[发明专利]一种基于光悬浮的重力测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种基于光悬浮的重力测量装置，其特征在于：

包括真空腔体、

包括使悬浮物悬浮的悬浮激发装置、

包括用于测量悬浮物偏离零位位移并将悬浮物恢复零位的悬浮物的调零装置、

包括用于测量悬浮物上表面振动及光致弹性波信息的非接触高精度位移传感器、

包括用于采集非接触高精度位移传感器输出信号、记录悬浮物位移、采集调零装置反馈信号、计算绝对重力加速度、计算相对重力加速度的反馈控制系统、

在真空腔体内安装非接触高精度位移传感器及悬浮物的调零装置，在真空腔体外安装悬浮激发装置、反馈控制系统，反馈控制系统分别连接悬浮激发装置、悬浮物调零装置及非接触高精度位移传感器。

2.根据权利要求1所述的基于光悬浮的重力测量装置，其特征在于：所述的悬浮激发装置为激光器。

3.根据权利要求1所述的基于光悬浮的重力测量装置，其特征在于：所述的悬浮物的调零装置为电容极板及电容检测电路单元。

4.根据权利要求1所述的基于光悬浮的重力测量装置，其特征在于：所述的非接触高精度位移传感器为激光干涉仪或电容测微仪或电涡流位移传感器或激光多普勒传感器或激光三角法传感器或高速高分辨力CCD相机。

5.根据权利要求1所述的基于光悬浮的重力测量装置，其特征在于：包括真空腔体、激光器、悬浮物的调零装置、非接触高精度位移传感器及反馈控制系统，在真空腔体内安装非接触高精度位移传感器及电容极板及电容检测电路单元，在真空腔体外安装激光器、反馈控制系统及真空泵组，在真空腔体的底面嵌装观察视窗，在观察视窗的下方安装激光器，激光器连接反馈控制系统，在激光器与观察视窗之间安装遮光板，在观察视窗的上方与视窗平行安装上、下两电容极板，在两电容极板间的下极板上放置悬浮物，两极板连接电容检测电路，电容检测电路与反馈控制系统连接，在上电容极板的上方安装非接触高精度位移传感器，非接触高精度位移传感器与反馈控制系统连接。

6.根据权利要求5所述的基于光悬浮的重力测量装置的相对重力加速度测量方法，其特征在于：重力测量开始前，激光器发射激光在反馈控制系统的调节下将悬浮物悬浮至预定位置，记为零位，当测量装置所在地重力加速度变化时，悬浮物偏离零位，由悬浮物和上、下电容极板构成的三极板电容器的电桥电路输出量发生相应变化，电容检测电路将电桥输出量通过锁相放大器、积分器处理后转化为反馈电压作用于悬浮物，在悬浮物上产生指向零位的恢复力，使悬浮物位移完成归零，所述归零过程中反馈电压变化情况即当地重力变化情况，所述反馈电压输入反馈控制系统采样并记录，生成电压-时间序列，所述电压-时间序列直接反映重力加速度值随时间的变化情况，即完成相对重力加速度的测量。

7.根据权利要求6所述的相对重力加速度测量方法，其特征在于：所述的恢复力的计算公式为：

其中：A是三块极板的总面积，d是上下两块电容极板间的距离，x是悬浮物与上极板间的距离，V_drive是作用于上、下两极板间的电压，∈₀为真空中的介电常数。

8.根据权利要求5所述的基于光悬浮的重力测量装置的绝对重力加速度测量方法，其特征在于：将重力场信息调制进由激光激发的位于悬浮物内部的光致弹性波中，再由非接触高精度位移传感器及反馈控制系统测量得到悬浮物中光致弹性波的参数，由这些参数通过拟合的方法解调出重力场信息，完成绝对重力加速度测量。

9.根据权利要求8所述的基于光悬浮的重力测量装置的绝对重力加速度测量方法，其特征在于：非接触高精度位移传感器实时测量悬浮物上表面的位移信息，通过反馈控制系统得到悬浮物上表面的位移-时间数据序列，所记录的位移-时间序列经过高通和低通滤波处理后，分别获取高频位移-时间序列和低频位移-时间序列，低频位移-时间序列是悬浮物在真空腔体内的实时位置，高频位移-时间序列是悬浮物的上表面由光致弹性波造成振动信息，用来提取悬浮物上表面振动的幅值、频率、相位；通过数学多项式拟合，得到当地绝对重力加速度值。