测G实验中的慢漂效应研究

发布时间：2021-07-06 01:06

　　万有引力常数G的精确测量在地球物理、精确制导、精密测量及宇宙天文等领域具有重要意义。虽然G是人类认识和测量最早的宇宙基本常数,但其测量精度在物理学常数中仍然是最差的。尽管最近不同实验小组测出的G值自身精度都很高,但这些值在误差棒内却并不吻合,这表明不同的测量方法之间可能存在尚未被认识或正确评估的系统误差。为了探究不同测G方法中尚未被发现或正确评估的系统误差,我国华中科技大学引力实验中心同时采用扭秤周期法和角加速度法两种方法测量G值。G的高精度确定不仅取决于巧妙的实验设计和精密的机械加工,还依赖于实验数据的有效处理。测G实验中扭丝材料特性和外部环境变化导致一些物理量存在长时间的慢漂现象,这些物理量的慢漂效应对实验信号的特征参量提取具有显著影响。在周期法测G实验中,G值的精确确定取决于扭秤运动信号周期的高精度提取,而环境温度与扭秤周期的慢漂效应及二者间的热弹性效应直接影响扭秤周期的提取。为了有效扣除环境温度与扭秤周期的慢漂效应对扭秤周期提取的影响,本文建立部分线性相关的理论模型以分析扭秤周期与环境温度的复杂关系,提出“频率-时间-温度”模型拟合在近远程配置下扭秤运动频率的变化,处理实验数据... 

【文章来源】：中国地质大学湖北省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：78 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

1扭秤周期法测G实验基本原理图

?晕侍狻＝羌铀俣确ú?G 实验的原理示意图和装置图如图2.1.2 所示，扭摆由一根细钨丝悬挂并放置在气浮轴承的内部回转台(扭秤回转台)上，四个吸引质量不锈钢球放置在热膨胀系数极小的微晶玻璃支架上，微晶玻璃支架安装在空心轴承的外部机械回转台(吸引质量回转台)上，两回转台轴心线重合，且气浮回转台安装在机械回转台的内部。扭摆的残余偏转角由自准直仪监测，两回转台旋转角度由光轴编码器测量得到。将扭摆和吸引质量球放置在两个相互独立转动的回转台上，通过 PID 反馈控制系统控制两回转台的转动模式，让两回转台角速度差保持恒定，使待测的引力角加速度信号呈现周期性，有利于扣除背景环境质量导致的寄生引力信号，提高有用引力角加速度信号振幅的提取精度，进而提高 G 值测量精度。角加速度法测 G 大致流程为：正式实验前，两回转台处于静止状态，未放置吸引质量球，扭摆从初始位置开始作自由摆运动，受到扭丝提供的回复力矩、空气粘滞阻尼导致的阻力力矩以及实验背景质量产生的引力力矩作用。然后，匀速转动扭秤转台，扭摆从初始速度加速到扭秤转台速度，仍受到以上三种力矩作用。接着，放置吸引质量球，驱动吸引质量转台，则扭摆还受到由吸引质量球产生的有用引力力矩作用。在实验室坐标系下，设吸引质量转台角速度为ωs(t)，扭秤转台角速度为ωp(t)。为使待测的引力角加速度信号具有周期性，可通过调节吸引质量转台转速，使两转台的角速度差为恒定值，即ωd= ωs(t) ωp(t)。在旋转坐标系(扭秤悬点坐标系)下

中国地质大学硕士学位论文 的初始温度，Ae-αt为慢漂，δT(t25 30 35 40 45 50 时 间 /day实 验 环 境 温 度 变 化丝作为扭丝的扭秤周期法测 G 实验中


本文编号：3267204