重力加速度的測量裝置及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明實施例公開了一種重力加速度的測量裝置及方法，其中，裝置包括：銣鐘，用于測量被測落體的下落時間t；激光干涉儀，用于在被測落體下落的過程中產(chǎn)生干涉條紋；測振儀，用于測量地面振動位移；干涉條紋采集單元，用于采集干涉條紋的個數(shù)，以計算得到被測落體的下落位移X；振動采集單元，用于采集測振儀發(fā)生的地面振動位移，以表示參考棱鏡發(fā)生的位移Y；補(bǔ)償處理單元，用于根據(jù)公式S=X-Y，得到被測落體在下落時間t內(nèi)的實際下落位移S；擬合處理單元，用于對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組（S，t）進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值。本發(fā)明實施例可以得到更加準(zhǔn)確的加速度g的數(shù)值。
【專利說明】重力加速度的測量裝置及測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及測量技術(shù)，尤其是一種重力加速度的測量裝置及測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前測量重力加速度g值使用的主要工具為絕對重力儀，使用的方法主要有經(jīng)典測量法和原子干涉測量法。經(jīng)典絕對重力儀，也可以稱之為自由落體式絕對重力儀，是通過精確測量落體在重力場中自由下落的位移和時間來獲得重力加速度。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
[0003]S (t) =-l/2gt2+v0t+s0 (1.1)
[0004]其中，g、v0和S0分別為重力加速度、初始速度及初始位移，t和S(t)分別為自由下落的時間和位移。簡化模型，忽略重力加速度空間上的變化，只需測3組對應(yīng)的時間和位移即可求解得到重力加速度g值。
[0005]現(xiàn)有的重力加速度的測量方法是利用激光干涉儀(也稱為:邁克爾遜干涉儀)監(jiān)測自由下落物體的軌跡。從激光器中發(fā)出的激光光束入射到分光鏡后，通過分光鏡分為兩束:測量光束和參考光束；其中，測量光束照射到被測落體(角錐棱鏡)上發(fā)生反射；經(jīng)被測落體反射后的測量光束照射到參考棱鏡上進(jìn)行反射。當(dāng)被測落體下落時，經(jīng)參考棱鏡反射回來的測量光束和參考光束發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋。干涉條紋的個數(shù)對應(yīng)被測落體的下落位移，同時以銣鐘作為頻率標(biāo)準(zhǔn)記錄被測落體下落的時間。通常采用多點測量，利用最小二乘法擬合得到重力加速度g值。
[0006]為了保證被測落體下落過程中產(chǎn)生的干涉條紋對應(yīng)落體和地球之間相對距離的變化，參考棱鏡必須相對地球中心靜止，然而地球表面除了大地脈動外還受到其他振動源的干擾，使得參考棱鏡無法完全相對地球中心靜止，最終產(chǎn)生的干涉條紋包含了地面振動的信息，影響了被測落體相對于地球運(yùn)動距離的測量。因此，針對這種激光干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋并非完全對應(yīng)被測落體相對地球的實際運(yùn)動距離，影響了最終得到的重力加速度g值的準(zhǔn)確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明實施例所要解決的技術(shù)問題是:提供一種重力加速度的測量裝置及測量方法，以得到更加準(zhǔn)確的重力加速度g的值。
[0008]本發(fā)明實施例提供的一種重力加速度的測量裝置，包括:
[0009]銣鐘，用于在被測落體下落的過程中，測量被測落體的下落時間t ；
[0010]激光干涉儀，用于在被測落體下落的過程中，產(chǎn)生干涉條紋；
[0011]測振儀，用于測量地面振動位移；
[0012]干涉條紋采集單元，用于采集激光干涉儀在被測落體的下落時間t內(nèi)產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，所述干涉條紋的個數(shù)用于表示被測落體在所述下落時間t內(nèi)的下落位移X ;
[0013]振動采集單元，用于采集測振儀在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的地面振動位移，所述地面振動位移用于表示激光干涉儀中參考棱鏡在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y ;[0014]補(bǔ)償處理單元，用于根據(jù)公式S=X-Y,利用參考棱鏡在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y對被測落體在所述下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，得到被測落體在所述下落時間t內(nèi)的實際下落位移S ;
[0015]擬合處理單元，用于根據(jù)公式S=-l/2gt2+V(lt+S(l，對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值；其中，V0表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始速度，Stl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始位移。
[0016]本發(fā)明上述重力加速度的測量裝置的另一實施例中，還包括:
