原子干涉型重力仪的共模噪声抑制研究

发布时间：2017-08-05 11:31

  本文关键词：原子干涉型重力仪的共模噪声抑制研究

  更多相关文章： 原子干涉仪 原子重力仪 共模噪声 振动补偿方案 椭圆拟合

【摘要】：自发明至今,原子干涉仪的历史已有二十余年。作为一种精密测量的手段,如今原子干涉仪在科研和工程领域都有广泛的应用,发展迅猛。原子干涉型重力仪是基于原子干涉仪发展起来的重力测量仪器,可应用于地理测绘、地质勘探、导航以及基础物理研究等领域。比起单套的重力仪,多套重力仪的同步测量有更广泛的应用,可以研究重力梯度变化,以及进行一些基础物理研究如测量万有引力常数等。本实验小组自2005年开始研制原子干涉型重力仪,目前已研制出多套重力仪,并且实现了两套重力仪的协同工作。本文的主要工作是研究多套原子干涉型重力仪协同工作时的共模噪声抑制,包括同步工作的实现,噪声来源研究,以及共模噪声抑制的手段。第一章是绪论部分,包括精密重力测量的应用前景,国内外研究现状,冷原子干涉型重力仪的发展。另外,简单罗列了本文的主要工作。第二章介绍了冷原子干涉型重力仪的理论及实验。理论部分主要是原子干涉部分的理论,包括原子在光场中的演化,以及最终测量重力的相关理论；实验部分介绍了本实验组的两套冷原子干涉型重力仪的实验装置,以及相关的实验结果。第三章阐述了冷原子干涉型重力仪的控制系统,包括控制时序,控制硬件和控制软件,还介绍了主控程序的其他拓展功能,以及未来待完善的功能。第四章是噪声模型的归类,以及对共模噪声的相关分析,其中包括相位噪声对干涉仪相位的影响和主要共模噪声来源的分析,此外还简单介绍了实验中主要的非共模噪声的来源。第五章是针对最主要的共模噪声源之一振动噪声的抑制研究。该章介绍了两种常规的振动抑制方案：被动隔振法和主动隔振法。此外,着重介绍了单纯用振动补偿法进行振动抑制的技术,包括基于控制平台的数据振动采集补偿方案和实验结果。第六章介绍了在两台重力仪同步工作的时候,对共模噪声免疫的算法研究,其核心是椭圆拟合的方法得出两台重力仪测量到的重力值之差。针对原子干涉型重力仪的应用,本文提出了差模噪声最小来作为椭圆拟合的依据。最后展示了在不同噪声环境下的仿真和实验结果,以及和传统的条纹拟合方法的对照。第七章是总结以及对未来工作的展望。本文的主要研究内容是基于两套同步性卓越的冷原子干涉型重力仪的共模噪声抑制。目前本实验组的两套重力仪单点测量时间为450ms,重复率达到2.2Hz,在基于被动隔振的条件下,灵敏度分别达到1.9×10-g/√HZ和2.1×10-7/√HZ。我们如果单纯运用振动补偿法,可以让单台重力仪获得与被动隔振的条件下接近的灵敏度,并且在振动环境恶劣的情形下仍然能获得较好的结果。进一步,我们运用椭圆拟合法,获得了对共模噪声免疫的重力差分信号结果,并在振动环境恶劣的情形下仍然测量到重力差分结果,其灵敏度优于两套重力仪相位直接相减。
【关键词】：原子干涉仪 原子重力仪 共模噪声 振动补偿方案 椭圆拟合
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH744.3
【目录】：

• 致谢5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 1. 绪论14-22
• 1.1. 重力场及其梯度精密测量的意义14-15
• 1.2. 精密重力测量与重力差分测量15-18
• 1.2.1. 机械重力仪16
• 1.2.2. 超导重力仪16-17
• 1.2.3. 激光干涉型重力仪17-18
• 1.2.4. 原子干涉型重力仪18
• 1.3. 冷原子干涉型重力仪的历史与现状18-20
• 1.4. 冷原子干涉型重力仪的噪声抑制20-21
• 1.5. 本文的主要工作21-22
• 2. 冷原子干涉型重力仪的理论及实验22-37
• 2.1. 相关理论22-28
• 2.1.1. 原子在辐射场中的演化22-27
• 2.1.2. 重力测量理论27-28
• 2.2. 实验装置28-34
• 2.2.1. 本实验小组的重力仪28-30
• 2.2.2. 两套重力仪的协同工作30-34
• 2.3. 实验结果34-35
• 2.3.1. 条纹及Allan方差结果34-35
• 2.4. 本章小结35-37
• 3. 冷原子干涉仪的控制系统37-53
• 3.1. 时序过程37-38
• 3.2. 控制硬件38-40
• 3.2.1. 采集卡的相关配置39-40
• 3.2.2. 其他控件的配置要求40
• 3.3. 控制软件40-52
• 3.3.1. 配置与数据管理41-44
• 3.3.2. 执行方式44-50
• 3.3.3. 其他功能50-52
• 3.4. 本章小结52-53
• 4. 噪声来源53-63
• 4.1. 本底噪声、幅度噪声与相位噪声的关系53-54
• 4.2. 相位噪声对干涉仪相位的贡献54-56
• 4.3. 共模噪声56-61
• 4.3.1. 拉曼光相噪56-59
• 4.3.2. 振动噪声59-60
• 4.3.3. 其他共模噪声60-61
• 4.4. 除共模噪声以外的噪声61-62
• 4.5. 本章小结62-63
• 5. 单台重力仪的振动噪声抑制63-83
• 5.1. 被动隔振法63-64
• 5.2. 主动隔振法64-65
• 5.3. 振动补偿法65-79
• 5.3.1. 补偿原理65-66
• 5.3.2. 探头与拉曼反射镜之间的振动传递函数66-72
• 5.3.3. 振动补偿方案的可行性评估72-77
• 5.3.4. 软硬件实现77-79
• 5.4. 实验结果79-81
• 5.5. 本章小结81-83
• 6. 两台重力仪的共模噪声抑制83-93
• 6.1. 方法介绍83-84
• 6.2. 仿真测试84-90
• 6.2.1. 共模噪声与差模噪声84-85
• 6.2.2. 不同判据的椭圆拟合模型85-87
• 6.2.3. 拟合结果比较87-90
• 6.3. 对两套重力仪结果的分析90-92
• 6.3.1. 与条纹拟合方法的对照90-91
• 6.3.2. 在大振动环境下的结果91-92
• 6.4. 本章小结92-93
• 7. 总结与展望93-96
• 7.1. 本文总结93-94
• 7.2. 展望94-96
• 7.2.1. 单套重力仪的共模噪声抑制94-95
• 7.2.2. 两套重力仪的共模噪声抑制算法95-96
• 8. 参考文献96-105
• 作者简介及博士期间的科研成果105-106

