CN105738963A - 一种重力加速度测量装置 - Google Patents

Abstract

一种用于重力加速度测量装置，基于超导体的排磁通效应产生磁悬浮，通过静电电极实现超导球的测量与控制。本发明采用制冷机冷头无接触冷却低温装置。超导悬浮球采用镀膜工艺，内采用石英空心球作为基底，超导球表面沉积超导铌材料。一对悬浮线圈在重力方向上产生微弱的磁力梯度，使重力的微小变化产生超导球位移较大变化，从而能够被电极电容电桥电路测量得到。在水平方向上通过在电极上施加静电力增加支承刚度使得装置测量适应范围和环境条件扩大。

Description

一种重力加速度测量装置

技术领域

本发明涉一种重力加速度测量装置。

背景技术

在地球科学研究领域中，地球重力场及其随时间变化包含地球系统物质分布及运移的丰富信息，它直接反映了地球各圈层最基本的物质及其变化特性，是研究各种环境变化、地球动力学过程最基本、最直接和最重要的物理量之一。高精度的重力测量需要发展新型的重力探测方法与技术以克服传统测量方法存在的问题。目前地球重力场测量研究领域主要包括：大地测量学、地球物理学、地震预报、地下水资源勘探、固体潮汐、海平面变化；地球环境科学、大气环境以及军事和国防安全等方面的应用。

传统的机械弹簧测量存在蠕变性和非线性，使得它们存在诸如仪器“零漂”和长期不稳定等特点，基于自由落体原理的绝对重力仪不能进行时变重力观测。和目前广泛使用的机械弹簧型重力仪相比较，超导重力仪是一种具有许多优良特征的相对重力仪，但是在通常条件下，只能实现定点和静态条件下使用。目前，该方法已被世界上许多国家应用于观测地球重力场的连续变化。

高精度的超导重力仪利用超导体在超导转变之后的零电阻特性和完全抗磁性建立超导磁悬浮系统，以代替常规重力仪的弹簧支撑机构。该仪器利用超导体Meissner效应，形成持续电流，这种电流极其稳定，因此，产生极强的稳定磁场来模拟弹簧重力仪中的稳定弹簧。磁悬浮系统可以提供相互独立的磁悬浮力和磁悬浮力梯度值，从而在平衡超导球重量的同时，能够在重力发生微小变化的时候产生较大的位移，通过精确的位移探测，就可以测量重力的变化。

传统的超导悬浮结构在运动条件和稳定性方面存在不稳定性的问题，一般都固定在台站上进行定点测量。

发明内容

本发明的目的是克服传统的重力探测装置存在定点、不能连续移动测量等问题，提出一种静电超导混合支承的重力测量装置。

本发明装置中，由两组超导线圈的持续电流产生稳定电磁场，在磁场中感应电流产生的磁场与超导线圈产生的磁场相互作用，产生悬浮力。本发明利用该悬浮力悬浮真空腔中的球体，通过支承电极提供水平方向上的支承刚度，使球体具有水平方向的抗冲击能力，并通过垂直方向上较小的磁力梯度来敏感球体微位移变化，从而获得重力变化，因而本发明重力测量装置具有极宽的动态线性测量范围，并具有灵活可移动测量等特点。

本发明包括上超导悬浮线圈、下超导悬浮线圈、超导球、上电极、下电极、赤道电极、悬浮球腔、本体骨架、制冷机、减震波纹管、制冷机支承架、氦气腔、防辐射屏、低温容器，以及超导屏蔽层。

所述的制冷机放置在制冷机支承架上部。制冷机支架放置在水平地面上。制冷机支架的三条腿上安装有水平测量传感器，制冷机与低温容器通过减震波纹管密封连接。制冷机采用脉管制冷机，气体传导冷却。制冷机的一级冷头与防辐射屏无接触，圆筒状的防辐射屏由拉杆吊装在低温容器内部，防辐射屏的内部通过拉杆吊装有超导屏蔽层。制冷机的二级冷头和悬浮球腔无接触。制冷机的一级冷头与防辐射屏之间，制冷机的二级冷头和悬浮球腔之间均通过氦气热交换，无机械接触。二级冷头布置在氦气腔内，二级冷头上带有冷凝器，可进行氦气液化。

