[发明专利]用于平台微小倾斜度调节的带油浴槽支撑脚装置

说明书

一种用于平台微小倾斜度调节的带油浴槽支撑脚装置，包括支撑单元(1)、加热线圈单元和油浴槽单元。支撑单元(1)位于支撑脚装置的中心，加热线圈单元位于支撑单元(1)的外侧，油浴槽单元位于加热线圈单元的外侧。加热线圈(10)均匀缠绕在加热线圈骨架(9)上。在支撑脚装置工作时，向油浴槽内灌入足量二甲基硅油，通过直流电源控制加热线圈的加热功率改变油浴的温度，进而改变支撑单元(1)的长度，实现对平台倾斜度的精细调节。本发明结构简单，操作方便，可实现μrad级平台倾斜度调节，满足高精度超导类型重力观测仪器精细调节倾斜度的需求，也可用于其他对倾斜度敏感的高精密测量仪器。

技术领域

本发明涉及一种用于平台微小倾斜度调节的支撑脚装置。

背景技术

基于低温超导磁悬浮技术的高精度重力测量仪器，以超导小球作为重力加速度的敏感单元，通过两个超导线圈将超导小球悬浮起来，当重力加速度发生变化时，超导小球垂直方向上的悬浮位移会发生改变，通过检测该位移变化可以反映重力加速度的变化情况，实现对地球重力信号的高精度测量，测量灵敏度可达1n Gal，约为地球重力常数g的10^-12，这样的优点使得其在高精度地球重力场测量领域具有特殊优势和广阔的应用前景。

但是只有在仪器完全垂直并且垂直状态保持不变的情况下，超导小球在垂直方向上的位移变化才能完全反映出重力加速度信号的变化，一旦仪器发生倾斜，超导小球垂直方向上的位移变化只能反映重力加速信号的分量。更为严重的是，当倾斜状态随着外界环境不断变化时，超导小球测得的重力加速度的分量值也不断变化，这会给超导重力测量仪器的输出信号带来严重的漂移，严重影响仪器的性能。而超导类型重力测量仪器相对其他类型重力测量仪器的核心优势之一正在于其极小漂移，因此必须要对仪器的倾斜状态进行高精度调节和控制。

当装置发生倾斜时，若倾斜角为θ，则超导小球测得的重力加速度值与真实重力加速度值之间的偏差为：

Δg＝g(1-cosθ)≈1/2gθ²

根据上述公式可以计算得到，要想让倾斜变化对重力观测精度的影响降低到1nGal以下，装置的倾斜变化需要在倾斜零位附近，且倾斜变化要小于1.4μrad。要实现如此小的倾斜控制精度，前提之一是对装置倾斜状态的调节精度要达到1.4μrad。为了方便倾斜调节，通常将重力观测设备放置在三支撑脚平台上，三个支撑脚形成一个等边三角形。考虑常规超导类型重力观测设备的直径约为500mm，则相邻两个支撑脚形成等边三角形的边长约为430mm，在此情况下，要实现1.4μrad倾斜调节精度，支撑脚的有效高度变化要达到0.52μm。国内文献【苏华骏,胡新宁,崔春艳等，超导重力装置的调平及实验分析[J]，大地测量与地球动力学,2019,39(04):111-114】采用电动缸作为支撑脚支撑高度的调节手段，其定位精度只能达到5μm，在控制系统满足要求的情况下，其对应的倾斜产生的重力信号噪声达到100nGal。此外，为了敏感到极微弱的重力信号的变化，超导类型重力观测设备的悬浮梯度一般都很小，接近0.01N/m，而且系统运行时阻尼很小，电动缸在调节时的冲击较大，也会影响超导小球的稳定悬浮。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出一种用于平台微小倾斜度调节的带油浴槽支撑脚装置。本发明可对平台实现μrad级的精确倾斜调节，从而满足重力观测等倾斜敏感仪器对高精度倾斜调节的需求。

本发明用于平台微小倾斜度调节的带油浴槽支撑脚装置包括支撑单元、加热线圈单元和油浴槽单元。支撑单元位于支撑脚装置整体结构的中心，加热线圈单元位于支撑单元的外侧，油浴槽单元位于加热线圈单元的外侧。

三个支撑脚装置位于平台下侧，呈等边三角形分布，分别通过支撑单元和平台连接固定。