CN103901495A - 一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置 - Google Patents

Abstract

一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置，它包含真空舱、支架板、夹具、落体棱镜、预应力弹簧、棱镜托盘、上举托盘、缓冲弹簧、导轨、透视窗镜，上举托盘与导轨滑动连接，缓冲弹簧下端与上举托盘上表面相连，导轨穿过棱镜托盘且与棱镜托盘无接触，棱镜托盘位于缓冲弹簧上方，落体棱镜上举过程完成后，预应力弹簧下端与棱镜托盘上表面接触，预应力弹簧被压缩，预应力弹簧对棱镜托盘产生下推预应力，落体棱镜释放时，该预应力使落体棱镜与棱镜托盘分离。该装置能缩短落体棱镜释放时间，释放瞬间的摩擦力、电磁和静电等干扰力对落体棱镜的影响小，对重力精密测量有利。

Description

一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置

技术领域

本发明涉及测量装置，尤其是涉及一种自由落体式绝对重力仪落体棱镜释放装置。 

背景技术

地球表面上任意一点的绝对重力值，是该点单位质量的物体受到整个地球质量的引力与地球自转在该点所产生的惯性离心力的合力，它等于该点的重力加速度值。绝对重力仪是用来直接测量重力加速度值的主要精密计量仪器，在地球物理环境、地震、石油勘探、测量等领域有广泛应用。常见绝对重力仪的基本原理是利用迈克尔逊激光干涉仪方法测量在高真空条件下物体（落体棱镜）在垂直方向自由运动所经历的时间和距离,由迈克尔逊激光干涉仪原理可知，落体棱镜下落距离等于1/2 nλ,其中n为激光干涉条纹数，λ为激光器波长。对激光干涉条纹计数的同时测定落体下落时间，即可根据牛顿第二定律计算重力值。落体棱镜稳定释放装置是影响其测量精度的重要方面。一中国实用新型专利（专利号ZL 200720086464.4）公布了一种自由落体式重力仪落体质量下落装置，该专利的方案是：自由落体式重力仪落体棱镜由电磁阀通过弹性夹头夹住或释放，其不足之处在于：电磁阀通过弹性夹头释放落体棱镜时落体棱镜仅在重力的作用下释放，释放时间长，释放瞬间的摩擦力、电磁和静电等干扰力作用在落体棱镜上的时间长，释放平稳性不好，对重力精密测量不利（专利号ZL 200720086464.4中所称“落体质量”本发明称为“落体棱镜”，“落体棱镜”更易理解）。 

