CN101320097B - 双叶曲面轮式绝对重力仪落体质量下落装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双叶曲面轮式绝对重力仪落体质量块下落装置，包括上支承板、下支承板、落体质量块、曲面叶轮、落体接收座、转轴、电机支架、直流电机，落体质量块下落装置安放在一个密封舱内，上支承板、下支承板之间通过三根圆形立柱连接，落体质量块向上运动方式是通过直流电机带动转轴及其安装在转轴两端上的双曲面叶轮转动，将落体质量块沿主导向杆和辅助导向杆向上托起，并运送到顶端的中心定位导向孔内。该落体下落装置具有结构简单、连接稳固、重量轻，体积小、落体行程短、快速观测、调试拆装简便、造价低廉，适用于自由落体式绝对重力仪测量系统中的落体质量下落装置。

Description

双叶曲面轮式绝对重力仪落体质量下落装置

技术领域

本发明涉及测量装置，更具体涉及一种绝对重力仪落体质量块快速下落装置。

背景技术

在大地测量学和勘探地球物理学中，绝对重力测量不仅可获得观测点的绝对重力值及其变化，还应用于建立国家重力绝对基准，提供地球物理学和地球动力学研究所需的地球内部物质分布和运动信息，为海平面变化、地震监测与预报，以及军事、航天、导航、资源勘探和开发等提供地球重力场参数。因此，开展绝对重力测量一直受到国内外同行的高度重视。目前，国际上绝对重力仪的测量技术主要还是以激光干涉自由落体方式为主，其测量原理是通过高精度的激光测距系统、原子钟时间测量系统、自动控制系统精确测定落体质量块块在重力场中的自由落体运动过程中的距离和时间两个量，从而实现重力加速度g的测定。随着电子测量技术和计算机数据采集技术应用的日益提高，可使得落体在缩短行程、快速观测以及在整体仪器便携等方面变为可能。

发明内容

本发明的目的是在于提供一种双叶曲面轮式绝对重力仪落体质量下落装置，该装置具有结构简单、连接稳固、体积小、快速观测、落体质量块自由下落过程中平稳，调试方便，成本低廉。

为了达到上述目的，本发明装置应用光学→精密机械→电子测量技术，使用直流电机驱动双叶轮作匀速圆周转动。将双叶曲面轮间的落体质量块沿主、辅助导向杆向上托起并平稳送至顶部，当转动的双叶曲面轮离开落体质量后，由于该质量块受到地球引力作用而作自由落体运动，与此同时，通过安装在导向孔上的光电转换，通知计算机记录落体质量下落过程中多个某一时刻所经过距离，从而实现落体质量块下落装置的小型化和快速测定。

技术方案如下1

落体质量块下落装置它包括上支承板、立柱、下支承板、中心定位导向孔、落体质量块、滑向柱、曲面叶轮、落体接收座、转轴、电机支架、直流，电机，其特征在于：落体质量块安装在一个密封真空舱内，上支承板、下支承板之间通过三根圆形立柱连接并固定，稳定的框架结构。落体质量块通过直流电机和转轴装在转轴两端上的双曲面叶轮上，落体质量块连接在主导向杆和辅助导向杆上，落体质量块装在中心定位导向孔内。主导向杆、辅助导向杆分别穿入上支承板，落体质量块与落体接收座连接，主导向杆与落体质量块中心滑动连接。

直流电机、转轴、双叶曲面轮、落体质量块以及落体质量接收座安装于下支承板上。为了保证双叶曲面轮转动时平稳地将落体质量托起并送达到顶部，申请者采用两个相同曲面叶轮，同时在在落体质量块上中心处打一中心导向孔，并以该孔为基准，在其对称的两边各开一辅助导向孔，在上支承板上也加工出相同的孔，将加工好的主导向杆和两根辅助导向杆从上支承板向下放置，穿过上支承板的孔，再穿过落体质量块上的中心孔和两对称孔，然后将其主、辅助导向杆与落体体质量接收座连接。这样落体质量块就只能在主、辅助导向杆之间作上下运动。当直流电机匀速转动后，带动安装在转轴两端上的叶轮转动，从而使双叶曲面轮间的落体质量块沿主导向杆和两个辅助导向杆向上运动，并平稳送至顶部上支承板下面的导向孔内，这样可确保落体质量块每次开始下落时都能在同一高度和同一轴线上。

落体质量块的下落初始阶段至关重要，它关系到落体下落过程中落体质量块的稳定和平稳。由于双叶曲面轮在抬起落体质量块向上运动时，落体质量块受双叶曲面轮摩擦力的影响会使落体质量块发生旋转，从而导致激光光路偏移，造成测量误差偏大甚至使仪器无法正常工作。为此，申请人设计了主、辅助导向杆两头采取了工字型结构，即主、辅助导向杆两头轴径与落体质量块上孔径配合采用锥形体过渡型式，而导向杆的中间部分的轴径尺寸小于落体质量块上各孔孔径，这样可避免落体下落过程中通孔与各导向杆发生擦撞，从而影响到观测结果及测量精度。同时，当双叶曲面轮将落体质量块托到顶端后，随着双叶曲面轮的继续转动随即脱离落体质量块，落体质量块将作自由落体运动，但此时落体质量块上端的导向柱还在导向孔内起着导向，稳定落体质量块姿态的作用，从而确保随后落体质量块块脱离导向孔后的下落过程中始终处于平稳状态。另外，由于申请者在落体质量块中心部位预置导向孔，从而使落体质量大为减轻，简化了落体接收减震结构。

