专利摘要

本实用新型公开了一种异步下落差分式绝对重力仪，该异步下落差分式绝对重力仪包括真空仓、上角锥棱镜、下角锥棱镜、激光器、光路系统、光电探测部件和信号采集及处理系统；真空仓内设有导轨组；上角锥棱镜和下角锥棱镜分别上下滑动装于导轨组上；光路系统包括分束镜、合束镜、第一反射光路和第二反射光路，上角锥棱镜和下角锥棱镜分别位于第一反射光路和第二反射光路中，分束镜设于真空仓内一侧上方，合束镜设于真空仓内下方对应分束镜的位置，激光器设于真空仓外对应分束镜的位置，光电探测部件设于真空仓外对应合束镜的位置，并与信号采集及处理系统连接。优点：解决了现有绝对重力仪受地面震动影响测量精度的技术问题。

权利要求

1.一种异步下落差分式绝对重力仪，其特征在于：包括真空仓(1)、上角锥棱镜(2)、下角锥棱镜(3)、激光器(4)、光路系统、光电探测部件(5)和信号采集及处理系统；所述真空仓(1)内设有竖直的导轨组(11)；所述上角锥棱镜(2)和下角锥棱镜(3)的底端相对远离，且二者分别上下间隔的滑动装配于所述导轨组(11)上；所述光路系统包括分束镜(61)、合束镜(62)、第一反射光路和第二反射光路，所述上角锥棱镜(2)和下角锥棱镜(3)分别位于所述第一反射光路和第二反射光路中，所述分束镜(61)设置于所述真空仓(1)内部的一侧上方，所述合束镜(62)设置于所述真空仓(1)内部的下方对应所述分束镜(61)的位置，所述激光器(4)设置于所述真空仓(1)外部对应所述分束镜(61)的位置，所述光电探测部件(5)设置于所述真空仓(1)外部对应所述合束镜(62)的位置，并与所述信号采集及处理系统连接；所述激光器(4)用于向所述分束镜(61)发出光束，并由所述分束镜(61)分成分别射向所述第一反射光路和合束镜(62)的两束光，所述第一反射光路用于接收对应的光束，并经所述上角锥棱镜(2)竖直入射及反射，最后由所述第二反射光路接收；所述第二反射光路用于接收入射光束，并经所述下角锥棱镜(3)竖直入射及反射，最后射向所述合束镜(62)，所述合束镜(62)用于将合束后的光束射向所述光电探测部件(5)，在所述真空仓(1)中先后驱动两个落体进行异步自由下落。

2.根据权利要求1所述的一种异步下落差分式绝对重力仪，其特征在于：所述第一反射光路包括第一反射镜(63)、第二反射镜(64)和第三反射镜(65)，所述第三反射镜(65)设置于所述真空仓(1)内部另一侧上方对应所述分束镜(61)的位置，所述第一反射镜(63)和第二反射镜(64) 由所述真空仓(1)一侧指向另一侧间隔设置于所述分束镜(61)和第三反射镜(65)之间，且二者位于所述上角锥棱镜(2)的上方，所述第一反射镜(63)用于接收所述分束镜(61)分出的光束，并竖直向下反射向所述上角锥棱镜(2)，再由所述上角锥棱镜(2)竖直向上反射向所述第二反射镜(64)，所述第二反射镜(64)用于接收射向其的光束，并经所述第三反射镜(65)反射至所述第二反射光路。

3.根据权利要求2所述的一种异步下落差分式绝对重力仪，其特征在于：所述第二反射光路包括第四反射镜(66)、第五反射镜(67)和第六反射镜(68)，所述第四反射镜(66)设置于所述真空仓(1)内部另一侧的下方对应所述合束镜(62)的位置，且其位于所述第三反射镜(65)的下方，所述第五反射镜(67)和第六反射镜(68)由所述真空仓(1)另一侧指向一侧间隔设置于所述第四反射镜(66)和合束镜(62)之间，且二者位于所述下角锥棱镜(3)的下方，所述第四反射镜(66)用于接收所述第三反射镜(65)的反射光，并反射向所述第五反射镜(67)，所述第五反射镜(67)用于接收对应的反射光，并竖直向上反射向所述下角锥棱镜(3)，再由所述下角锥棱镜(3)竖直向下反射向所述第六反射镜(68)，所述第六反射镜(68)用于接收射向其的光束，并反射向所述合束镜(62)，所述合束镜(62)用于将射向其的两束光合束并发生干涉。