制冷机支架为三条腿支架结构，制冷机支架上端为一圆环结构，圆环中间放置制冷机。

所述的防辐射屏内布置有圆筒形状的超导屏蔽层。在超导屏蔽层内布置有本体骨架，本体骨架内部装有悬浮球腔。所述的本体骨架为圆柱形结构，布置在氦气腔底部，氦气腔位于超导屏蔽层的内部。超导屏蔽层、本体骨架、氦气腔和防辐射屏同轴布置。

所述的超导屏蔽层采用YBCO金属化合物超导材料制造，相比铌材料，YBCO金属化合物超导材料具有较高的临界温度，并且还具有超导体的磁体钉扎效应，可有效屏蔽外界变化的磁场，为超导磁悬浮系统提供一个极为稳定的磁环境。

所述的氦气腔通过多根利兹线(Litzwire)与制冷机二级冷头连接，保证氦气腔温度均与稳定性。多根利兹线的一端焊接固定在制冷机的二级冷头上，利兹线均匀缠绕在氦气腔的外表面。

所述的上超导悬浮线圈和下超导悬浮线圈分别布置在本体骨架的中端和下端。通过上超导悬浮线圈和下超导悬浮线圈产生较弱的磁力梯度，使得重力微小变化产生的位移能够被电容电桥位移测量电路获取得到。所述的上悬浮线圈和下悬浮线圈均采用纯铌线绕制。

所述的悬浮球腔是由上电极、下电极和赤道电极共同组成的一个球形空腔，球形空腔内装有超导球。上电极位于超导球的顶部，赤道电极位于超导球赤道一周的外侧，下电极位于超导球的底部。其中环形的赤道电极沿圆周等分为四部分，分别为赤道电极一、赤道电极二、赤道电极三和赤道电极四。上电极与赤道电极之间，下电极与赤道电极之间，以及组成赤道电极的四个电极之间均有环氧树脂绝缘层隔离。

所述的超导球重力方向上的微位移由第一电容电桥电路测量获得。超导球的引线与第一电容电桥电路地电位连接。上电极的引出电线、赤道电极的引出电线和下电极的引出电线通过插针或者焊锡与第一电容电桥电路连接。此时，赤道电极作为一个整体电极使用。所述的第一电容电桥电路为通用的电容电桥测量电路。

所述的第一电容电桥电路测量超导球微位移的方法是：上电极和下电极被精确匹配的180°异相的交流信号驱动，超导球将激励信号耦合到赤道电极上。当超导球与上电极、下电极的距离相等的时候，赤道电极上的输出电压信号为零。当重力的改变使得超导球偏离它的零点位置时，赤道电极就会输出一个与超导球偏离位移呈线性关系的电压信号。通过标定赤道电极输出的电压信号与超导球偏移位移的关系，即可通过测量输出的电压获得超导球微位移的大小。将赤道电极输出的电压信号经处理反馈给上电极或下电极，调节上电极或下电极的反馈电压使超导球回到中心位置。

所述的超导球水平方向的微位移由第二电容电桥电路测量获得。超导球的引线与第二电容电桥电路地电位连接。赤道电极一、赤道电极二、赤道电极三、赤道电极四的各个电极引出电线之间通过插针或者焊锡与第二电容电桥测量电路连接。所述的第二电容电桥电路为通用的电容电桥测量电路。

所述的超导球在重力方向上的调节由上电极和下电极共同完成。当超导球离开中心位置向上偏移后，增大下电极的反馈电压，即增大调节悬浮力F，

$F=\frac{1}{2}{\mathrm{\ϵ}}_{0}S\[\frac{{(V_0+\mathrm{\Δ}V)}^2}{{(d_0+x)}^2}\],$

式中，ε₀为介电常数，S表示电极面积，V₀表示超导转子在中心位置的支承电压，ΔV表示反馈电压，d₀表示上电极13和下电极14之间距离的中心位置，x表示超导球12变化的微位移。

当超导球离开中心位置向下偏移后，增大上电极的反馈电压，即增大调节悬浮力F，使超导球回到中心位置。

所述的超导球在水平方向上的调节由赤道电极一、赤道电极二、赤道电极三、赤道电极四共同完成。增大赤道电极一的反馈电压使超导球向x轴正方向移动，增大赤道电极三的反馈电压使超导球向x轴负方向移动，增大赤道电极二的反馈电压使超导球向y轴正方向移动，增大赤道电极四的反馈电压使超导球向y轴负方向移动。