申请者在落体质量块下端面上安装了三个定位球，当落体质量块下落一段时间后，最终停留在落体质量块接收座上的三个V型槽内，并为下一次自由落体准备。且整个落体质量块下落装置安放在一个密封舱内。

为了防止因黑色金属(钢、铁)在加工过程中产生磁化的现象发生，同时也可减轻绝对重力自由落体装置的重量，整个落体装置基本采用有色金属加工而成。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：结构简单、体积小，重量轻、连接稳固、落体质量块下落平稳、调试简便、造价低廉。

附图说明

图1为双叶曲面轮式绝对重力仪落体质量下落装置结构示意图。

图2为图1的俯视图。

其中：1-上支承板、2-立柱、3-下支承板、4-主导向杆锁紧螺母、5-中心定位导向孔、6-光电位置探测器、7-落体质量块、8-主导向杆、9-辅助导向杆、10-曲面叶轮、11-落体接收座、12-转轴、13-透视窗镜、14-电机支架、15-直流电机、16-真空舱。

注：上述15个零部件中15-直流电机——型号为ZYM-37B500，其余零部件为本领域的普通技术人员常见部件，该部件本领域的普通技术人员不会出任何创造性劳动均能自行加工制造。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述：

根据图1、图2可知，双叶曲面轮式绝对重力仪落体质量下落装置由上支承板1、立柱2、下支承板3、主导向杆锁紧螺母4、中心定位导向孔5、光电位置探测器6、落体质量块7、主导向杆8、辅助导向杆9、曲面叶轮10、落体接收座11、转轴12、透视窗镜13、电机支架14、直流电机15和真空舱16组成。

首先将中心定位导向孔5安装于上支承板下端面上并固紧，再由上支承板1、下支承板3之间通过三根圆柱形立柱2连接，使之形成一个稳定的框架结构。

在电机支架15上安装直流电机16，将两个叶轮11分别安装于转轴13的两端上固紧，再将带有双叶轮的转轴组件安装于直流电机15传动轴上并固紧。将上述组件与下支承板3连接并固定，然后再将落体接收座11安装并固定于位于双叶曲面轮中间的下支承板3上。

将一根主导向杆8和两根辅助导向杆9分别从上支承板1预留孔和定位孔4中间孔穿过，再穿过落体质量块组件7上预留孔与安装在下支承板3上的落体质量接收座11连接。

将位置监测器6安装固定于中心定位导向孔5两旁，调整主导向杆张紧度并通过主导向杆锁紧螺母4固紧主导向杆。

当所有零部件安装调试到位后，接通直流电机15电源，通过转轴12上两端曲面轮10随电机主轴一起转动。随着双叶曲面轮10的旋转，双叶曲面轮10曲面将从落体质量块7底部开始接触，其后将其落体质量块7沿主导向杆8和辅助导向杆9被向上抬起，并且双曲面与落体质量下端面的接触点始终保持在落体轴心上，直至落体质量块7上部导向轴完全被推进中心定位导向孔5内，此时，安装在中心定位导向孔5两边的光电转换位置监测器6中的光信号将被进入孔内的落体质量块7上部导向轴遮挡，这时也是双叶曲面轮10转动的最高点位。随着双叶曲面轮10的继续运转，双叶曲面轮10曲面随即脱离落体质量块7的下端面，此时落体质量块7由于受地心引力作用而作自由落体运动，质量块下落过程中，由于落体质量块7上部导柱滑出中心定位导向孔5时，位置监测器6中的光信号将被重新接通。该光电信号的变化为下步计算机接收、记录、解算观测值提供保证。

整个落体质量块下落装置安放在一个密封舱16内，激光可通过透视窗镜13进出。

Claims (1)

1.一种双叶曲面轮式绝对重力仪落体质量下落装置，它包括上支承板(1)、下支承板(3)、落体质量块(7)、落体接收座(11)、电机支架(14)、直流电机(15)，其特征在于：落体质量块(7)安装在一个密封真空舱内(16)，上支承板(1)、下支承板(3)之间通过三根圆形立柱(2)连接，落体质量块(7)通过直流电机(15)和转轴(12)装在转轴两端上的双曲面叶轮(10)上，落体质量块(7)连接在主导向杆(8)和辅助导向杆(9)上，落体质量块(7)装在中心定位导向孔(5)内；

主导向杆(8)、辅助导向杆(9)分别穿入上支承板(1)，落体质量块(7)与落体接收座(11)连接；

主导向杆(8)与落体质量块(7)中心孔滑动连接。

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