4.根据权利要求1所述的一种异步下落差分式绝对重力仪，其特征在于：所述上角锥棱镜(2)和下角锥棱镜(3)分别安装于对应的上放置台(9)和下放置台(7)内部，并通过对应的所述上放置台(9)和下放置台(7)分别滑动安装于所述导轨组(11)上，所述上角锥棱镜(2)和下角锥棱镜(3)可分别相对于对应的所述上放置台(9)和下放置台(7)自由落体相对运动，所述上放置台(9)和下放置台(7)相对远离的一端分别设有透光窗口。

5.根据权利要求4所述的一种异步下落差分式绝对重力仪，其特征在于：所述真空仓(1)包括封闭的仓体(12)和移动机构，所述仓体(12)上连接有用于对其内部抽真空的离子泵(13)。

6.根据权利要求5所述的一种异步下落差分式绝对重力仪，其特征在于：所述移动机构设有包括两组一一对应的电机(14)、传送带、主动轮和被动轮，两组所述电机(14)分别安装于所述仓体(12)侧壁下端，其驱动轴均水平伸入所述仓体(12)内部，所述主动轮同轴装配于对应的一组所述驱动轴伸入仓体(12)内的一端，所述被动轮可转动的安装于所述仓体(12)内部的上端对应所述主动轮的位置，两组所述传送带分别环绕过对应的一组所述主动轮和被动轮，所述上放置台(9)和下放置台(7)分别置于两组所述传送带的一侧，并与对应的所述传送带一侧的带体连接固定。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种异步下落差分式绝对重力仪，其特征在于：还包括准直器(8)，所述准直器(8)设置于所述真空仓(1)外，并位于所述激光器(4)与分束镜(61)之间，用于对所述激光器(4)发出的光束进行扩束和准直。

说明书

技术领域

本实用新型涉及重力测试技术领域，特别涉及一种异步下落差分式绝对重力仪。

背景技术

绝对重力仪是一种直接测量绝对重力加速度值的精密计量仪器，其测量数据是探测地球重力场的重要途径，已广泛应用于计量、测绘、地质、地震与资源勘测等领域，是国家精密计量、飞行器导航和导弹制导等不可或缺的战略数据。因此绝对重力仪的研究备受国内外同行的重视。目前，国际上成熟的绝对重力仪一般是由落体仓、干涉仪、隔振系统三个独立部件组装而成的仪器，额外的工作量以及过大的体积增加了野外测试工作中的难度；隔振系统结构复杂但无法实现测试过程中震动完全隔离；干涉仪部件裸露在大气环境易被环境污染造成镜片的受潮及落尘，且干涉光路因空气扰动影响测量精度。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种异步下落差分式绝对重力仪，有效的克服了现有技术的缺陷。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种异步下落差分式绝对重力仪，包括真空仓、上角锥棱镜、下角锥棱镜、激光器、光路系统、光电探测部件和信号采集及处理系统；上述真空仓内设有竖直的导轨组；上述上角锥棱镜和下角锥棱镜的底端相对远离，且二者分别上下间隔的滑动装配于上述导轨组上；上述光路系统包括分束镜、合束镜、第一反射光路和第二反射光路，上述上角锥棱镜和下角锥棱镜分别位于上述第一反射光路和第二反射光路中，上述分束镜设置于上述真空仓内部的一侧上方，上述合束镜设置于上述真空仓内部的下方对应上述分束镜的位置，上述激光器设置于上述真空仓外部对应上述分束镜的位置，上述光电探测部件设置于上述真空仓外部对应上述合束镜的位置，并与上述信号采集及处理系统连接；上述激光器用于向上述分束镜发出光束，并由上述分束镜分成分别射向上述第一反射光路和合束镜的两束光，上述第一反射光路用于接收对应的光束，并经上述上角锥棱镜竖直入射及反射，最后由上述第二反射光路接收；上述第二反射光路用于接收入射光束，并经上述下角锥棱镜竖直入射及反射，最后射向上述合束镜，上述合束镜用于将合束后的光束射向上述光电探测部件，在上述真空仓中先后驱动两个落体进行异步自由下落，通过光路系统测量出两个落体运动轨迹的差分，进行绝对重力解算，得出测点的绝对重力值。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，上述第一反射光路包括第一反射镜、第二反射镜和第三反射镜，上述第三反射镜设置于上述真空仓内部另一侧上方对应上述分束镜的位置，上述第一反射镜和第二反射镜由上述真空仓一侧指向另一侧间隔设置于上述分束镜和第三反射镜之间，且二者位于上述上角锥棱镜的上方，上述第一反射镜用于接收上述分束镜分出的光束，并竖直向下反射向上述上角锥棱镜，再由上述上角锥棱镜竖直向上反射向上述第二反射镜，上述第二反射镜用于接收射向其的光束，并经上述第三反射镜反射至上述第二反射光路。