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置, 该装置能缩短落体棱镜释放时间，且释放平稳性好，释放瞬间的摩擦力、电磁和静电等干扰力对落体棱镜的影响小，对重力精密测量有利。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置，该装置包含真空舱、电机、过真空传动器、蜗杆、蜗轮、电机导线、微电脑控制器、过真空导线、密封绝缘接线端子、螺母、螺杆、夹具导线、支架板、夹具、引导孔、引导顶针、落体罩、落体棱镜、预应力弹簧、棱镜托盘、棱镜托盘孔、上限位开关、上举托盘孔、上举托盘、缓冲弹簧、上限位开关导线、下限位开关导线、导轨、下限位开关、透视窗镜、行程标杆。导轨铅垂直，支架板下表面水平，真空舱底部上表面水平，螺杆与导轨平行，行程标杆与导轨平行。过真空导线将微电脑控制器与密封绝缘接线端子相连，电机导线将电机与微电脑控制器相连，电机与过真空传动器相连，过真空传动器外壳与真空舱相连，过真空传动器与蜗杆一端相连，蜗杆与蜗轮相齿合，蜗轮与螺杆相连，螺杆下端与真空舱底部滑动连接，螺杆上端与支架板滑动连接，螺杆与螺母滑动连接，螺母与上举托盘相连，上举托盘中心有上举托盘孔，上举托盘与导轨滑动连接，上举托盘与行程标杆滑动连接，缓冲弹簧下端与上举托盘上表面相连，导轨下端与真空舱底部相连，导轨上端与支架板相连，行程标杆下端与真空舱底部相连，行程标杆上端与支架板相连，上限位开关固定在行程标杆上端，下限位开关固定在行程标杆下端，导轨穿过棱镜托盘且与棱镜托盘无接触，棱镜托盘中部有棱镜托盘孔，棱镜托盘位于缓冲弹簧上方，预应力弹簧上端固定在导轨上方，预应力弹簧位于棱镜托盘上方，落体罩下沿与棱镜托盘上表面连接，落体棱镜放置在落体罩内部，落体棱镜高度小于落体罩内部高度1-100mm，落体棱镜光线入口向下，引导顶针与落体罩上表面中部相连，落体罩上表面与棱镜托盘上表面平行，引导顶针与落体罩上表面相垂直，支架板上表面与夹具相连，夹具通过夹具导线与密封绝缘接线端子相连，支架板中部有引导孔，引导顶针与引导孔对中，引导顶针直径小于引导孔直径，引导顶针长度能满足落体罩上表面与支架板下表面接触时引导顶针能通过引导孔被夹具夹持，密封绝缘接线端子外壳与真空舱相连，上限位开关通过上限位开关导线与密封绝缘接线端子相连，下限位开关通过下限位开关导线与密封绝缘接线端子相连，真空舱的底部中心有透视窗镜。仪器不工作时上举托盘位于真空舱下部并与下限位开关相接触，上举托盘通过缓冲弹簧承接棱镜托盘，此时落体罩、落体棱镜和引导顶针也位于真空舱下部，仪器开始工作时先由微电脑控制器通过电机导线启动电机工作，启动落体棱镜上举过程，电机经过真空传动器带动蜗杆旋转，蜗杆旋转带动蜗轮和螺杆旋转，螺杆旋转带动螺母在螺杆上向上运动，螺母向上运动将带动上举托盘、缓冲弹簧、棱镜托盘、落体罩、落体棱镜和引导顶针一起向上运动直到落体罩上表面与支架板下表面相接触，落体罩上表面水平，与落体罩上表面平行的棱镜托盘上表面也水平，放置在棱镜托盘上表面的落体棱镜也将水平，预应力弹簧安装位置设定在此时预应力弹簧下端与棱镜托盘上表面接触，预应力弹簧被压缩，预应力弹簧对棱镜托盘产生下推预应力，此时引导顶针将通过支架板中部的引导孔到达夹具的夹口位置，同时上限位开关产生动作，并将动作信号由上限位开关导线经密封绝缘接线端子和过真空导线传递给微电脑控制器，微电脑控制器得到上限位开关的信号后，停止电机不再转动，微电脑控制器通过过真空导线、密封绝缘接线端子和夹具导线控制夹具夹紧引导顶针，完成落体棱镜上举过程。然后微电脑控制器通过电机导线控制电机反向转动，电机经过真空传动器带动蜗杆旋转，蜗杆旋转带动蜗轮和螺杆旋转，螺杆旋转带动螺母在螺杆上向下运动，螺母向下运动将带动上举托盘、缓冲弹簧向下运动，此时，由于引导顶针被夹具夹持住，与顶针相连的落体罩、棱镜托盘和落体罩内的落体棱镜被悬挂在了真空舱上部，当上举托盘运动到下限位开关的位置后引起下限位开关动作，下限位开关通过下限位开关导线、密封绝缘接线端子和过真空导线将上举托盘已经下落到真空舱下部的信号通知给微电脑控制器，微电脑控制器得到下限位开关的信号后，停止电机不再转动，此时完成上举托盘回撤过程。 等待0-600秒让仪器静止稳定后，微电脑控制器通过过真空导线、密封绝缘接线端子和夹具导线控制夹具瞬间松开引导顶针，此时，由于重力及预应力弹簧的预应力作用，棱镜托盘、落体罩和引导顶针连成的整体将向下做加速度大于重力加速度的加速运动，而由于落体棱镜只受到重力作用，落体棱镜将向下做加速度等于重力加速度的加速运动，棱镜托盘和落体棱镜的初始速度都等于，下降运动开始后，棱镜托盘的速度将大于落体棱镜的速度，棱镜托盘和落体棱镜将分离，落体棱镜在真空中自由下落。当棱镜托盘上表面和预应力弹簧下端分离后，棱镜托盘、落体罩和引导顶针连成的整体也向下做加速度等于重力加速度的加速运动，但此时棱镜托盘的下降速度已经大于落体棱镜的下降速度，棱镜托盘不会阻碍落体棱镜自由下落。当棱镜托盘运动到真空舱下部后，将与缓冲弹簧上端接触，缓冲弹簧将起到缓冲与承接当棱镜托盘作用，此时落体棱镜自由下落过程结束，一次测量运动完成。激光通过透视窗镜、上举托盘孔和棱镜托盘孔照射到落体棱镜上，并经落体棱镜反射后从棱镜托盘孔、上举托盘孔和透视窗镜透射出来供采集。过真空传动器可采用磁流体过真空部件或磁传动部件，夹具可采用电致伸缩陶瓷作为动力部件，电致伸缩陶瓷动作快，放气效应小，能在真空条件下使用。 