所述的重力测量装置进行移动时，可同时增加赤道电极一、赤道电极二、赤道电极三和赤道电极四的支承电压，使得超导球水平方向上的支承刚度增加，以抗击外界加速度冲击干扰，抗冲击能力能够达到5g以上，保证测量稳定性。

所述的超导球为空心薄壁球，顶部有通气小孔，超导球由空心石英球，外球面通过磁控溅射方法镀一层金属铌层。

附图说明

图1重力探测装置系统结构示意图，图中：1制冷机、2制冷机支承架、3低温容器、4减震波纹管、5防辐射屏、6超导屏蔽层、7氦气腔、8本体骨架、9上超导悬浮线圈、10下超导悬浮线圈、11悬浮球腔、12超导球、13上电极、14下电极、15赤道电极；

图2赤道电极结构示意图，图中：16赤道电极一、17赤道电极二、18赤道电极三、19赤道电极四、20绝缘层；

图3氦气腔导冷示意图，图中：21利兹线、22加热器、23电容式电子水平仪。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施方式进一步说明本发明。

如图1所示，本发明重力测量装置包括制冷机1、制冷机支承架2、低温容器3、减震波纹管4、防辐射屏5、超导屏蔽层6、氦气腔7、本体骨架8、上超导悬浮线圈9、下超导悬浮线圈10、悬浮球腔11、超导球12、上电极13、下电极14，以及赤道电极15。

所述的制冷机1位于在制冷机支承架2上部，制冷机支架2放置在水平地面上。制冷机1与低温容器3通过减震波纹管4密封连接。制冷机1采用三级分离气动阀的脉管制冷机，气体传导冷却。制冷机1的一级冷头与防辐射屏5无接触，制冷机1的二级冷头和悬浮球腔11无接触，均通过氦气热交换。制冷机1的二级冷头布置在氦气腔7内，二级冷头上带有冷凝器，可进行氦气液化。

制冷机支架2为三条腿支架结构，制冷机支架2的上端为一圆环结构，圆环中间放置制冷机1。制冷机支架2的三条腿上安装有水平测量传感器。

圆筒形状的防辐射屏5通过拉杆固定在所述的低温容器3内。防辐射屏5内布置有圆筒形状的超导屏蔽层6。在超导屏蔽层6内布置有本体骨架8，本体骨架8内部装有悬浮球腔11，所述的本体骨架8为圆柱形结构，布置在氦气腔7底部，氦气腔7位于超导屏蔽层6内。超导屏蔽层6、本体骨架8、氦气腔7和防辐射屏5为同轴布置。

所述的超导屏蔽层6采用YBCO金属化合物超导材料制造，相比铌材料，YBCO金属化合物超导材料具有较高的临界温度，可达40-100K左右，并且还具有超导体的磁体钉扎效应，可有效屏蔽外界变化的磁场，为超导磁悬浮系统提供一个极为稳定的磁环境。

所述的上超导悬浮线圈9和下超导悬浮线圈10分别布置在本体骨架8的中端和下端。本体骨架8为圆柱形空桶，内部放置有悬浮球腔11通过上超导悬浮线圈9和下超导悬浮线圈10共同产生支撑超导球12悬浮的电磁力，所述的上超导悬浮线圈9和下超导悬浮线圈10均采用铌线绕制，线径0.15mm，每个线圈800匝。所述的上超导悬浮线圈9和下超导悬浮线圈10的电流比例为0.4-0.5，悬浮力梯度为1×10^-2～1×10³N/m。上下超导悬浮线圈中心距为30-32mm，上下线悬浮超导线圈的外径为55-60mm。

所述的悬浮球腔11是由上电极13、下电极14和赤道电极15共同组成的一个球形空腔，内部装有超导球12。上电极13位于超导球12的顶部，赤道电极15位于超导球12赤道一周的外侧，下电极14位于超导球12的底部。重力微小变化产生的微位移能够被第一电容电桥电路获取，以电压信号方式输出，通过标定因子的确定即可实时得到连续的重力信号变化数据。

所述的超导球12为空心薄壁球，顶部有通气小孔，超导球12薄壁的内层为石英材料，外球面通过磁控溅射方法镀一层金属铌层。氦气通过超导球12顶部的通气小孔进出超导球12的内部，控制通过超导球12的通气小孔氦气的体积小于超导球12球体体积的12-18倍，可以减小氦气压力变化对超导球12的悬浮力的影响。