进一步，上述第二反射光路包括第四反射镜、第五反射镜和第六反射镜，上述第四反射镜设置于上述真空仓内部另一侧的下方对应上述合束镜的位置，且其位于上述第三反射镜的下方，上述第五反射镜和第六反射镜由上述真空仓另一侧指向一侧间隔设置于上述第四反射镜和合束镜之间，且二者位于上述下角锥棱镜的下方，上述第四反射镜用于接收上述第三反射镜的反射光，并反射向上述第五反射镜，上述第五反射镜用于接收对应的反射光，并竖直向上反射向上述下角锥棱镜，再由上述下角锥棱镜竖直向下反射向上述第六反射镜，上述第六反射镜用于接收射向其的光束，并反射向上述合束镜，上述合束镜用于将射向其的两束光合束并发生干涉。

进一步，上述上角锥棱镜和下角锥棱镜分别安装于对应的上放置台和下放置台内部，并通过对应的上述上放置台和下放置台分别滑动安装于上述导轨组上，上述上角锥棱镜和下角锥棱镜可分别相对于对应的上述上放置台和下放置台自由落体相对运动，上述上放置台和下放置台相对远离的一端分别设有透光窗口。

进一步，上述真空仓包括封闭的仓体和移动机构，上述仓体上连接有用于对其内部抽真空的离子泵。

进一步，上述移动机构设有包括两组一一对应的电机、传送带、主动轮和被动轮，两组上述电机分别安装于上述仓体侧壁下端，其驱动轴均水平伸入上述仓体内部，上述主动轮同轴装配于对应的一组上述驱动轴伸入仓体内的一端，上述被动轮可转动的安装于上述仓体内部的上端对应上述主动轮的位置，两组上述传送带分别环绕过对应的一组上述主动轮和被动轮，上述上放置台和下放置台分别置于两组上述传送带的一侧，并与对应的上述传送带一侧的带体连接固定。

进一步，还包括准直器，上述准直器设置于上述真空仓外，并位于上述激光器与分束镜之间，用于对上述激光器发出的光束进行扩束和准直。

本实用新型的有益效果是：结构简单，装配方便，去掉了传统绝对重力仪中结构最复杂的超低频隔振装置，从根本上解决了现有绝对重力仪受地面震动影响测量精度的技术问题，同时，避免了大气环境对光学镜片的污染和空气扰动对干涉测量精度的影响。

附图说明

图1为本实用新型的异步下落差分式绝对重力仪的结构示意图；

图2为本实用新型的异步下落差分式绝对重力仪中两个角锥棱镜的下落轨迹图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、真空仓，2、上角锥棱镜，3、下角锥棱镜，4、激光器，5、光电探测部件，7、下放置台，8、准直器，9、上放置台，11、导轨组，12、仓体， 13、离子泵，14、电机，61、分束镜，62、合束镜，63、第一反射镜，64、第二反射镜，65、第三反射镜，66、第四反射镜，67、第五反射镜，68、第六反射镜。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