本发明的有益效果是：该落体棱镜释放装置将落体棱镜放置在棱镜托盘上，棱镜托盘在弹簧预应力作用下迅速释放，棱镜托盘与落体棱镜能快速分离，释放瞬间的摩擦力、电磁和静电等干扰力对落体棱镜的影响小，整个装置，结构简单，且落体棱镜下落过程无需电机和电磁铁，电磁和机械运动干扰小，对高精度重力测量有益。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

说明书附图为一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置结构示意图。 

其中1.真空舱，2.电机，3.过真空传动器，4.蜗杆，5.蜗轮，6.电机导线，7. 微电脑控制器，8.过真空导线，9. 密封绝缘接线端子，10.螺母，11.螺杆，12.夹具导线，13.支架板，14.夹具，15.引导孔，16. 引导顶针，17.落体罩，18.落体棱镜，19.预应力弹簧，20.棱镜托盘，21.棱镜托盘孔，22.上限位开关，23.上举托盘孔，24.上举托盘，25.缓冲弹簧，26.上限位开关导线，27.下限位开关导线，28.导轨，29.下限位开关，30.透视窗镜，31.行程标杆。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述： 

      根据附图可知，一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置包含真空舱（1）、电机（2）、过真空传动器（3）、蜗杆（4）、蜗轮（5）、电机导线（6）、微电脑控制器（7）、过真空导线（8）、密封绝缘接线端子（9）、螺母（10）、螺杆（11）、夹具导线（12）、支架板（13）、夹具（14）、引导孔（15）、引导顶针（16）、落体罩（17）、落体棱镜（18）、预应力弹簧（19）、棱镜托盘（20）、棱镜托盘孔（21）、上限位开关（22）、上举托盘孔（23）、上举托盘（24）、缓冲弹簧（25）、上限位开关导线（26）、下限位开关导线（27）、导轨（28）、下限位开关（29）、透视窗镜（30）、行程标杆（31）。导轨（28）铅垂直，支架板（13）下表面水平，真空舱（1）底部上表面水平，螺杆（11）与导轨（28）平行，行程标杆（31）与导轨（28）平行。过真空导线（8）将微电脑控制器（7）与密封绝缘接线端子（9）相连，电机导线（6）将电机（2）与微电脑控制器（7）相连，电机（2）与过真空传动器（3）相连，过真空传动器（3）外壳与真空舱（1）相连，过真空传动器（3）与蜗杆（4）一端相连，蜗杆（4）与蜗轮（5）相齿合，蜗轮（5）与螺杆（11）相连，螺杆（11）下端与真空舱（1）底部滑动连接，螺杆（11）上端与支架板（13）滑动连接，螺杆（11）与螺母（10）滑动连接，螺母（10）与上举托盘（24）相连，上举托盘（24）中心有上举托盘孔（23），上举托盘（24）与导轨（28）滑动连接，上举托盘（24）与行程标杆（31）滑动连接，缓冲弹簧（25）下端与上举托盘（24）上表面相连，导轨（28）下端与真空舱（1）底部相连，导轨（28）上端与支架板（13）相连，行程标杆（31）下端与真空舱（1）底部相连，行程标杆（31）上端与支架板（13）相连，上限位开关（22）固定在行程标杆（31）上端，下限位开关（29）固定在行程标杆（31）下端，导轨（28）穿过棱镜托盘（20）且与棱镜托盘（20）无接触，