可搬运原子干涉重力仪及其减振系统的研制
发布时间：2021-03-08 22:30
本论文主要讲述了小型化可搬运原子重力仪及其三维主动减振平台的研制过程,包括其调试过程以及重力测量结果。本论文详细描述了第三代小型化可搬运原子重力仪USTC-AG11&12的搭建过程,并叙述了从大光学平台搭建测试版重力仪装置到逐步缩小原子重力仪真空装置,磁场系统,光路装置,电子学装置,时序控制及数据采集存储装置等子系统体积的过程,其中部分装置和系统已经进行了自主研制。本论文详细叙述了可搬运三维主动减振平台的研制过程,振动噪声压制效果以及应用于可搬运原子重力仪后对其测量结果的改善效果。本套主动减振系统通过对称放置八个音圈电机对平台进行三个维度的振动压制,除了能防止平台的翻转还能抑制水平振动对竖直方向的干扰,有效地提高了主动减振系统的稳健性和鲁棒性。在我们研制的反馈控制算法中,通过两路反馈控制信号对竖直方向的振动进行压制,一路为通常的反馈信号用来压制全频段的振动噪声,另一路利用带通滤波器将原子重力仪最敏感的0.lHz-lOHz的振动信号选取出来并反馈回去,有效地进一步压制该频段的振动噪声,从而能显著提高平台的减振性能。部分水平的信号也加入到了竖直的反馈信号中以提升系统的稳定性。本装置...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２影响重力加速度值的各种因素??
?第１章绪?论???Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｋｇ?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｏｆ?Ｇ??：Ｈ＊ｒｉ?？—??國ｌ?＾??Ｖｏｌｃａｎｏ?ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ?Ｇｒａｖｉｔｙ?ｗａｖｅ?ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ?ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ??ｍｕ?ｉ??ｍｍｍ?ｍｍ?ｊｕ??■ＢＨｉ?ＩＨＭＨ??Ｒｅｓｏｕｒｃｅ?Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ?Ｓｐａｃｅ?ｂａｓｅｄ?ｇｅｏｄｅｓｙ?Ｓｅｉｓｍｉｃ?ｓｅｎｓｏｒ??ｐＰ｜??图１．３重力测量的应用场景??重力异常点进行分析后就可以推断矿体的分布和埋藏情况。在矿藏资源的采集??过程中测量重力值监测采集过程，保障开采过程顺利地进行，在重力监测过程中??绝对重力仪的精度越高则得到的矿产资源分布信息的准确性越高。??计量学：重力的测量对于计量学也极其重要，例如过去质量单位是由一个实??物装置进行定义的，但是由于其环境因素的影响，其质量己经出现了细微的变??化，无法满足现代精密测量实验的要求。第２６届国际计量大会（ＣＧＰＭ）决议改??用基本物理常数来重新定义多个基本单位，其中就包括质量单位。而利用Ｗａｔｔ??天平实验可以精确得到质量单位［｜８］，实验中质量的测量精度与当地重力加速度??的测量精度直接相关，因此需要对当地Ｓ值进行高精度测量。??基础物理学研究：重力加速度的测量在基础物理学研究上也有着重要的应??用。精确测量重力加速度还对检验等效原理［１９］，以及测量万有引力常数Ｇ％：！提??供了新的方法。高精度重力仪还可以用于检验牛顿反平方定律，以及用来探测引??力波等等。??３??
?第１章绪?论???１．２重力测量的仪器和手段??重力仪分为相对重力仪和绝对重力仪两种类型。相对重力仪只能测当地ｇ??值的相对变化，不能直接测量得到当地＆值的绝对值，其灵敏度相对而言较高，??但是相对重力仪存在长期漂移，需要绝对重力仪进行标定。绝对重力仪能直接测??量得到当地ｓ值的绝对值，同时也能得到当地ｓ值的相对变化。??「：?＿?隨?帆ｆ??＼＇?ｂｅａｍ、?Ｊ?．???ＨＥＡＳＬＲＩＮＧ??ｕ?＇ｔ．?＾＾９１１＾９＊?ｉ＾３Ｉ．??！?二?，ＬＥ；［＾ＢＡＬＬ??（ａ）?（ｂ）??图１．４?ｇＰｈｏｎｅ相对重力仪??如图１．４所示的为ｇＰｈｏｎｅ相对重力仪，其测量灵敏度优于ＯＪｕＧａｌｖ＾，漂??移为１．５毫伽／月。这种相对重力仪米用了?ＬａＣｏｓｔｅ＆Ｒｏｍｂｅｒｇ的专利技术，该装??置的核心是要制造出性能优异的零长弹簧。由于该装置的关键元件零长弹簧对??温度敏感，所以存在很大的漂移，最新的装置采用双层隔热避免温度对测量的影??响。??ｆｌ?Ｍ?＇??ｒｊｌ?＿ＩＴ＿?＿?ｖａｃｕｕｍ??Ｉ?ｃａｎ??．??Ｉ?１?ｍ?ｒ?Ｌ—ｓ．ｓ．?ｓｕｐｐｏｒｔ??｜?ｃｏｌｌａｒ??ｌｂ：：??１?Ｋ＾ｙ?—ｈｉ６，ｄ??（ａ）?（ｂ）??图１．５超导相对重力仪??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]可移动三维主动减振系统及其在原子干涉重力仪上的应用[J]. 陈斌,龙金宝,谢宏泰,陈泺侃,陈帅. 物理学报. 2019(18)
[2]Participation in the absolute gravity comparison with a compact cold atom gravimeter[J]. 付志杰,王启宇,王兆英,吴彬,程冰,林强. Chinese Optics Letters. 2019(01)
[3]重力辅助导航高斯插值精化算法[J]. 文超斌,王跃钢,郭志斌,田琦,左朝阳,蒋新磊. 测绘学报. 2015(01)
[4]新型高精度绝对重力仪[J]. 胡华,伍康,申磊,李刚,王力军. 物理学报. 2012(09)
本文编号：3071768
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２影响重力加速度值的各种因素??