实施例：如图1所示，本实施例的异步下落差分式绝对重力仪包括真空仓1、上角锥棱镜2、下角锥棱镜3、激光器4、光路系统、光电探测部件5 和信号采集及处理系统；上述真空仓1内设有竖直的导轨组11；上述上角锥棱镜2和下角锥棱镜3的底端相对远离，且二者分别上下间隔的滑动装配于上述导轨组11上；上述光路系统包括分束镜61、合束镜62、第一反射光路和第二反射光路，上述上角锥棱镜2和下角锥棱镜3分别位于上述第一反射光路和第二反射光路中，上述分束镜61设置于上述真空仓1内部的一侧上方，上述合束镜62设置于上述真空仓1内部的下方对应上述分束镜61的位置，上述激光器4设置于上述真空仓1外部对应上述分束镜61的位置，上述光电探测部件5设置于上述真空仓1外部对应上述合束镜62的位置，并与上述信号采集及处理系统连接；上述激光器4用于向上述分束镜61发出光束，并由上述分束镜61分成分别射向上述第一反射光路和合束镜62的两束光，上述第一反射光路用于接收对应的光束，并经上述上角锥棱镜2竖直入射及反射，最后由上述第二反射光路接收；上述第二反射光路用于接收入射光束，并经上述下角锥棱镜3竖直入射及反射，最后射向上述合束镜62，上述合束镜62用于将合束后的光束射向上述光电探测部件5，在上述真空仓 1中先后驱动两个落体进行异步自由下落，通过光路系统测量出两个落体运动轨迹的差分，进行绝对重力解算，得出测点的绝对重力值。

测量方法如下：

S1、预先将上角锥棱镜2和下角锥棱镜3在真空仓1内向上移动至各自的落体初始位置；

S2、开启激光器4，先使下角锥棱镜3自由下落，且记录其下落时间，并在其下落一定时间且未结束落体过程时，使上角锥棱镜2自由下落；

S3、通过光电探测部件5采集到的上角锥棱镜2和下角锥棱镜3同一时间点的自由下落阶段在任意一个时间点的下落距离差SB-A，利用以下公式计算得出绝对重力值gA0：

其中，t1为上角锥棱镜4自由下落的初始时间点，t2为下角锥棱镜3自由下落的结束时间点，l为上角锥棱镜2和下角锥棱镜3分别在初始位置时的高度距离差，γ为垂直重力梯度值。

需要说明的是：如图2所示，SA、SB分别是上角锥棱镜2(A)、下角锥棱镜3(B)的下落轨迹，下角锥棱镜3(B)先开始下落，初始位置低于上角锥棱镜2(A)。上角锥棱镜2(A)在t1时间开始下落。t1—t2时间段内，两个棱镜均自由下落，SB-A为两个角锥棱镜的轨迹差分(如图2所示)。

考虑到垂直重力梯度γ的影响，自由下落运动方程为：

式中，s0、v0、g0分别是初始位置、初始速度和初始位置处的重力加速度。

上角锥棱镜2(A)、下角锥棱镜3(B)的运动方程分别是：

式中，sA0、vA0、gA0分别是上角锥棱镜2(A)的初始位置、初始速度和 sA0处的重力加速度；sB0、vB0、gB0分别是下角锥棱镜3(B)的初始位置、初始速度和sB0处的重力加速度。

考虑到自由下落运动，VA0＝VB0＝0。令l＝SB0-SA0，有gB0＝gA0+l×γ。在t1 至t2时间段，上角锥棱镜2(A)和下角锥棱镜3(B)的轨迹差分即可由方程式(1)表示，式子左端SB-A由光电探测器检测得出，式子右端l、γ为固定值，t1、t等时间信号均由信号采集及处理系统中的时间计数器精确测出，至此，方程式(1)中只剩下唯一的未知量gA0，即绝对重力值。

测量过程中，真空仓1中的两个角锥棱镜(同轴分布)作为两个落体，先后进行异步自由下落，测量两者自由运动的轨迹差分，进行绝对重力解算，测量过程中，两个角锥棱镜均做自由落体运动，所有部件均与外界震动无关，消除了震动干扰。

与现有技术相比，本实用新型具有下列优点和积极效果：

(1)仪器采用了对称性的一体化结构。结构简单，装配方便，稳定性好，有利于批量加工生产，且系统集成化大大改善，提高了便携性，便于后期运输和野外安装、使用；

(2)采用两个角锥棱镜先后异步自由下落，两个角锥棱镜均处于自由落体状态，与地面震动无关，从根本上解决了现有绝对重力仪受地面震动影响测量精度的技术问题。

(3)光路系统放在了真空仓内，避免了大气环境对光学镜片的污染和空气扰动对干涉测量精度的影响。

上述光电探测部件5为现有技术，用于接收光电信息，并反馈给信号采集及处理系统。

上述信号采集及处理系统为现有技术，具体为常规的光电信息数据采集器。

作为一种优选的实施方式，上述第一反射光路包括第一反射镜63、第二反射镜64和第三反射镜65，上述第三反射镜65设置于上述真空仓1内部另一侧上方对应上述分束镜61的位置，上述第一反射镜63和第二反射镜64 由上述真空仓1一侧指向另一侧间隔设置于上述分束镜61和第三反射镜65 之间，且二者位于上述上角锥棱镜2的上方，上述第一反射镜63用于接收上述分束镜61分出的光束，并竖直向下反射向上述上角锥棱镜2，再由上述上角锥棱镜2竖直向上反射向上述第二反射镜64，上述第二反射镜64用于接收射向其的光束，并经上述第三反射镜65反射至上述第二反射光路。

