[发明专利]一种时间关联计算重力仪及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种时间关联计算重力仪及测量方法，属于重力测量领域。

背景技术

重力测量最早可追溯到16世纪伽利略的比萨斜塔自由落体实验,随着量子力学和时频技术的发展，绝对重力测量(g，常用值9.81m/s²)的准确度也在不断提高，并广泛应用于计量、测绘、地质、地震和资源勘探等多个领域。

意大利国家计量院研制了IMGC-2型绝对重力仪，是采用上抛-下落原理的高精度绝对重力仪。美国JILA实验室Faller的研究小组曾研制六台JILA-g型绝对重力仪，提供给多个国家的计量和测绘部门使用，后来Niebauer等在JILA-g的基础上进行改进，实现了高精度绝对重力仪的商品化，即目前Micro-g公司生产的FG-5型绝对重力仪。1999年朱棣文等发表在基于原子干涉仪的高精度绝对重力测量结果，在精密物理测量领域引起广泛关注。2012年清华大学也自主研制了T-1型可搬运式高精度绝对重力仪，可实现微伽量级不确定度的精密重力测量。

目前可实现的高精度重力仪方案多种多样，但是在抗干扰性和工程实现上都存在各种各样的问题。例如基于经典光学的重力仪，要求所使用的光源带宽越宽越好，但是光源的线宽会引起色散问题，且受环境影响严重，不能暴露在大气环境中测量；原子干涉重力仪精度较高，但是在工程化方面，成熟度低，体积庞大且不能实现连续测量，因此需要寻求一种新型重力仪方案从根本上解决这一系列问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种能有效减小空气扰动的时间关联计算重力仪及测量方法,通过调整延时器(12)延时，符合测量逻辑单元对两路信号做时间符合测量逻辑计算，得到延时差值，结合原子钟(13)记录的初末位置处时刻，计算得到重力加速度g,能有效减小空气扰动因素引起的测量误差，具有结构设计简单，可实现性较强等优点。

本发明的技术解决方案是：一种时间关联计算重力仪，包括：光源(1)、数字微镜阵列DMD(2)、透镜(3)、控制器(4)、第一分束器(5)、应力传感器(6)、待下落棱镜(7)、参考棱镜(8)、第二分束器(9)、CCD(或点探测器)(10)、符合测量逻辑模块(11)、延时器(12)、原子钟(13)；符合测量逻辑模块(11)包括符合测量逻辑单元和计算单元；

数字微镜阵列DMD(2)包括多个微镜阵列，光源(1)水平照射在数字微镜阵列DMD(2)的多个微镜阵列上，控制器(4)产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发送到延时器(12)，调整延时器(12)延时，经延时器(12)延时后将光场调制矩阵信号存至符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字微镜阵列DMD(2)上，控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源(1)照射的光束形成调制光场，将该调制光场入射至透镜(3)，数字微镜阵列DMD(2)放置于透镜(3)的焦平面上，经透镜(3)的调制光场变成平行光束，照射到第一分束器(5)上；

第一分束器(5)将入射的平行光束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将第一分束器(5)分光得到的透射光束舍弃，将第一分束器(5)分光得到的反射光束沿竖直向上方向入射至应力传感器(6)，应力传感器(6)上设置有透光通孔，将第一分束器(5)分光得到的沿竖直向上方向传输的反射光束透过，入射到待下落棱镜(7)上，应力传感器(6)放置于待下落棱镜(7)的正下方，经过应力传感器(6)竖直向上传播的光束在待下落棱镜(7)中发生回射，沿竖直向下方向传播，再次入射至应力传感器(6)，应力传感器(6)将在待下落棱镜(7)中发生回射的光束经过应力传感器(6)入射到参考棱镜(8)上，参考棱镜(8)放置于第一分束器(5)的下方偏右，参考棱镜(8)和下落棱镜一样用于回射光束，将入射到参考棱镜(8)上的光束平行回射，参考棱镜(8)回射后的回射光束照射到第二分束器(9)上，第二分束器(9)将入射的回射光束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将第二分束器(9)分光得到的透射光束舍弃，将第二分束器(9)分光得到的反射光束反射到CCD(10)上，形成第一信号送至符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元，符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元记录该第一信号；

符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元，将储存的光场调制矩阵信号和记录的第一信号，进行时间符合测量逻辑计算，具体为通过设定一个时间阈值，如果光场调制矩阵信号和记录的第一信号差大于或等于该阈值，就计数，如果小于该阈值，就舍弃不计数，得到一个时间关联计数结果；