[0017]同步觸發(fā)信號發(fā)生單元，用于在所述銣鐘測量被測落體的下落時間t時，分別向干涉條紋采集單元和振動采集單元發(fā)送同步觸發(fā)信號，以觸發(fā)干涉條紋采集單元采集所述下落時間t內(nèi)激光干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，同時觸發(fā)振動采集單元采集所述下落時間t內(nèi)測振儀發(fā)生的地面振動位移。
[0018]本發(fā)明上述重力加速度的測量裝置的另一實施例中，所述測振儀的測量頻率范圍包括 0.033HZ-70HZ。
[0019]本發(fā)明上述重力加速度的測量裝置的另一實施例中，所述激光干涉儀包括激光器、位于激光器發(fā)出的激光光束傳輸光路上的分光鏡和光電探測器、以及參考棱鏡；其中:
[0020]激光器，用于產(chǎn)生并發(fā)射激光光束，該激光光束傳輸并入射到分光鏡；
[0021]分光鏡，具有一定的透反系數(shù)，用于對入射的激光光束進(jìn)行反射和透射，將入射的激光光束透射得到參考光束，將入射的激光光束反射得到測量光束；所述測量光束入射到被測落體上，經(jīng)被測落體反射后的測量光束入射到激光干涉儀內(nèi)的參考棱鏡上，在被測落體下落的過程中，經(jīng)參考棱鏡反射后的測量光束和參考光束相交發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋；
[0022]參考棱鏡，用于對經(jīng)被測落體反射后的測量光束進(jìn)行反射；
[0023]光電探測器，用于探測測量光束和參考光束干涉產(chǎn)生的干涉條紋。
[0024]本發(fā)明實施例提供的一種重力加速度的測量方法，包括:
[0025]在被測落體下落的過程中，利用銣鐘測量被測落體的下落時間t ；
[0026]利用干涉條紋采集單元采集激光干涉儀在被測落體的下落時間t內(nèi)產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，所述干涉條紋的個數(shù)用于表示被測落體在所述下落時間t內(nèi)的下落位移X ;同時，利用振動采集單元采集測振儀在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的地面振動位移，所述地面振動位移用于表示激光干涉儀中參考棱鏡在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y ;
[0027]根據(jù)公式S=X-Y,利用參考棱鏡在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y對被測落體在所述下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，得到被測落體在所述下落時間t內(nèi)的實際下落位移S;
[0028]根據(jù)公式S=-l/2gt2+V(lt+S(l，對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值；其中，Vtl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始速度，Stl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始位移。
[0029]本發(fā)明上述重力加速度的測量方法的另一實施例中，還包括:
[0030]銣鐘測量被測落體的下落時間t時，同步觸發(fā)信號發(fā)生單元分別向干涉條紋采集單元和振動采集單元發(fā)送同步觸發(fā)信號，以觸發(fā)干涉條紋采集單元采集所述下落時間t內(nèi)激光干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，同時觸發(fā)振動采集單元采集所述下落時間t內(nèi)測振儀發(fā)生的地面振動位移。
[0031]本發(fā)明上述重力加速度的測量方法的另一實施例中，還包括:
[0032]所述測振儀的測量頻率范圍包括0.033Hz-70Hz。
[0033]本發(fā)明上述重力加速度的測量方法的另一實施例中，還包括利用激光干涉儀在被測落體下落的過程中產(chǎn)生干涉條紋的操作:
[0034]激光干涉儀內(nèi)的激光器發(fā)出的激光光束入射到分光鏡后，通過分光鏡分為測量光束和參考光束；
[0035]所述測量光束入射到被測落體上發(fā)生反射，經(jīng)被測落體反射后的測量光束入射到激光干涉儀內(nèi)的參考棱鏡上發(fā)生反射；
[0036]在被測落體下落的過程中，經(jīng)參考棱鏡反射后的測量光束和參考光束相交發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋；
[0037]激光干涉儀內(nèi)的光電探測器探測產(chǎn)生的干涉條紋。
[0038]基于本發(fā)明上述實施例提供的重力加速度的測量裝置及測量方法，分別利用干涉條紋采集單元和振動采集單元在被測落體的下落時間t內(nèi)采集激光干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)和測振儀測量的地面振動位移，干涉條紋的個數(shù)用于計算得到被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X，地面振動位移用于表示激光干涉儀中參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y，利用參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y對被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，得到被測落體在下落時間t內(nèi)的實際下落位移S。對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實施例通過振動補(bǔ)償所得到的重力加速度g的值更加準(zhǔn)確，數(shù)據(jù)的分散性更小。
