CN201654251U - 室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪 - Google Patents

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肖学年
何志堂
解俊涛
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Abstract

一种悬挂式自由落体绝对重力仪，包括落体舱系统、光学干涉系统、震动隔离系统、激光器、原子钟和控制器；落体舱系统包括真空腔体以及设于真空腔体内的落体舱，落体舱内设有装有角隅棱镜的落体质量块及用于运输落体质量块的可在落体舱中上下移动的托扶小车；光学干涉系统位于落体舱的正下方，震动隔离系统位于光学干系统下方且置于地面上；还包括一悬挂基座，该悬挂基座包括安装于悬挂顶上的连接件、设于连接件下方的用于光束准直的调平螺旋、设于调平螺旋下方的连接器，连接器与落体舱系统连接。本实用新型解决了现有自由落体式绝对重力仪落体质量释放时地面反弹形变影响测量精度的技术问题。

Description

室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪
技术领域
本实用新型涉及一种自由落体式绝对重力仪。
背景技术
绝对重力仪可获得观测点的绝对重力值及其变化，广泛应用于大地测量学、地球物理学、地球动力学和地震学等领域。根据绝对重力仪的测量数据可建立国家重力基准、标定相对重力仪、反演地球内部结构与运动信息、监测地壳及海平面变化等，同时也在军事、航天、导航、资源勘探与开发等工程应用领域有广泛的应用，因此其既是基础科学研究仪器，也是工程应用工具，一直倍受各国同行重视。目前，国际上成熟的绝对重力仪主要是自由落体式绝对重力仪，一般包括落体舱、支架、光学干涉系统、震动隔离系统、激光器、原子钟和控制器。落体舱内落体质量可自由下落，通过激光干涉仪测量落体质量下落的距离和时间，测定重力加速度(g)。但是落体质量块释放时，有时地面会发生反弹形变，从而影响测量精度。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，解决了现有自由落体式绝对重力仪落体质量释放时地面反弹形变影响测量精度的技术问题。
为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案：
一种室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，包括落体舱系统、光学干涉系统、震动隔离系统、激光器、原子钟和控制器；落体舱系统包括真空腔体以及设于真空腔体内的落体舱，落体舱内设有装有角隅棱镜的落体质量块及用于运输落体质量块的可在落体舱中上下移动的托扶小车；光学干涉系统位于落体舱的正下方，震动隔离系统位于光学干系统下方且置于地面上；还包括一悬挂基座，该悬挂基座包括安装于悬挂顶上的连接件、设于连接件下方的用于光束准直的调平螺旋、设于调平螺旋下方的连接器，连接器与落体舱系统连接。
由以上可见，本实用新型的落体舱通过悬挂基座悬挂安装于观测室屋顶上，悬挂基座下部连接接落体舱，使落体舱内落体质量块释放时地面产生的反弹力通过悬挂基座分解到墙体上，将反弹力降至最小，解决了现有自由落体式绝对重力仪由于落体质量块释放时地面反弹削弱测量精度的问题。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型包括悬挂基座1、落体舱系统2、光学干涉系统4、震动隔离系统5、激光器6、原子钟7和控制器8。悬挂基座1包括安装于悬挂顶的连接件10、设于连接件10下方的调平螺旋11、位于调平螺旋11下方的连接器12、安装于连接器12下方的连接螺旋13、连接器12与连接件10之间通过调平螺旋11连接。本实施例中设置了三个调平螺旋11，用于光束准直。
连接螺旋13下方连接落体舱系统2，落体舱系统2包括真空腔体20、设于真空腔体20内的落体舱21，真空腔体20外侧壁上还可设有倒支架3，用于进一步稳定真空腔体20，使其不发生晃动，该倒支架3另一端安装在悬挂顶上。本实用新型中的悬挂顶可以是观测室的屋顶等。优选的，倒支架3安装在真空腔体20下部的外侧壁上。落体舱系统下部安装倒支架3后可有效增加其稳定性。
落体舱21内设有落体质量块22、用于运输落体质量块22的托扶小车23，托扶小车23滑动安装在导轨24上，托扶小车23可沿导轨24在落体舱21中上下移动，落体质量块22中装有角隅棱镜25。
光学干涉系统4位于落体舱系统2的正下方，二者相隔一小段距离。本实用新型中的光学干涉系统4与现有技术中光学干涉系统的结构一样，其包括棱镜组、探测器40、观察窗41、望远镜42。该棱镜组包括调节反射镜43、反射镜44、第一分光镜45以及第二分光镜46，其中第一分光镜45、第二分光镜46和望远镜42、观察窗41位于同一水平直线上；探测器40、第二分光镜46和调节反射镜43位于同一竖直直线上。
本实用新型中的震动隔离系统5也与现有技术中震动隔离系统的结构一样，主要包括一个弹簧组/阻尼装置50，弹簧组/阻尼装置50的主弹簧的底部悬挂一参考棱镜51，弹簧组/阻尼装置50为参考棱镜51提供一个伪惯性系统。参考棱镜51也为角隅棱镜。
以下对本实用新型的工作过程作进一步的说明：
激光器、落体舱系统、光学干涉系统和震动隔离系统组成一架迈克尔逊干涉仪，落体质量块可在落体舱内无阻力自由下落，下落距离由迈克尔逊干涉仪测量，外部原子钟通过电子系统测量落体质量块下落时间。所测“距离--时间”数据代入落体运动方程由控制器求解重力加速度。控制器可以是外部电脑，测量原始数据直接传输到外部电脑的控制器，控制器安装有数据解算软件，可对原始数据进行粗差剔除、数据解算、最小二乘拟合等处理。
激光器6产生的激光经光纤引导后传递至光学干涉系统4，并在第一分光镜45处被分成水平光束和竖直光束，水平光束直接射至第二分光镜46；竖直光束则向上射至落体舱2内，经落体质量块22中的角隅棱镜25向下反射至震动隔离系统5中的参考棱镜51，再次被向上反射，经反射镜44和调节反射镜43反射射至第二分光镜46，与水平光束汇合。水平光束和竖直光束分别在第二分光镜46被分光，二者分光后的水平光束与竖直光束分别汇合成水平汇合光束和竖直汇合光束。竖直汇合光束向上射至探测器40，经探测器40转化为电信号传输至外部控制系统。水平汇合光束水平运动至望远镜42，经望远镜42调整后在观察窗41形成干涉条纹。竖直光束携带落体舱21内落体质量块22下落的距离信息，并将其传输至探测器40转化为电信号，最后被送至外部控制器，同时原子钟7提供的时间信息也被传输至外部控制器，外部控制器结合落体质量块22下落的距离信息和时间信息解算重力加速度g。
传统的绝对重力仪在落体质量块下落瞬间，由于地面所受压力发生变化，将会产生弹性形变，进而带动重力仪一起震动，这将会在一定程度上影响测量精度，而本实用新型通过将真空腔与干涉测量系统分离，使得干涉测量系统在测量中对地面的压力为一恒定值，从而不引入额外震动，提高了测量精度。
本发明的优点是：落体舱系统2下部安装倒支架3，悬挂基座1与倒支架3把落体舱系统2悬挂在屋顶下部，从而使落体舱系统2与干涉仪及地面分离，落体质量块释放时地面就不会产生反弹形变，从而提高测量精度。
当然，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本实用新型的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围之中。

