CN112505793B - 一种绝对重力测量装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绝对重力测量装置，其特征在于，包括支撑机构、平移运动测量单元、旋转运动测量单元和数据处理单元；所述平移运动测量单元和所述旋转运动测量单元分别安装于所述支撑机构上，其中所述平移运动测量单元，用于测量其所在待测位置的平移运动产生的相对运动速度v并将其发送给所述数据处理单元；所述旋转运动测量单元，用于测量所述平移运动测量单元因旋转运动产生的旋转角速度ω并将其发送给所述数据处理单元；所述数据处理单元，用于根据公式
Figure DDA0002821117250000011
确定该待测位置的绝对重力加速度g；f为观测频率。本发明具有体积较小，使用方便，可在固定或者运动载体上进行绝对重力测量。

Description

一种绝对重力测量装置
技术领域
本发明属于重力测量及机械设计领域，更具体地，涉及一种基于光纤陀螺的绝对重力测量装置。
背景技术
绝对重力测量是指利用仪器直接测定地面上某点的重力加速度真值的技术和方法，以此为基准，可进行重复观测以监测地球重力场的变化。
绝对重力仪是探测地球重力场信息的重要手段，它在国家重力基准点建立、地震与海平面监测、大地水准面的精确测定、地壳垂直形变以及国防建设等方面正发挥越来越重要的作用。
现代绝对重力测量仪器大多是利用自由落体原理来测量重力的，这类仪器体积大、结构复杂、不易使用，因而不利于绝对重力仪的发展及应用。
发明内容
针对目前绝对重力仪体积大、结构复杂、不易使用的问题，本发明的目的在于提供一种基于光纤陀螺的绝对重力测量装置，其体积较小，使用方便，可在固定或者运动载体上进行绝对重力测量。
为实现上述目的，本发明提供一种基于光纤陀螺的绝对重力测量装置，包括支撑机构、平移运动测量单元和旋转运动测量单元；所述平移运动测量单元和所述旋转运动测量单元分别安装于所述支撑机构上，其中
所述平移运动测量单元，用于测量其所在待测位置的平移运动产生的相对运动速度v并将其发送给所述数据处理单元；
所述旋转运动测量单元，用于测量所述平移运动测量单元因旋转运动产生的旋转角速度ω并将其发送给所述数据处理单元；
所述数据处理单元，用于根据公式
Figure GDA0003182573320000011
确定该待测位置的绝对重力加速度g；其中f为观测频率。
所述支撑机构，包括舱体、支撑立柱、横杆、支撑件、夹板；
进一步地，所述舱体为无盖的长方形金属壳体，所述舱体内壁设一对支撑立柱，所述立柱上端设方形凹槽。
进一步地，所述横杆为端面为正方形的长方体金属杆，置于所述立柱方形凹槽内，所述横杆上表面设长方形凹槽。
进一步地，所述支撑件为三角形金属件，顶角设微小圆弧，置于所述横杆长方形凹槽内。
进一步地，所述夹板为内部挖去长方形区域的长方体金属块，套于所述支撑件上并用紧固件紧固于所述横杆上；
所述平移运动测量单元，包括振子、第一环套、第一托盘、垫枕；
进一步地，所述振子为金属圆盘，其内部挖去方形区域，外壁挖去环状区域。
进一步地，所述第一环套为圆形金属环，置于所述振子环状区域内。
进一步地，所述第一托盘为“π”形金属薄板，置于所述振子内部方形区域下端面。
进一步地，所述垫枕为表面挖去“V”字形凹槽的长方形金属块，“V”字内顶角设置为与所述支撑件同等半径的微小圆弧，置于所述振子内部方形区域上端面。
所述旋转运动测量单元，包括第二环套、第二托盘；
进一步地，所述第二环套为圆形金属环，置于所述舱体外表面。
进一步地，所述第二托盘为“L”形金属薄板，置于所述舱体外表面。
总体而言，通过本发明所提供的以上技术方案，能够取得以下积极效果：
(1)本发明提供的基于光纤陀螺的绝对重力测量装置，通过合理的机械结构设计与组装，可使得整个测量装置在能满足基本测量要求的前提下，所占空间较小；
(2)本发明支撑件和垫枕直接接触区域设为同一半径的微小圆弧，使得接触面阻尼较小，这样使得平移运动测量单元能够在支撑机构上自由摆动；
(3)本发明支撑件和垫枕直接接触部件均选用质地较硬的金属，这样有利于减小接触圆弧因摩擦变形对测量结果的影响。
附图说明
图1是本发明的整体结构立体示意图。
图2是本发明的整体结构俯视图。
图3是本发明的前视剖面图。
图4是本发明支撑机构组图。
图5是本发明平移运动测量单元组图。
图6是本发明摆动装置组图。
其中，1-舱体、2-支撑立柱、3-横杆、4-夹板、5-垫枕、6-支撑件、7-振子、8-第一环套、9-第一托盘、10-第二环套、11-第二托盘。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处实施例是对本发明的进一步解释和说明，对本发明不构成任何限制。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的一种基于光纤陀螺的绝对重力测量装置，包括支撑机构、平移运动测量单元和旋转运动测量单元。