[0039]下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0040]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0041]圖1為本發(fā)明重力加速度的測量裝置一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0042]圖2為本發(fā)明重力加速度的測量裝置另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0043]圖3為本發(fā)明實施例中激光干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0044]圖4為本發(fā)明重力加速度的測量方法一個實施例的流程圖；
[0045]圖5為本發(fā)明重力加速度的測量方法另一個實施例中激光干涉儀在被測落體下落的過程中產(chǎn)生干涉條紋的流程圖。
【具體實施方式】
[0046]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0047]圖1為本發(fā)明重力加速度的測量裝置一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本發(fā)明提供的重力加速度的測量裝置具體包括:銣鐘100、激光干涉儀101、測振儀102、干涉條紋采集單元103、振動采集單元104、補(bǔ)償處理單元105、以及擬合處理單元106。
[0048]其中，銣鐘100用于在被測落體下落的過程中，測量被測落體的下落時間t。
[0049]激光干涉儀101用于在被測落體下落的過程中，監(jiān)測被測落體的下落軌跡，產(chǎn)生干涉條紋。
[0050]測振儀102用于測量地面振動位移。
[0051]干涉條紋采集單元103用于采集激光干涉儀101在被測落體的下落時間t內(nèi)產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，該干涉條紋的個數(shù)用于表示被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X，并將在下落時間t內(nèi)采集到的干涉條紋的個數(shù)發(fā)送給補(bǔ)償處理單元105。
[0052]振動采集單元104用于采集測振儀102在下落時間t內(nèi)發(fā)生的地面振動位移，該地面振動位移用于表示激光干涉儀101中參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y，并將下落時間t內(nèi)采集到的地面振動位移發(fā)送給補(bǔ)償處理單元105。
[0053]補(bǔ)償處理單元105用于根據(jù)公式S=X-Y,利用振動采集單元104采集到的下落時間t內(nèi)發(fā)生的地面振動位移所表示的參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y，對干涉條紋采集單元103采集到的下落時間t內(nèi)干涉條紋的個數(shù)計算得到的被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，從而得到被測落體在下落時間t內(nèi)的實際下落位移S，并將每一組下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)發(fā)送給擬合處理單元106。
[0054]擬合處理單元106用于根據(jù)公式S=-l/2gt2+V(lt+S(l，對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)，例如(S1, ti)、(S2, t2)、(S3, t3)，進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值。
[0055]其中，Vtl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始速度(即:下落時間t內(nèi)初始時刻的速度)，Stl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始位移(即:下落時間t內(nèi)初始時刻的速度)。
[0056]本實施例提供的重力加速度的測量裝置，分別利用干涉條紋采集單元103和振動采集單元104在被測落體的下落時間t內(nèi)采集激光干涉儀101產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)和測振儀102發(fā)生的地面振動位移，干涉條紋的個數(shù)用于表示被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X，地面振動位移用于表示激光干涉儀101中參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y。根據(jù)公式S=X-Y,利用參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y對被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，得到被測落體在下落時間t內(nèi)的實際下落位移S。根據(jù)公式S=-l/2gt2+V(lt+S(l，對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過振動補(bǔ)償所得到的重力加速度g的值數(shù)據(jù)分散性更小。