Claims (9)

1.一种室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，包括落体舱系统(2)、光学干涉系统(4)、震动隔离系统(5)、激光器(6)、原子钟(7)和控制器(8)；
所述落体舱系统(2)包括真空腔体(20)以及设于真空腔体(20)内的落体舱(21)，所述落体舱(21)内设有装有角隅棱镜(25)的落体质量块(22)及用于运输落体质量块(22)的可在落体舱(21)中上下移动的托扶小车(23)；
所述光学干涉系统(4)位于落体舱(2)的正下方，所述震动隔离系统(5)位于所述光学干系统(4)下方且置于地面上；
其特征在于：
还包括一悬挂基座(1)，所述悬挂基座(1)包括安装于悬挂顶上的连接件(10)、设于连接件(10)下方的用于光束准直的调平螺旋(11)、设于调平螺旋(11)下方的连接器(12)，所述连接器(12)与所述落体舱系统(2)连接。
2.根据权利要求1所述的室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，其特征在于：所述连接件(10)下方设置三个调平螺旋(11)。
3.根据权利要求1所述的室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，其特征在于：所述真空腔体(20)外侧壁固连一安装在悬挂顶上的倒支架(3)。
4.根据权利要求3所述的室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，其特征在于：所述倒支架(3)固连于落体舱(2)下部。
5.根据权利要求1所述的室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，其特征在于：所述连接器(12)与落体舱系统(2)之间通过连接螺旋(13)连接。
6.根据权利要求1所述的室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，其特征在于：所述震动隔离系统(5)包括一个弹簧组/阻尼装置(50)，所述弹簧组/阻尼装置(50)的主弹簧的底部悬挂一参考棱镜(51)。
7.根据权利要求6所述的室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，其特征在于：所述参考棱镜(51)为角隅棱镜。
8.根据权利要求1所述的室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，其特征在于：所述落托扶小车(23)滑动安装在落体舱(21)中的导轨(24)上。
9.根据权利要求1所述的室内固定悬挂式自由落体绝对重力仪，其特征在于：所述光学干涉系统(4)包括一棱镜组、探测器(40)、观察窗(41)以及望远镜(42)；所述棱镜组包括调节反射镜(43)、反射镜(44)、第一分光镜(45)以及第二分光镜(46)，其中，所述第一分光镜(45)、第二分光镜(46)和望远镜(42)、观察窗(41)位于同一水平直线上；所述探测器(40)、第二分光镜(46)和调节反射镜(43)位于同一竖直直线上。
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