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵池航,周百令;多重小波分析在高精度重力仪数据处理中的应用[J];东南大学学报(自然科学版);2003年04期

2 张倍成;;浅谈重力仪在测量中的操作技术和记录要求[J];黑龙江科技信息;2012年17期

3 周广慈;;携带式高精度重力仪[J];激光与光电子学进展;1980年02期

4 郑森林,陈君,林强;光脉冲序列对三能级原子重力仪测量精度的影响[J];物理学报;2005年08期

5 吴盘龙,李言俊;平稳小波在高精度重力仪信号处理中的应用[J];中国惯性技术学报;2005年05期

6 张标;刘明;郑少怀;孙和平;陈晓东;;LaCoste&Romberg ET型重力仪数字静电反馈系统的研制[J];大地测量与地球动力学;2011年02期

7 邹鹏飞;颜树华;杨俊;胡青青;罗玉昆;;科里奥利力对冷原子干涉重力仪的影响[J];量子光学学报;2013年04期

8 江志恒;左传惠;;拉科斯特重力仪零漂机制探讨[J];仪器仪表与分析监测;1988年03期

9 赵立业;周百令;李坤宇;;自适应小波阈值去噪在重力仪信号处理中的应用[J];中国工程科学;2006年03期

10 范淑华，，罗俊，李芳昱;F－P干涉仪作为位移传感的新型重力仪[J];华中理工大学学报;1995年S2期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 杨文秀;陆常周;陆镭;;动态重力仪的发展对我国信息资源开发利用的意义[A];中国测绘学会第八次全国会员代表大会暨2005年综合性学术年会论文集[C];2005年

2 陈晓东;孙和平;徐建桥;郝兴华;刘明;;两种实用的重力仪标定方法[A];中国地球物理学会第二十七届年会论文集[C];2011年

3 张善言;;双弦钻井重力仪[A];1991年中国地球物理学会第七届学术年会论文集[C];1991年

4 朱仲芬;陈冬生;;关于拉科斯特—隆贝格重力仪的特性[A];中国地震学会第三次全国地震科学学术讨论会论文摘要汇编[C];1986年

5 李东明;李海兵;韩军海;马杰;;捷联式重力仪地面动态测试[A];中国地球物理2013——第二十六专题论文集[C];2013年

6 沈晶;张征宇;果勇;刘端法;;LaCoste-Romberg G型重力仪静电反馈系统[A];1991年中国地球物理学会第七届学术年会论文集[C];1991年

7 刘士宏;;ZSM-Ⅲ型重力仪读数自动记录数据预处理系统[A];1991年中国地球物理学会第七届学术年会论文集[C];1991年

8 刘冬至;李树德;李家明;王晓权;喻节林;李辉;;LCR-G型重力仪数字化连续重力观测系统[A];《大地测量与地球动力学进展》论文集[C];2004年

9 姚植桂;;DZW型微伽重力仪恒温系统的设计[A];中国地震学会第六次学术大会论文摘要集[C];1996年

10 张贤林;陶国祥;;确定精密重力仪相位滞后方法的研究[A];1995年中国地球物理学会第十一届学术年会论文集[C];1995年

中国重要报纸全文数据库 前1条

1 通讯员 刘旭红 记者 林莉君;中国计量院首次建立国际重力仪关键比对点[N];科技日报;2014年

中国博士学位论文全文数据库 前3条

1 王启宇;可移动原子重力仪关键技术研究[D];浙江大学;2015年

2 许翱鹏;原子干涉型重力仪的共模噪声抑制研究[D];浙江大学;2016年

3 吴彬;高精度冷原子重力仪噪声与系统误差研究[D];浙江大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前3条

1 喻伟;海洋重力仪数据处理技术研究及软件设计[D];东南大学;2015年

2 李霞;激光脉冲宽度对高精度原子干涉重力仪的影响[D];华中科技大学;2014年

3 李春剑;基于SOPC原子干涉重力仪AOM驱动系统的设计与实现[D];中国计量科学研究院;2009年

本文编号：624679