棱镜托盘（20）中部有棱镜托盘孔（21），棱镜托盘（20）位于缓冲弹簧（25）上方，预应力弹簧（19）上端固定在导轨（28）上方，预应力弹簧（19）位于棱镜托盘（20）上方，落体罩（17）下沿与棱镜托盘（20）上表面连接，落体棱镜（18）放置在落体罩（17）内部，落体棱镜（18）高度小于落体罩（17）内部高度1-100mm，落体棱镜（18）光线入口向下，引导顶针（16）与落体罩（17）上表面中部相连，落体罩（17）上表面与棱镜托盘（20）上表面平行，引导顶针（16）与落体罩（17）上表面相垂直，支架板（13）上表面与夹具（14）相连，夹具（14）通过夹具导线（12）与密封绝缘接线端子（9）相连，支架板（13）中部有引导孔（15），引导顶针（16）与引导孔（15）对中，引导顶针（16）直径小于引导孔（15）直径，引导顶针（16）长度能满足落体罩（17）上表面与支架板（13）下表面接触时引导顶针（16）能通过引导孔（15）被夹具（14）夹持，密封绝缘接线端子（9）外壳与真空舱（1）相连，上限位开关（22）通过上限位开关导线（26）与密封绝缘接线端子（9）相连，下限位开关（29）通过下限位开关导线（27）与密封绝缘接线端子（9）相连，真空舱（1）的底部中心有透视窗镜（30）。仪器不工作时上举托盘（24）位于真空舱（1）下部并与下限位开关（29）相接触，上举托盘（24）通过缓冲弹簧（25）承接棱镜托盘（20），此时落体罩（17）、落体棱镜（18）和引导顶针（16）也位于真空舱（1）下部，仪器开始工作时先由微电脑控制器（7）通过电机导线（6）启动电机（2）工作，启动落体棱镜（18）上举过程，电机（2）经过真空传动器（3）带动蜗杆（4）旋转，蜗杆（4）旋转带动蜗轮（5）和螺杆（11）旋转，螺杆（11）旋转带动螺母（10）在螺杆（11）上向上运动，螺母（10）向上运动将带动上举托盘（24）、缓冲弹簧（25）、棱镜托盘（20）、落体罩（17）、落体棱镜（18）和引导顶针（16）一起向上运动直到落体罩（17）上表面与支架板（13）下表面相接触，落体罩（17）上表面水平，与落体罩（17）上表面平行的棱镜托盘（20）上表面也水平，放置在棱镜托盘（20）上表面的落体棱镜（18）也将水平，预应力弹簧（19）安装位置设定在此时预应力弹簧（19）下端与棱镜托盘（20）上表面接触，预应力弹簧（19）被压缩，预应力弹簧（19）对棱镜托盘（20）产生下推预应力，此时引导顶针（16）将通过支架板（13）中部的引导孔（15）到达夹具（14）的夹口位置，同时上限位开关（22）产生动作，并将动作信号由上限位开关导线（26）经密封绝缘接线端子（9）和过真空导线（8）传递给微电脑控制器（7），微电脑控制器（7）得到上限位开关（22）的信号后，停止电机（2）不再转动，微电脑控制器（7）通过过真空导线（8）、密封绝缘接线端子（9）和夹具导线（12）控制夹具（14）夹紧引导顶针（16），完成落体棱镜（18）上举过程。然后微电脑控制器（7）通过电机导线（6）控制电机（2）反向转动，电机（2）经过真空传动器（3）带动蜗杆（4）旋转，蜗杆（4）旋转带动蜗轮（5）和螺杆（11）旋转，螺杆（11）旋转带动螺母（10）在螺杆（11）上向下运动，螺母（10）向下运动将带动上举托盘（24）、缓冲弹簧（25）向下运动，此时，由于引导顶针（16）被夹具（14）夹持住，与顶针（16）相连的落体罩（17）、棱镜托盘（20）和落体罩（17）内的落体棱镜（18）被悬挂在了真空舱（1）上部，当上举托盘（24）运动到下限位开关（29）的位置后引起下限位开关（29）动作，下限位开关（29）通过下限位开关导线（27）、密封绝缘接线端子（9）和过真空导线（8）将上举托盘（24）已经下落到真空舱（1）下部的信号通知给微电脑控制器（7），微电脑控制器（7）得到下限位开关（29）的信号后，停止电机（2）不再转动，此时完成上举托盘（24）回撤过程。 