如图4所示，所述支撑机构，包括舱体1、支撑立柱2、横杆3、支撑件6、夹板4。所述舱体1为无盖的长方形金属壳体，舱体1内侧相对的一对内壁上分别垂直侧壁设置一支撑立柱2，所述支撑立柱2上端设方形凹槽；所述横杆3为端面为正方形的长方体金属杆，置于所述立柱2方形凹槽内，并用紧固件紧固，所述横杆3上表面设长方形凹槽；所述支撑件6为三角形金属件，顶角为微小圆弧，置于所述横杆3长方形凹槽内；所述夹板4为内部挖去长方形区域的条形金属薄板，盖于所述支撑件6上并用紧固件紧固于横杆3上。
如图5所示，所述平移运动测量单元，包括振子7、第一环套8、第一托盘9、垫枕5；所述振子7为金属圆盘，其内部挖去方形区域，外壁挖去环状区域；所述第一环套8为圆形金属环，置于所述振子7环状区域内，并用紧固件紧固；所述第一托盘9为“π”形金属薄板，置于所述振子7内部方形区域下端面，并用紧固件紧固；所述垫枕5为表面挖去“V”字形凹槽的条形金属块，用于限制振子7的摆动范围以限制其最大摆动幅度，“V”字内顶角设置为与所述支撑件6的顶角同等半径的微小圆弧，置于所述振子内部方形区域上端面，并用紧固件紧固。
如图6所示，所述平移运动测量单元的垫枕5放置于所述支撑机构的支撑件6上，平移运动测量单元与支撑机构仅有一微小圆弧接触，可自由摆动。
所述旋转运动测量单元，包括第二环套10、第二托盘11；所述第二环套10为圆形金属环，置于舱体外表面，并用紧固件紧固；所述第二托盘11为“L”形金属薄板，置于所述舱体1外表面，并用紧固件紧固。
此外，本发明提供的基于光纤陀螺的绝对重力测量装置还包括两组光纤陀螺，所述光纤陀螺包括光纤环、必要的光器件、调制电路以及数据采集单元，将已连接好并经测试通过的光纤陀螺与本发明提供的测量装置进行组装，其中光纤环分别套入所述第一环套8和第二环套10并固定，其他光器件各自放置于第一托盘9和第二托盘11并固定；数据采集单元用来采集两组光纤陀螺的输出数据。
将舱体与大地紧密接触，地面的微小振动会传导至测量装置。
通过所述平移运动测量单元，测量得到其在待测位置因平移运动产生的相对运动速度v。
通过所述旋转运动测量单元，测量得到平移运动测量单元敏感轴(即光纤环的中心轴)因旋转运动产生的旋转角速度ω。
数据处理单元，用于根据公式
Figure GDA0003182573320000041
确定该待测位置的绝对重力加速度g；其中f为观测频率。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种绝对重力测量装置，其特征在于，包括支撑机构、平移运动测量单元、旋转运动测量单元和数据处理单元；所述平移运动测量单元和所述旋转运动测量单元分别安装于所述支撑机构上，其中
所述支撑机构包括舱体(1)、支撑立柱(2)、横杆(3)、支撑件(6)；其中所述舱体(1)内侧相对的内壁上分别垂直内壁设置一支撑立柱(2)，所述支撑立柱(2)上端设有凹槽；所述横杆(3)底端固定安装于所述支撑立柱(2)的凹槽内，所述横杆(3)顶端设有凹槽；所述支撑件(6)为三角形金属件，顶角为圆弧，底端固定安装于所述横杆(3)的凹槽内；
所述平移运动测量单元，用于测量其所在待测位置的平移运动产生的相对运动速度v并将其发送给所述数据处理单元；平移运动测量单元包括振子(7)、第一环套(8)、第一托盘(9)、垫枕(5)；其中所述振子(7)为金属圆盘，其内部设有一孔，该垫枕(5)的顶端固定安装于该孔的顶部，外壁挖去环状区域；所述垫枕(5)的底端设有一“V”字形凹槽，“V”字形凹槽的内顶角为与所述支撑件(6)的顶角同等半径的圆弧；安装有所述支撑件(6)的所述横杆(3)穿过所述振子(7)内部的孔且所述支撑件(6)的顶角位于所述“V”字形凹槽的内顶角内；所述第一环套(8)固定安装于所述振子(7)环状区域内，用于安装用于测量相对运动速度v的光纤陀螺仪的光纤环；所述第一托盘(9)固定安装于所述振子(7)内部孔的底端，用于放置用于测量相对运动速度v的光纤陀螺仪的相关器件；
所述旋转运动测量单元，用于测量所述平移运动测量单元因旋转运动产生的旋转角速度ω并将其发送给所述数据处理单元；旋转运动测量单元包括第二环套(10)、第二托盘(11)；其中所述第二环套(10)固定安装于所述舱体(1)侧面，用于安装用于测量旋转角速度ω的光纤陀螺仪的光纤环；所述第二托盘(11)固定安装于所述舱体(1)侧面，用于安装用于测量旋转角速度ω的光纤陀螺仪的相关器件；
所述数据处理单元，用于根据公式
Figure FDA0003182573310000011
确定该待测位置的绝对重力加速度g；其中f为观测频率。
2.如权利要求1所述的绝对重力测量装置，其特征在于，所述支撑机构还包括一夹板(4)，所述夹板(4)为内部挖去与所述支撑件(6)匹配区域的薄板，盖于所述支撑件(6)上并用紧固件紧固于横杆(3)上，实现将所述支撑件(6)底端固定安装于所述横杆(3)的凹槽内。
3.如权利要求1所述的绝对重力测量装置，其特征在于，所述平移运动测量单元的垫枕(5)放置于所述支撑机构的支撑件(6)上，通过圆弧接触，可自由摆动。
4.如权利要求1所述的绝对重力测量装置，其特征在于，所述第二环套(10)固定安装于所述舱体(1)外表面，该外表面为安装所述支撑立柱(2)内壁对应的外表面；所述第二托盘(11)固定安装于该外表面。
5.如权利要求1所述的绝对重力测量装置，其特征在于，所述舱体(1)为无盖的壳体。
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