[0057]作為示例，采用上述實施例提供的加速度測量裝置在地面振動較大的地點，例如，在中國計量科學(xué)研究院和平里院區(qū)進(jìn)行重力加速度測量時，振動補(bǔ)償后得到的A類測量不確定度變?yōu)檎駝友a(bǔ)償前的1/10。在地面振動較小的地點，例如，在中國計量科學(xué)研究院昌平院區(qū)進(jìn)行重力加速度測量時，振動補(bǔ)償前A類測量不確定度為4.9微伽，振動補(bǔ)償后A類測量不確定度為1.4微伽，振動補(bǔ)償后得到的A類測量不確定度變?yōu)檎駝友a(bǔ)償前的1/3.5。
[0058]作為本發(fā)明上述重力加速度的測量裝置的另一個實施例，還可以包括同步觸發(fā)信號發(fā)生單元110，如圖2所示，為本發(fā)明重力加速度的測量裝置的另一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在該實施例中，同步觸發(fā)信號發(fā)生單元110用于在銣鐘100測量被測落體的下落時間t時，分別向干涉條紋采集單元103和振動采集單元104發(fā)送同步觸發(fā)信號，以觸發(fā)(Trig.)干涉條紋采集單元103采集下落時間t內(nèi)激光干涉儀101產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，同時觸發(fā)(Trig.)振動采集單元104采集下落時間t內(nèi)測振儀102發(fā)生的地面振動位移?？蛇x地，該同步觸發(fā)信號可以在銣鐘100測量被測落體的下落時間t時由其它設(shè)備發(fā)出，以保證可以同步采集激光干涉儀101產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)和測振儀102發(fā)生的地面振動位移。
[0059]作為本發(fā)明上述實施例重力加速度的測量裝置的一個具體實例而非限制，測振儀102可以為高精度低頻測振儀，其參數(shù)例如，測量頻率范圍可以包括0.033Hz-70Hz，速度靈敏度可以為lX10_9m/S，分辨率可以為lX10_5gal，動態(tài)范圍可以為140dB，從而保證所采集到的測振儀102發(fā)生的地面振動位移為參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移。
[0060]在上述各實施例重力加速度的測量裝置中，激光干涉儀101可以包括激光器210、位于激光器210發(fā)出的激光光束傳輸光路上的分光鏡220和光電探測器240、以及參考棱鏡230，如圖3所示，為本發(fā)明實施例中激光干涉儀的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0061]其中，激光器210用于產(chǎn)生并發(fā)射激光光束，該激光光束傳輸并入射到分光鏡220。
[0062]分光鏡220具有一定的透反系數(shù)，用于對入射的激光光束進(jìn)行反射和透射，將入射的激光光束透射得到參考光束，將入射的激光光束反射得到測量光束；，測量光束入射到被測落體上，經(jīng)被測落體反射后的測量光束入射到激光干涉儀101內(nèi)的參考棱鏡230上，在被測落體下落的過程中，經(jīng)參考棱鏡230反射后的測量光束和參考光束在A點相交發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋。
[0063]參考棱鏡230用于對經(jīng)被測落體反射后的測量光束進(jìn)行反射。
[0064]光電探測器240用于探測測量光束和參考光束干涉產(chǎn)生的干涉條紋。具體地，該測量光束為經(jīng)參考棱鏡230反射后的測量光束。
[0065]圖4為本發(fā)明重力加速度的測量方法一個實施例的流程圖。該實施例可以基于本發(fā)明上述實施例重力加速度的測量系統(tǒng)實現(xiàn)。如圖4所示，本實施例提供的重力加速度的測量方法，具體包括:
[0066]步驟300，在被測落體下落的過程中，利用銣鐘測量被測落體的下落時間t ；
[0067]步驟301，干涉條紋采集單元采集激光干涉儀在被測落體的下落時間t內(nèi)產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，干涉條紋的個數(shù)用于表示被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X ;同時，利用振動采集單元采集測振儀在下落時間t內(nèi)發(fā)生的地面振動位移，地面振動位移用于表示激光干涉儀中參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y ；
[0068]步驟302，根據(jù)公式S=X-Y,利用參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y對被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，得到被測落體在下落時間t內(nèi)的實際下落位移S ；
[0069]步驟303，根據(jù)公式S=-l/2gt2+V(lt+S(l，對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值；其中，Vtl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始速度(即:下落時間t內(nèi)初始時刻的速度)，Stl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始位移(即:下落時間t內(nèi)初始時刻的速度)。[0070]本實施例提供的重力加速度的測量方法，分別利用干涉條紋采集單元和振動采集單元在被測落體的下落時間t內(nèi)采集激光干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)和測振儀發(fā)生的地面振動位移，干涉條紋的個數(shù)用于表示被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X，地面振動位移用于表示激光干涉儀中參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y。根據(jù)公式S=X-Y,利用參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y對被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，得到被測落體在下落時間t內(nèi)的實際下落位移S。根據(jù)公式S=-l/2gt2+V(lt+S(l，對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，通過振動補(bǔ)償所得到的重力加速度g的值，數(shù)據(jù)分散性更小。