该实施方式中，第一反射光路布局合理，能够使得光束良好的入射上角锥棱镜2，并由其反射。

作为一种优选的实施方式，上述第二反射光路包括第四反射镜66、第五反射镜67和第六反射镜68，上述第四反射镜66设置于上述真空仓1内部另一侧的下方对应上述合束镜62的位置，且其位于上述第三反射镜65的下方，上述第五反射镜67和第六反射镜68由上述真空仓1另一侧指向一侧间隔设置于上述第四反射镜66和合束镜62之间，且二者位于上述下角锥棱镜3的下方，上述第四反射镜66用于接收上述第三反射镜65的反射光，并反射向上述第五反射镜67，上述第五反射镜67用于接收对应的反射光，并竖直向上反射向上述下角锥棱镜3，再由上述下角锥棱镜3竖直向下反射向上述第六反射镜68，上述第六反射镜68用于接收射向其的光束，并反射向上述合束镜62，上述合束镜62用于将射向其的两束光合束并发生干涉，构成马赫曾德激光干涉仪，可测量出上角锥棱镜2、下角锥棱镜3自由下落时的位移差。

该实施方式中，第二反射光路布局合理，能够使得光束良好的入射下角锥棱镜3，并由其反射。

作为一种优选的实施方式，上述上角锥棱镜2和下角锥棱镜3分别安装于对应的上放置台9和下放置台7内部，并通过对应的上述上放置台9和下放置台7分别滑动安装于上述导轨组11上，上述上角锥棱镜2和下角锥棱镜3可分别相对于对应的上述上放置台9和下放置台7自由落体相对运动，上述上放置台9和下放置台7相对远离的一端分别设有透光窗口。

该实施方式中，上放置台9和下放置台7的设计利于上角锥棱镜2和下角锥棱镜3的装配，避免其掉落，利于测量结果的准确。

作为一种优选的实施方式，上述真空仓1包括封闭的仓体12和移动机构，上述仓体12上连接有用于对其内部抽真空的离子泵13，试验时，预先通过移动机构将上放置台9和下放置台7连带对应的角锥棱镜移动至自由落体的初始位，自由落体前，通过移动机构快速将上、下放置台向下移动(上、下放置台移动速度大于对应的角锥棱镜自由落体的速度)，从而使得对应的角锥棱镜能够良好的自由落体，其设计合理，操作使用方便、简单。

更具体的，上述移动机构设有包括两组一一对应的电机14、传送带、主动轮和被动轮，两组上述电机14分别安装于上述仓体14侧壁下端，其驱动轴均水平伸入上述仓体12内部，上述主动轮同轴装配于对应的一组上述驱动轴伸入仓体12内的一端，上述被动轮可转动的安装于上述仓体12内部的上端对应上述主动轮的位置，两组上述传送带分别环绕过对应的一组上述主动轮和被动轮，上述上放置台9和下放置台7分别置于两组上述传送带的一侧，并与对应的上述传送带一侧的带体连接固定，移动机构设计简单，通过两组独立的机构分别带动上、下放置台移动，实现两个角锥棱镜的异步自由落体，整体操作使用方便，运行比较平稳。

上述导轨组一般包括两根竖直且沿真空仓1两侧方向间隔分布的导杆，每个放置台7的两侧均设有供两根导杆穿过的孔位，或是放置台7通过与两个导杆滑动配合的滑块相对滑动连接。

作为一种优选的实施方式，还包括准直器8，上述准直器8设置于上述真空仓1外，并位于上述激光器4与分束镜61之间，用于对上述激光器4 发出的光束进行扩束和准直，该准直器8能够使对激光器4发出的光束进行扩束和和准直，利于后期光束的良好分束。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

一种异步下落差分式绝对重力仪专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。