[发明专利]弹射式绝对重力仪落体棱镜上抛控制装置及重力测试方法

说明书

技术领域

本发明涉及测试装置，尤其涉及弹射式绝对重力仪落体棱镜上抛控制装置及重力测试方法。

背景技术

高精度绝对重力观测资料是地震监测预报、地球科学研究、资源勘探等领域的基础，也是国家精密计量、飞行器导航和导弹制导等不可或缺的战略数据。因此，绝对重力仪的研究倍受国内外研究人员的重视。

目前，国际上成熟的绝对重力仪一般是由激光干涉系统、真空自由落体控制系统、超长弹簧隔振系统、高速信号采集系统和数据处理及仪器控制系统这五个部分组成。其原理为利用激光干涉技术精确测量出落体棱镜在真空腔中自由下落过程中位移和时间对(d_i,t_i)，再代入公式d_i＝d₀+v₀t_i+1/2gt_i²，通过数学拟合的方法得到重力加速度g。

现有绝对重力仪的真空自由落体控制系统一般由电机、导轨、托架等组成。真空腔中落体棱镜放置在一个支撑托盘上，支撑托盘固定在竖直方向安装的直线导轨的滑块上，其通过机械传动系统与真空腔外的马达连接，可实现上下运动。为了实现下落物体的自由落体运动，首先通过控制马达，将支撑托盘和放置在其上面的落体棱镜运送到真空腔顶部；然后反向快速转动马达，使支撑托盘开始加速向下运动，其加速度略大于重力加速度，此时下落物体与支撑托盘分离，从而实现下落物体的自由落体运动。目前的绝对重力仪中落体棱镜只有一个自由下落测试阶段，需要较大的真空腔高度，同时存在测量结果对真空腔中残余分子密度敏感等弊端。落体控制系统的动力源马达一般处于真空腔外，需要磁流体密封传动才能带动真空腔内部的托架一起运动，这无疑增加了真空腔维持的难度和成本，同时电机高速运转和反转也会产生较强的振动，由于高精度重力测量对于振动非常敏感，仪器本身的振动会对测量结果精度带来较大的影响。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供了一种弹射式绝对重力仪落体棱镜上抛控制装置及重力测试方法。

一种弹射式绝对重力仪落体棱镜上抛控制装置，它包括圆柱形的真空腔体、落体棱镜、离子泵，所述的真空腔体的底部设有弹射装置，真空腔体的底部中央设有透视窗镜，所述的弹射装置将落体棱镜上抛，使落体棱镜具有一段自由上升和自由下落的测试过程，所述的离子泵使真空腔体维持小于等于10^‐4Pa的真空度。

所述的落体棱镜包括落体外壳，落体外壳内设有角锥棱镜，落体外壳的底部中央设有玻璃球，底部进一步设有定位钢性球，与弹射装置相匹配。

所述的弹射装置包括弹簧、下线圈、支架、托架、上线圈、锥形孔，LED、探测器，支架为一中空的圆环形支架，内外分别对称地排列着多根相同的弹簧，托架为半径与支架相同的圆环形支撑体，弹簧将托架与真空腔体底部相接，托架内部为上线圈，LED和探测器分别安装在托架圆环内部的相对位子，托架上部有相互对称的多个相同锥形孔，与落体棱镜上的定位刚性球相匹配，完成落体棱镜的定位。

一种弹射式绝对重力仪的重力测试方法，在圆柱形的真空腔体内，利用弹射装置将落体棱镜上抛，使落体棱镜具有一段自由上升和自由下落的测试过程，测试激光束进入真空腔体后被处于自由上升或自由下落过程的落体棱镜反射，发射出来的测试激光束与参考激光束进行干涉产生干涉条纹，通过检测条纹的过零位置，得出落体相应的位移时间对(d_i,t_i)，然后利用公式d_i＝d₀+v₀t_i+1/2gt_i²拟合得到重力加速度g。

本发明的有益效果：

1、相对于普通的自由下落式绝对重力仪，本发明落体棱镜在真空腔中有一段自由上升和一段自由下落测试阶段，相当于原来2倍的测试距离，这能有效减小真空腔的高度，使仪器小型化；在解算过程中，将落体棱镜自由上升和下落过程中残余分子向下和向上的阻力相加抵消，使得整个测量对真空腔中残余分子阻力不敏感，提高测量精度。

2、整个系统没有采用马达，不需采用过真空传动装置，降低仪器设计的难度和成本，同时由于没有马达，不会在测试阶段产生强烈的振动，有利于获得高精度的测量结果，其理论精度可达1uGal（1uGal＝1×10^-8m/s²）。

附图说明

图1为本发明弹射式绝对重力仪落体棱镜上抛控制装置的结构示意图；