减震波纹管4使用阻尼性能好、强度高、无磁、耐低温的TQ2052高锰减振合金材料制成。该装置通过氦气导冷，省去了以往装置输入液氦的繁复性，使装置的轻量便携化得到改善。

图2赤道电极结构示意图，如图2所示，环形的赤道电极15沿其圆周方向等分为四部分，分别为赤道电极一16、赤道电极二17、赤道电极三18和赤道电极四19。上电极13与赤道电极15之间，下电极14与赤道电极15之间，以及组成赤道电极15的四个电极之间均有环氧树脂的绝缘层20。

所述的超导球12重力方向上的微位移变化通过测量上电极13和超导球12之间的间隙电容变化，下电极14和超导球12之间的间隙电容变化间接获得。即当超导球12处于上电极13和下电极14之间的中间位置时，上电极13与超导球12之间形成的间隙电容的值与下电极14与超导球12之间组成的间隙电容的值相等，此时超导球位移变化为零。当超导球12离开中间位置时，上电极13与超导球12之间形成的间隙电容的值与下电极14与超导球12之间组成的间隙电容的值产生变化，通过标定间隙电容变化与位移变化的关系，即可间接通过测量间隙电容变化获得超导球12的位移变化大小。同理，所述的超导球12水平方向的微位移通过测量赤道电极一16、赤道电极二17、赤道电极三18、赤道电极四19和超导球12之间的间隙电容变化间接获得。

所述的超导球12在重力方向上的调节力F由上电极13和下电极14共同完成。当超导球12离开中心位置向上偏移后，增大下电极14的反馈电压使超导球12回到中心位置。当超导球12离开中心位置向下偏移后，增大上电极13的反馈电压使超导球12回到中心位置。

所述的超导球在重力方向上的调节由上电极和下电极共同完成。当超导球离开中心位置向上偏移后，增大下电极的反馈电压，即增大调节悬浮力F，

$F=\frac{1}{2}{\mathrm{\ϵ}}_{0}S\[\frac{{(V_0+\mathrm{\Δ}V)}^2}{{(d_0+x)}^2}\],$

式中，F为调节悬浮力，ε₀为介电常数，S表示电极面积，V₀表示超导转子在中心位置的支承电压，ΔV表示反馈电压，d₀表示上电极13和下电极14之间距离的中心位置，x表示超导球12变化的微位移。

使超导球回到中心位置。当超导球离开中心位置向下偏移后，增大上电极的反馈电压，即增大调节悬浮力使超导球回到中心位置。

同理，所述的超导球12在水平方向上的调节力由赤道电极一16、赤道电极二17、赤道电极三18、赤道电极四19共同完成。增大赤道电极一16的反馈电压使超导球12向x轴正方向移动，增大赤道电极三18的反馈电压使超导球12向x轴负方向移动，增大赤道电极二17的反馈电压使超导球12向y轴正方向移动，增大赤道电极四19的反馈电压使超导球12向y轴负方向移动。

所述的重力测量装置移动时，根据静电支承力公式，可同时增加赤道电极一16、赤道电极二17、赤道电极三18和赤道电极四19的支承电压，即同时增大超导球12受到的支承力，使得超导球12水平方向上的支承刚度同时增加，并且增加赤道电极一16和赤道电极三18的支承电压使超导球12在x轴上的支承刚度增加，增加赤道电极二12和赤道电极四19的支承电压使超导球12在y轴上的支承刚度增加，以抗击外界加速度冲击干扰，抗冲击能力能够达到5g以上，保证移动时测量稳定性。支承刚度相当于弹簧的弹性系数，弹性系数越大，外界力对弹簧的形变影响越困难。

所有所述的电极作为测量应用时，输入频率为1-2Mhz、幅值为5-38V的电压作为激励源；所述的电极作为支承应用时，输入频率为1-20kHz、幅值为10-20kV电压作为静电力的加力支承电源。