等待0-600秒让仪器静止稳定后，微电脑控制器（7）通过过真空导线（8）、密封绝缘接线端子（9）和夹具导线（12）控制夹具（14）瞬间松开引导顶针（16），此时，由于重力及预应力弹簧（19）的预应力作用，棱镜托盘（20）、落体罩（17）和引导顶针（16）连成的整体将向下做加速度大于重力加速度的加速运动，而由于落体棱镜（18）只受到重力作用，落体棱镜（18）将向下做加速度等于重力加速度的加速运动，棱镜托盘（20）和落体棱镜（18）的初始速度都等于0，下降运动开始后，棱镜托盘（20）的速度将大于落体棱镜（18）的速度，棱镜托盘（20）和落体棱镜（18）将分离，落体棱镜（18）在真空中自由下落。当棱镜托盘（20）上表面和预应力弹簧（19）下端分离后，棱镜托盘（20）、落体罩（17）和引导顶针（16）连成的整体也向下做加速度等于重力加速度的加速运动，但此时棱镜托盘（20）的下降速度已经大于落体棱镜（18）的下降速度，棱镜托盘（20）不会阻碍落体棱镜（18）自由下落。当棱镜托盘（20）运动到真空舱（1）下部后，将与缓冲弹簧（25）上端接触，缓冲弹簧（25）将起到缓冲与承接当棱镜托盘（20）作用，此时落体棱镜（18）自由下落过程结束，一次测量运动完成。激光通过透视窗镜（30）、上举托盘孔（23）和棱镜托盘孔（21）照射到落体棱镜（18）上，并经落体棱镜（18）反射后从棱镜托盘孔（21）、上举托盘孔（23）和透视窗镜（30）透射出来供采集。过真空传动器（3）可采用磁流体过真空部件或磁传动部件，夹具（14）可采用电致伸缩陶瓷作为动力部件，电致伸缩陶瓷动作快，放气效应小，能在真空条件下使用。

Claims (3)

1.一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置，包含真空舱、螺母、螺杆、支架板、夹具、引导孔、引导顶针、落体罩、落体棱镜、预应力弹簧、棱镜托盘、上限位开关、上举托盘、缓冲弹簧、导轨、下限位开关、透视窗镜、行程标杆，其特征是：导轨铅垂直，导轨下端与真空舱底部相连，导轨上端与支架板相连，导轨穿过棱镜托盘且与棱镜托盘无接触，棱镜托盘位于缓冲弹簧上方，预应力弹簧位于棱镜托盘上方，落体罩下沿与棱镜托盘上表面连接，落体棱镜放置在落体罩内部，引导顶针与落体罩上表面中部相连。

2.根据权利要求1所述的一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置，其特征是：落体棱镜上举过程完成后，预应力弹簧下端与棱镜托盘上表面接触，预应力弹簧被压缩，预应力弹簧对棱镜托盘产生下推预应力。

3.根据权利要求1所述的一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置，其特征是：落体棱镜高度小于落体罩内部高度1-100mm。

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