?第１章绪?论???Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｋｇ?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｃｅ?Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ?Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ?ｏｆ?Ｇ??：Ｈ＊ｒｉ?？—??國ｌ?＾??Ｖｏｌｃａｎｏ?ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ?Ｇｒａｖｉｔｙ?ｗａｖｅ?ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ?Ａｕｔｏｎｏｍｏｕｓ?ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ??ｍｕ?ｉ??ｍｍｍ?ｍｍ?ｊｕ??■ＢＨｉ?ＩＨＭＨ??Ｒｅｓｏｕｒｃｅ?Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ?Ｓｐａｃｅ?ｂａｓｅｄ?ｇｅｏｄｅｓｙ?Ｓｅｉｓｍｉｃ?ｓｅｎｓｏｒ??ｐＰ｜??图１．３重力测量的应用场景??重力异常点进行分析后就可以推断矿体的分布和埋藏情况。在矿藏资源的采集??过程中测量重力值监测采集过程，保障开采过程顺利地进行，在重力监测过程中??绝对重力仪的精度越高则得到的矿产资源分布信息的准确性越高。??计量学：重力的测量对于计量学也极其重要，例如过去质量单位是由一个实??物装置进行定义的，但是由于其环境因素的影响，其质量己经出现了细微的变??化，无法满足现代精密测量实验的要求。第２６届国际计量大会（ＣＧＰＭ）决议改??用基本物理常数来重新定义多个基本单位，其中就包括质量单位。而利用Ｗａｔｔ??天平实验可以精确得到质量单位［｜８］，实验中质量的测量精度与当地重力加速度??的测量精度直接相关，因此需要对当地Ｓ值进行高精度测量。??基础物理学研究：重力加速度的测量在基础物理学研究上也有着重要的应??用。精确测量重力加速度还对检验等效原理［１９］，以及测量万有引力常数Ｇ％：！提??供了新的方法。高精度重力仪还可以用于检验牛顿反平方定律，以及用来探测引??力波等等。??３??
?第１章绪?论???１．２重力测量的仪器和手段??重力仪分为相对重力仪和绝对重力仪两种类型。相对重力仪只能测当地ｇ??值的相对变化，不能直接测量得到当地＆值的绝对值，其灵敏度相对而言较高，??但是相对重力仪存在长期漂移，需要绝对重力仪进行标定。绝对重力仪能直接测??量得到当地ｓ值的绝对值，同时也能得到当地ｓ值的相对变化。??「：?＿?隨?帆ｆ??＼＇?ｂｅａｍ、?Ｊ?．???ＨＥＡＳＬＲＩＮＧ??ｕ?＇ｔ．?＾＾９１１＾９＊?ｉ＾３Ｉ．??！?二?，ＬＥ；［＾ＢＡＬＬ??（ａ）?（ｂ）??图１．４?ｇＰｈｏｎｅ相对重力仪??如图１．４所示的为ｇＰｈｏｎｅ相对重力仪，其测量灵敏度优于ＯＪｕＧａｌｖ＾，漂??移为１．５毫伽／月。这种相对重力仪米用了?ＬａＣｏｓｔｅ＆Ｒｏｍｂｅｒｇ的专利技术，该装??置的核心是要制造出性能优异的零长弹簧。由于该装置的关键元件零长弹簧对??温度敏感，所以存在很大的漂移，最新的装置采用双层隔热避免温度对测量的影??响。??ｆｌ?Ｍ?＇??ｒｊｌ?＿ＩＴ＿?＿?ｖａｃｕｕｍ??Ｉ?ｃａｎ??．??Ｉ?１?ｍ?ｒ?Ｌ—ｓ．ｓ．?ｓｕｐｐｏｒｔ??｜?ｃｏｌｌａｒ??ｌｂ：：??１?Ｋ＾ｙ?—ｈｉ６，ｄ??（ａ）?（ｂ）??图１．５超导相对重力仪??４??
【参考文献】：
期刊论文
[1]可移动三维主动减振系统及其在原子干涉重力仪上的应用[J]. 陈斌,龙金宝,谢宏泰,陈泺侃,陈帅. 物理学报. 2019(18)
[2]Participation in the absolute gravity comparison with a compact cold atom gravimeter[J]. 付志杰,王启宇,王兆英,吴彬,程冰,林强. Chinese Optics Letters. 2019(01)
[3]重力辅助导航高斯插值精化算法[J]. 文超斌,王跃钢,郭志斌,田琦,左朝阳,蒋新磊. 测绘学报. 2015(01)
[4]新型高精度绝对重力仪[J]. 胡华,伍康,申磊,李刚,王力军. 物理学报. 2012(09)
本文编号：3071768
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