[发明专利]一种光学绝对重力仪落体旋转角速度测量装置及测量方法

权利要求书

1.一种光学绝对重力仪落体旋转角速度测量装置，其特征在于：包括落体旋转角速度测量组件和支撑固定组件；所述落体旋转角速度测量组件和支撑固定组件均设置在绝对重力仪真空腔的顶部；

所述支撑固定组件包括绝对重力仪真空腔顶板(1)，所述绝对重力仪真空腔顶板(1)上开设有窗镜(2)，所述光路面包板(3)竖向设置于绝对重力仪真空腔顶板(1)上，且所述窗镜(2)位于光路面包板(3)的前方，所述光路面包板(3)靠近窗镜(2)的一侧上活动设置有落体旋转角速度测量组件；

所述落体旋转角速度测量组件包括激光器(5)、光纤(6)、激光准直器(7)、分光镜(8)、反射镜(9)、PSD位置敏感传感器(10)；所述激光器(5)通过光纤(6)与激光准直器(7)连接，所述反射镜(9)位于分光镜(8)的上方，且分光镜(8)和反射镜(9)的中心与窗镜(2)的中心在同一轴线上；

所述激光器(5)发出的激光束通过光纤(6)和激光准直器(7)后，入射到分光镜(8)的表面，光线经过分光镜(8)后向下反射传输至窗镜(2)，光点处于窗镜(2)的中心位置；

所述激光器(5)发出的激光束通过光纤(6)、激光准直器(7)、分光镜(8)和窗镜(2)后，照射至由电机控制做自由落体运动的落体顶面，经落体顶面的反射镜反射后，再依次经过窗镜(2)、分光镜(8)、反射镜(9)，到达PSD位置敏感传感器(10)的探测面板，光点处于探测面板的中心，由PSD位置敏感传感器(10)探测落体在自由落体运动过程中反射光斑的位移情况。

2.根据权利要求1所述的光学绝对重力仪落体旋转角速度测量装置，其特征在于：所述支撑固定组件还包括L型连接件(4)，所述光路面包板(3)通过至少一个L型连接件(4)固定在绝对重力仪真空腔顶板(1)上。

3.根据权利要求1所述的光学绝对重力仪落体旋转角速度测量装置，其特征在于：所述激光准直器(7)、分光镜(8)、反射镜(9)、PSD位置敏感传感器(10)均通过调节支座(11)和支杆(12)与光路面包板(3)活动连接，所述调节支座(11)的一侧设置在光路面包板(3)上，所述调节支座(11)的另一侧通过支杆(12)与任一激光准直器(7)、分光镜(8)、反射镜(9)、PSD位置敏感传感器(10)连接。

4.一种光学绝对重力仪落体旋转角速度测量方法，适用于权利要求1所述的光学绝对重力仪落体旋转角速度测量装置，其特征在于：包括以下步骤：

S1、通过松紧调节支座(11)的旋钮调节支杆(12)的高度和角度，进而调节激光准直器(7)、分光镜(8)、反射镜(9)、PSD位置敏感传感器(10)的高度及角度，使绝对重力仪的电机控制落体做匀速运动时，PSD位置敏感传感器(10)探测到的反射光斑处于探测面板的中心，且运动位移最小；

S2、利用绝对重力仪的电机控制落体做自由下落运动，观察PSD位置敏感传感器(10)上光斑的运动范围，平移其调节支座(11)的位置以及调节支杆(12)的高度，使反射光斑的移动行程均在PSD位置敏感传感器(10)的接收面板上；

S3、当利用绝对重力仪的电机控制落体做自由下落运动时，PSD位置敏感传感器(10)同步进行反射光斑位置采集，得到落体在下落过程中由于旋转产生的反射光斑位移-时间变化数据；

S4、将得到的反射光斑位移(d)-时间(t)曲线进行自定义函数拟合：

其中，α＝ωt，ω是落体释放后做自由落体中过程中的旋转角速度，t是自由下落时间，S是反射镜(9)与PSD位置敏感传感器(10)接收靶面间的垂直距离，h₁是反射镜(9)与落体顶面在初始时的垂直距离，l是落体顶面与其光学中心之间的距离，h₀是落体自由下落的距离θ是入射光与铅锤方向存在的小角度偏差；

利用上述PSD位置敏感传感器(10)记录得到的位移-时间曲线进行自定义函数拟合，即可得出入射光与铅锤方向的初始夹角θ以及绝对重力仪中落体在每次自由下落过程中的旋转角速度ω。