, dan ia boleh mengesan 1:100 000 000 daripada gravity normal bumi. Rekaan bagi alat tersebut, pengukuran perbezaan gravity iaitu 0.01 miligal atau 1 inci dalam perubahan ketinggian dapat dilakukan. Alat Worden Gravitimeter yang istimewa ini masih lagi dipakai pada masa kini, dan ianya mudah dibawa serta pengukurannya adalah berkejituan yang tinggi. Alat Worden Gravitimeter ini hanyalah satu-satunya alat yang telah mencecah 1500 unit dalam pengeluarannya. Alat Worden Gravitimeter ini adalah berdasarkan kepada pembinaan sistem kenyalan dari quartz. Ianya direka dengan dipasangkan dengan 3 spring untuk mendapatkan zero-length

GAMBARAJAH WORDEN GRAVITYMETER

10

SPESIFIKASI ALAT ✔ Absolute Accuracy: +/- 10 Gal2 ✔ Measurement Precision: +/- 5 Gal

✔ Integration Time to 1o uGal: 5 minutes ✔ Operation: Indoor and Outdoor (Exposed Environments) ✔ Acquisition: 30 minutes minimum including setup, occupation, and tear down

time KALIBERASI ALAT ✔ Dalam membuat kalibrasi, gravimeter jenis Worden, bacaan diambil untuk

beberapa set julat skru penyelarasan supaya pemalar kalibrasi dapat disemak untuk keseluruhan julat pengukuran meter tersebut. ✔ Bagi sesetengah peralatan ini yang khas, spring kedua juga dikalibrasikan sehingga julat keseluruhan bacaan serupa dengan julat bacaan gravimeter

APLIKASI ALAT ✔ Sesuai digunakan untuk pengukuran di atas permukaan bumi. ✔ Berkebolehan untuk diubahsuai bagi mengukur graviti di dasar lautan ✔ Dilengkapi dengan alat kawalan jauh dan alat pencatit

11

KESIMPULAN Dengan menggunakan alat pengukuran gravimeter, data-data mengenai graviti dapat diukur serta dihitung di permukaan bumi dengan pantas tanpa menggunakan prinsip pendulum.Ia juga dapat memberi kejituan sehingga 0.001 mgal tetapi nilai kejituan itu hanya boleh diperolehi di bawah keadaan cuaca yang optimal apabila melakukan prosedur pengukuran di padang. Gravimeter mutlak yang berkejituan tinggi dapat menyiasat pergerakan jisim skala besar di dalam bumi. Dengan gravimeter, perbezaan graviti di antara stesen adalah lebih mudah dan menjadi kaedah piawai dalam pengukuran graviti.

12

RUJUKAN ✔ Monograf Geodesi II ✔ www.lacoste-romberg.com

✔ Worden Gravity Meter.htm ✔ Gravity Items Main.htm ✔ Gravimeter Wikipedia.htm

13