所述的重力测量装置通过测量得到的超导球12的悬浮位移变化数据，根据公式计算获得重力变化值：

$\mathrm{\Δ}g=\frac{d}{m}K,$

式中，d为超导球12的悬浮位移，m为超导球质量，K为测量装置系统的悬浮力梯度。

图3为氦气腔导冷示意图。本发明测量装置内部的温度均匀性和稳定性对测量精度极其重要，一般mK量级的温度差别会影响到微伽(μgal)量级以上的重力精度测量。本发明在氦气腔7的外表面均匀缠绕固体导冷利兹线21，形成分布式固体导热，实现氦气腔7整体的温度均匀性。在氦气腔7顶部布置加热器22，用于对氦气腔7的恒温控制。所述的氦气腔7通过多根利兹线(Litzwire)与制冷机二级冷头连接，保证氦气腔温度均与稳定性。多根利兹线21的一端均匀焊接固定在制冷机1的二级冷头上，利兹线21均匀缠绕在氦气腔7外表面上。两个长条形的电容式电子水平仪23成正交布置在氦气腔7的顶部，采用电容电桥电路测量方法测量氦气腔7的水平位置。当氦气腔7的水平位置发生变化时，电容式电子水平仪内电容量发生变化，电容电桥电路输出电压不为零，通过标定输出电压获得氦气腔7水平倾斜角度。

Claims (10)

1.一种重力加速度测量装置，其特征在于：所述的装置包括制冷机(1)、制冷机支承架(2)、低温容器(3)、减震波纹管(4)、防辐射屏(5)、超导屏蔽层(6)、氦气腔(7)、本体骨架(8)、上超导悬浮线圈(9)、下超导悬浮线圈(10)、悬浮球腔(11)、超导球(12)、上电极(13)、下电极(14)，以及赤道电极(15)；

所述的制冷机(1)坐落在制冷机支承架(2)上面，制冷机支架(2)放置在水平地面上，制冷机支架(2)的三条腿上安装有水平测量传感器；制冷机(1)与低温容器(3)通过减震波纹管(4)密封连接；制冷机(1)的一级冷头与防辐射屏(5)无接触，通过氦气使制冷机(1)的一级冷头与防辐射屏(5)进行热交换；制冷机(1)的二级冷头和悬浮球腔(11)无接触，制冷机(1)的二级冷头布置在氦气腔(7)内，二级冷头上带有冷凝器进行氦气液化；

圆筒形状的防辐射屏(5)通过拉杆固定在所述的低温容器(3)内；防辐射屏(5)内布置有圆筒形状的超导屏蔽层(6)，超导屏蔽层(6)内布置有本体骨架(8)，本体骨架(8)内部装有悬浮球腔(11)，所述的本体骨架(8)为圆柱形结构，布置在氦气腔(7)底部；氦气腔(7)位于超导屏蔽层(6)内；超导屏蔽层(6)、本体骨架(8)、氦气腔(7)和防辐射屏(5)同轴布置；

所述的上超导悬浮线圈(9)和下超导悬浮线圈(10)分别布置在本体骨架(8)的中端和下端；

所述的悬浮球腔(11)是由上电极(13)、下电极(14)和赤道电极(15)共同组成的球形空腔，内部装有超导球(12)；

所述的上电极(13)位于超导球(12)的顶部，赤道电极(15)位于超导球(12)赤道一周的外侧，下电极(14)位于超导球(12)的底部；

所述的超导屏蔽层采用YBCO金属化合物超导材料制造。

2.按照权利要求1所述的重力加速度测量装置，其特征在于：所述的超导球(12)为空心薄壁球，顶部有通气小孔，超导球(12)薄壁的内层为石英材料制作，超导球(12)外球面镀有金属铌层；氦气通过超导球(12)顶部的通气小孔进出超导球(12)内部，所述通气小孔的氦气体积比超导球(12)球体体积小12-18倍，以降低氦气压力变化对超导球(12)的悬浮力的影响。

3.按照权利要求1所述的重力加速度测量装置，其特征在于：所述的赤道电极(15)为环形，沿其圆周等分为四部分，分别为赤道电极一(16)、赤道电极二(17)、赤道电极三(18)和赤道电极四(19)；上电极(13)与赤道电极(15)之间，下电极(14)与赤道电极(15)之间，组成赤道电极(15)的各个电极之间均有环氧树脂(20)进行绝缘隔离。

4.按照权利要求1所述的重力加速度测量装置，其特征在于：所述的超导球(12)在重力方向上的微位移由第一电容电桥电路测量获得；超导球(12)的引线与第一电容电桥电路地电位连接；上电极(13)的引出电线、赤道电极的引出电线和下电极(14)的引出电线与第一电容电桥电路连接；此时，赤道电极作为一个整体电极使用；