[0071]作為本發(fā)明重力加速度的測量方法的另一個實施例，再參見圖2，銣鐘100測量被測落體的下落時間t時，同步觸發(fā)信號發(fā)生單元110分別向干涉條紋采集單元103和振動采集單元104發(fā)送同步觸發(fā)信號，以觸發(fā)干涉條紋采集單元103采集下落時間t內(nèi)激光干涉儀101產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，同時觸發(fā)振動采集單元104采集下落時間t內(nèi)測振儀102發(fā)生的地面振動位移。可選地，該同步觸發(fā)信號可以在銣鐘100測量被測落體的下落時間t時由其它設(shè)備發(fā)出，以保證可以同步采集激光干涉儀101產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)和測振儀102發(fā)生的地面振動位移。
[0072]作為本發(fā)明上述實施例重力加速度的測量方法的一個具體實例而非限制，測振儀可以為高精度低頻測振儀，其參數(shù)例如，測量頻率范圍可以包括0.033Hz-70Hz，速度靈敏度可以為lX10_9m/S，分辨率可以為lX10_5gal，動態(tài)范圍可以為140dB，從而保證所采集到的測振儀發(fā)生的地面振動位移為參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移。
[0073]圖5為本發(fā)明重力加速度的測量方法的另一個實施例中激光干涉儀在被測落體下落的過程中產(chǎn)生干涉條紋的流程圖。如圖5所示，在本實施例中，圖4所示的實施例還可以包括利用激光干涉儀在被測落體下落的過程中產(chǎn)生干涉條紋的以下操作:
[0074]步驟400，激光干涉儀內(nèi)的激光器發(fā)出的激光光束入射到分光鏡后，通過分光鏡分為測量光束和參考光束；
[0075]步驟401，測量光束入射到被測落體上發(fā)生反射，經(jīng)被測落體反射后的測量光束入射到激光干涉儀內(nèi)的參考棱鏡上發(fā)生反射；
[0076]步驟402，在被測落體下落的過程中，經(jīng)參考棱鏡反射后的測量光束和參考光束相交發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋；
[0077]步驟403，激光干涉儀內(nèi)的光電探測器探測產(chǎn)生的干涉條紋。
[0078]本實施例提供的重力加速度的測量裝置及測量方法，分別利用干涉條紋采集單元和振動采集單元在被測落體的下落時間t內(nèi)采集激光干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)和測振儀發(fā)生的地面振動位移，干涉條紋的個數(shù)用于表示被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X，地面振動位移用于表示激光干涉儀中參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y。根據(jù)公式S=X_Y，利用參考棱鏡在下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y對被測落體在下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，得到被測落體在下落時間t內(nèi)的實際下落位移S。根據(jù)公式S=-l/2gt2+V(lt+S(l，對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值。通過振動補(bǔ)償所得到的重力加速度g的值，數(shù)據(jù)分散性更小。
[0079]本發(fā)明的描述是為了示例和描述起見而給出的，而并不是無遺漏的或者將本發(fā)明限于所公開的形式。很多修改和變化對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言是顯然的。選擇和描述實施例是為了更好說明本發(fā)明的原理和實際應(yīng)用，并且使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠理解本發(fā)明從而設(shè)計適于特定用途的帶有各種修改的各種實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種重力加速度的測量裝置，其特征在于，包括: 銣鐘，用于在被測落體下落的過程中，測量被測落體的下落時間t; 激光干涉儀，用于在被測落體下落的過程中，產(chǎn)生干涉條紋； 測振儀，用于測量地面振動位移； 干涉條紋采集單元，用于采集激光干涉儀在被測落體的下落時間t內(nèi)產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，所述干涉條紋的個數(shù)用于表示被測落體在所述下落時間t內(nèi)的下落位移X ； 振動采集單元，用于采集測振儀在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的地面振動位移，所述地面振動位移用于表示激光干涉儀中參考棱鏡在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y ； 補(bǔ)償處理單元，用于根據(jù)公式S=X-Y,利用參考棱鏡在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y對被測落體在所述下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，得到被測落體在所述下落時間t內(nèi)的實際下落位移S ; 擬合處理單元，用于根據(jù)公式S=-l/2gt2+V(lt+S(l，對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值；其中，Vtl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始速度，Stl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始位移。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括: 同步觸發(fā)信號發(fā)生 單元，用于在所述銣鐘測量被測落體的下落時間t時，分別向干涉條紋采集單元和振動采集單元發(fā)送同步觸發(fā)信號，以觸發(fā)干涉條紋采集單元采集所述下落時間t內(nèi)激光干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，同時觸發(fā)振動采集單元采集所述下落時間t內(nèi)測振儀發(fā)生的地面振動位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述測振儀的測量頻率范圍包括0.033Hz-70Hz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任意一項所述的裝置，其特征在于， 所述激光干涉儀包括激光器、位于激光器發(fā)出的激光光束傳輸光路上的分光鏡和光電探測器、以及參考棱鏡；其中: 激光器，用于產(chǎn)生并發(fā)射激光光束，該激光光束傳輸并入射到分光鏡； 分光鏡，具有一定的透反系數(shù)，用于對入射的激光光束進(jìn)行反射和透射，將入射的激光光束透射得到參考光束，將入射的激光光束反射得到測量光束；所述測量光束入射到被測落體上，經(jīng)被測落體反射后的測量光束入射到激光干涉儀內(nèi)的參考棱鏡上，在被測落體下落的過程中，經(jīng)參考棱鏡反射后的測量光束和參考光束相交發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋； 參考棱鏡，用于對經(jīng)被測落體反射后的測量光束進(jìn)行反射； 光電探測器，用于探測測量光束和參考光束干涉產(chǎn)生的干涉條紋。
5.一種重力加速度的測量方法，其特征在于，包括: 在被測落體下落的過程中，利用銣鐘測量被測落體的下落時間t ； 利用干涉條紋采集單元采集激光干涉儀在被測落體的下落時間t內(nèi)產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，所述干涉條紋的個數(shù)用于表示被測落體在所述下落時間t內(nèi)的下落位移X ;同時，利用振動采集單元采集測振儀在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的地面振動位移，所述地面振動位移用于表示激光干涉儀中參考棱鏡在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y ; 根據(jù)公式S=x-Y，利用參考棱鏡在所述下落時間t內(nèi)發(fā)生的位移Y對被測落體在所述下落時間t內(nèi)的下落位移X進(jìn)行補(bǔ)償，得到被測落體在所述下落時間t內(nèi)的實際下落位移S ；根據(jù)公式S=-l/2gt2+V(lt+S(l，對三組以上下落時間t及其對應(yīng)實際下落位移S的數(shù)據(jù)組(S，t)進(jìn)行最小二乘法擬合，得到重力加速度g的數(shù)值；其中，g表示重力加速度，V。表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始速度，Stl表示被測落體在下落時間t內(nèi)的初始位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，還包括: 銣鐘測量被測落體的下落時間t時，同步觸發(fā)信號發(fā)生單元分別向干涉條紋采集單元和振動采集單元發(fā)送同步觸發(fā)信號，以觸發(fā)干涉條紋采集單元采集所述下落時間t內(nèi)激光干涉儀產(chǎn)生的干涉條紋的個數(shù)，同時觸發(fā)振動采集單元采集所述下落時間t內(nèi)測振儀發(fā)生的地面振動位移。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述測振儀的測量頻率范圍包括0.033Hz-70Hz。
8.根據(jù)權(quán)利要求5-7任意一項所述的方法，其特征在于，還包括利用激光干涉儀在被測落體下落的過程中產(chǎn)生干涉條紋的操作: 激光干涉儀內(nèi)的激光器發(fā)出的激光光束入射到分光鏡后，通過分光鏡分為測量光束和參考光束； 所述測量光束入射到被測落體上發(fā)生反射，經(jīng)被測落體反射后的測量光束入射到激光干涉儀內(nèi)的參考棱鏡上發(fā)生反射； 在被測落體下落的過程中，經(jīng)參考棱鏡反射后的測量光束和參考光束相交發(fā)生干涉，產(chǎn)生干涉條紋； 激光干涉儀內(nèi)的光電探測器探測產(chǎn)生的干涉條紋。
【文檔編號】G01V7/14GK103792589SQ201410082065
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】吳書清, 李春劍, 粟多武, 徐進(jìn)義 申請人:中國計量科學(xué)研究院