精密扭秤实验中纳弧度分辨率光电自准直仪研究

发布时间：2021-02-21 15:27

　　扭秤是一种高灵敏度的弱力探测工具,广泛应用于引力实验中。决定扭秤测量精度的一个重要因素是对其偏转角的测量精度。光电自准直仪作为一种高精度的微小角度测量装置,常被用于监测扭秤的偏转角。但在目前仪器的精度下,高频处扭秤的探测噪声主要受限于角度测量噪声,为了进一步提高扭秤的测量精度,作者研制了一种分辨率高达1 nrad的光电自准直仪。论文首先通过对自准直仪分辨率的理论计算,确定了系统中各部件的参数。采用多狭缝结构的物面分划板降低各种随机噪声,并选用与多狭缝的结构相匹配的线阵CCD进行探测,测量范围可以达到±7.5mrad。设计了消像差准直物镜,使边缘视场处的像差满足自准直仪系统的要求。然后利用矩阵光学的方法建立了自准直仪系统的数学模型,在此模型基础上计算了物面和像面离焦对角度测量的影响。结果表明当像面离焦时,角度测量结果与待测反射镜的位置有关,对于物镜焦距为500 mm的自准直仪,离焦量大于0.1 mm时,在500 mm的测量距离内至少会产生0.2%的误差。因此自准直仪装配时必须严格控制离焦量。在实验中针对影响自准直仪分辨率的各种噪声进行分析。通过调制实验研究了CCD接收信号强度对分辨率产生... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：82 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

扭秤检测引力作用原理

的引力力矩沿扭丝方向的分量，θ 为扭摆的偏转角。对于一个自由 0gτ = ，其运动方式近似为简谐振动，当把一个经过特殊设计的扭秤附近时，扭秤将受到额外的引力作用。在频域中式(1.1)的解2 2 2 2 20( )( )( ) ( / )gI k Qτ ωθ ωω ω= +， 系统的品质因数，0ω 为扭秤的本征频率，可以写成20=kIω 。 测量扭摆的偏转角度 θ (ω )即可以计算出扭秤受到的引力力矩 ( gτ ω出，在精密引力实验中，需要精确的探测扭摆的偏转角度，角度探扮演的角色十分重要。前我们实验小组进行的引力实验中存在的问题

华 中 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文检验钨片和补偿质量，在吸引质量单元表面粘有吸引质量钨片和补偿质量质量的作用是将牛顿引力力矩补偿到扭秤的分辨率以下，这样如果存在新的作用，扭秤就可以探测到明显的信号。在检验质量和吸引质量间距为295 μm况下进行了实验，并没有发现有新的相互作用，证明牛顿反平方定律在此精依然是成立的。

【参考文献】：
期刊论文
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[3]CCD在自准直仪中用于莫尔条纹成像研究[J]. 刘鹏,高立民,赵素文.  光子学报. 2010(03)
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博士论文
[1]提高光电自准直仪分辨力和示值稳定性的研究[D]. 张俊杰.天津大学 2010
[2]基于CMDS图像传感器的嵌入式二维准直测角系统[D]. 谷林.中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所） 2007
[3]CCD细分技术及其应用研究[D]. 杨博雄.中国地震局地球物理研究所 2005

硕士论文
[1]一种基于嵌入式Android的高精度光电自准直仪设计方法的研究[D]. 叶韬.东华大学 2013



本文编号：3044547