所述的超导球(12)在水平方向的微位移由第二电容电桥电路测量获得；超导球(12)的引线与第二电容电桥电路地电位连接；赤道电极一(16)的引出电线、赤道电极二(17)的引出电线、赤道电极三(18)的引出电线和赤道电极四(19)的引出电线与第二电容电桥测量电路连接。

5.按照权利要求4所述的重力加速度测量装置，其特征在于：所述的第一电容电桥电路测量超导球(12)重力方向上的微位移的方法是：通过上电极(13)和下电极(14)被精确匹配的180°异相的交流信号驱动，超导球(12)体将激励信号耦合到赤道电极(15)上；当超导球(12)与上电极(13)和下电极(14)的距离相等的时候，赤道电极(15)上的输出电压信号为零；当重力的改变使得超导球(12)偏离它的零点位置，赤道电极(15)输出产生一个与超导球(12)偏离位移呈线性关系的电压信号；通过标定赤道电极(15)输出的电压信号与超导球(12)偏移位移关系，即可通过测量输出的电压获得超导球(12)微位移的大小。

6.按照权利要求1所述的重力加速度测量装置，其特征在于：所述的超导球(12)在重力方向上的调节由上电极(13)和下电极(14)共同完成，当超导球(12)离开中心位置向上偏移后，增大下电极(14)反馈电压，即增大调节悬浮力F，

$F=\frac{1}{2}{\mathrm{\ϵ}}_{0}S\[\frac{{(V_0+\mathrm{\Δ}V)}^2}{{(d_0+x)}^2}\],$

式中，ε₀为介电常数，S表示电极面积，V₀表示超导转子在中心位置的支承电压，△V表示反馈电压，d₀表示上电极(13)和下电极(14)之间距离的中心位置，x表示超导球(12)变化的微位移，使超导球(12)回到中心位置；

当超导球(12)离开中心位置向下偏移后，增大上电极反馈电压，即增大调节悬浮力F，使超导球(12)回到中心位置；所述的超导球(12)在水平方向上的调节由赤道电极一(16)、赤道电极二(17)、赤道电极三(18)、赤道电极四(19)共同完成，增大赤道电极一(16)的反馈电压使超导球(12)向x轴正方向移动，增大赤道电极三(18)的反馈电压使超导球(12)向x轴负方向移动，增大赤道电极二(17)的反馈电压使超导球(12)向y轴正方向移动，增大赤道电极四(19)的反馈电压使超导球(12)向y轴负方向移动。

7.按照权利要求6所述的重力加速度测量装置，其特征在于：所述的重力测量装置移动时，同时增加赤道电极一(16)、赤道电极二(17)、赤道电极三(18)和赤道电极四(19)的支承电压，使得超导球(12)水平方向上的支承刚度同时增加，并且增加赤道电极一(16)和赤道电极三(18)的支承电压，使超导球(12)在x轴上的支承刚度增加，增加赤道电极二(12)和赤道电极四(19)的支承电压使超导球(12)在y轴上的支承刚度增加。

8.按照权利要求1所述的重力加速度测量装置，其特征在于：所述的电极作为测量应用时，输入频率为1-2MHz、幅值为5-38V的电压作为激励源；所述的电极作为支承应用时，输入频率为1-20kHz、幅值为10-20kV的电压作为静电力的加力支承电源。

9.按照权利要求1所述的重力加速度测量装置，其特征在于：所述的氦气腔(7)通过多根利兹线(21)与制冷机(1)二级冷头连接，多根利兹线(21)的一端均匀焊接固定在制冷机(1)的二级冷头上，利兹线(21)均匀缠绕在氦气腔(7)的外表面；氦气腔(7)的顶部布置有加热器(22)。

10.按照权利要求1所述的重力加速度测量装置，其特征在于：所述的两个电容式电子水平仪(23)呈正交布置在氦气腔(7)的顶部，电容式电子水平仪(23)采用电容电桥测量氦气腔(7)的水平位置，当氦气腔(7)水平发生变化时，电容式电子水平仪内的电容量发生变化，电容电桥电路输出电压不为零，通过标定输出电压获得氦气腔(7)的水平倾斜角度。