一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置制造方法
【專利摘要】一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置，它包含真空艙、支架板、夾具、落體棱鏡、預應力彈簧、棱鏡托盤、上舉托盤、緩沖彈簧、導軌、透視窗鏡，上舉托盤與導軌滑動連接，緩沖彈簧下端與上舉托盤上表面相連，導軌穿過棱鏡托盤且與棱鏡托盤無接觸，棱鏡托盤位于緩沖彈簧上方，落體棱鏡上舉過程完成后，預應力彈簧下端與棱鏡托盤上表面接觸，預應力彈簧被壓縮，預應力彈簧對棱鏡托盤產(chǎn)生下推預應力，落體棱鏡釋放時，該預應力使落體棱鏡與棱鏡托盤分離。該裝置能縮短落體棱鏡釋放時間，釋放瞬間的摩擦力、電磁和靜電等干擾力對落體棱鏡的影響小，對重力精密測量有利。
【專利說明】一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及測量裝置，尤其是涉及一種自由落體式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置。
【背景技術】
[0002]地球表面上任意一點的絕對重力值,是該點單位質(zhì)量的物體受到整個地球質(zhì)量的引力與地球自轉(zhuǎn)在該點所產(chǎn)生的慣性離心力的合力，它等于該點的重力加速度值。絕對重力儀是用來直接測量重力加速度值的主要精密計量儀器，在地球物理環(huán)境、地震、石油勘探、測量等領域有廣泛應用。常見絕對重力儀的基本原理是利用邁克爾遜激光干涉儀方法測量在高真空條件下物體(落體棱鏡)在垂直方向自由運動所經(jīng)歷的時間和距離，由邁克爾遜激光干涉儀原理可知，落體棱鏡下落距離等于1/2 ηλ,其中η為激光干涉條紋數(shù)，λ為激光器波長。對激光干涉條紋計數(shù)的同時測定落體下落時間，即可根據(jù)牛頓第二定律計算重力值。落體棱鏡穩(wěn)定釋放裝置是影響其測量精度的重要方面。一中國實用新型專利(專利號ZL 200720086464.4)公布了一種自由落體式重力儀落體質(zhì)量下落裝置，該專利的方案是:自由落體式重力儀落體棱鏡由電磁閥通過彈性夾頭夾住或釋放，其不足之處在于:電磁閥通過彈性夾頭釋放落體棱鏡時落體棱鏡僅在重力的作用下釋放，釋放時間長，釋放瞬間的摩擦力、電磁和靜電等干擾力作用在落體棱鏡上的時間長，釋放平穩(wěn)性不好，對重力精密測量不利(專利號ZL 200720086464.4中所稱“落體質(zhì)量”本發(fā)明稱為“落體棱鏡”，“落體棱鏡”更易理解)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服上述不足，本發(fā)明提供一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置，該裝置能縮短落體棱鏡釋放時間，且釋放平穩(wěn)性好，釋放瞬間的摩擦力、電磁和靜電等干擾力對落體棱鏡的影響小，對重力精密測量有利。
[0004]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置，該裝置包含真空艙、電機、過真空傳動器、蝸桿、蝸輪、電機導線、微電腦控制器、過真空導線、密封絕緣接線端子、螺母、螺桿、夾具導線、支架板、夾具、引導孔、引導頂針、落體罩、落體棱鏡、預應力彈簧、棱鏡托盤、棱鏡托盤孔、上限位開關、上舉托盤孔、上舉托盤、緩沖彈簧、上限位開關導線、下限位開關導線、導軌、下限位開關、透視窗鏡、行程標桿。導軌鉛垂直，支架板下表面水平，真空艙底部上表面水平，螺桿與導軌平行，行程標桿與導軌平行。過真空導線將微電腦控制器與密封絕緣接線端子相連，電機導線將電機與微電腦控制器相連，電機與過真空傳動器相連，過真空傳動器外殼與真空艙相連，過真空傳動器與蝸桿一端相連，蝸桿與蝸輪相齒合，蝸輪與螺桿相連，螺桿下端與真空艙底部滑動連接，螺桿上端與支架板滑動連接，螺桿與螺母滑動連接，螺母與上舉托盤相連，上舉托盤中心有上舉托盤孔，上舉托盤與導軌滑動連接，上舉托盤與行程標桿滑動連接，緩沖彈簧下端與上舉托盤上表面相連，導軌下端與真空艙底部相連，導軌上端與支架板相連，行程標桿下端與真空艙底部相連，行程標桿上端與支架板相連，上限位開關固定在行程標桿上端，下限位開關固定在行程標桿下端，導軌穿過棱鏡托盤且與棱鏡托盤無接觸，棱鏡托盤中部有棱鏡托盤孔，棱鏡托盤位于緩沖彈簧上方，預應力彈簧上端固定在導軌上方，預應力彈簧位于棱鏡托盤上方，落體罩下沿與棱鏡托盤上表面連接，落體棱鏡放置在落體罩內(nèi)部，落體棱鏡高度小于落體罩內(nèi)部高度1-1OOmm,落體棱鏡光線入口向下，引導頂針與落體罩上表面中部相連，落體罩上表面與棱鏡托盤上表面平行，引導頂針與落體罩上表面相垂直，支架板上表面與夾具相連，夾具通過夾具導線與密封絕緣接線端子相連，支架板中部有引導孔，引導頂針與引導孔對中，引導頂針直徑小于引導孔直徑，引導頂針長度能滿足落體罩上表面與支架板下表面接觸時引導頂針能通過引導孔被夾具夾持，密封絕緣接線端子外殼與真空艙相連，上限位開關通過上限位開關導線與密封絕緣接線端子相連，下限位開關通過下限位開關導線與密封絕緣接線端子相連，真空艙的底部中心有透視窗鏡。儀器不工作時上舉托盤位于真空艙下部并與下限位開關相接觸，上舉托盤通過緩沖彈簧承接棱鏡托盤，此時落體罩、落體棱鏡和引導頂針也位于真空艙下部，儀器開始工作時先由微電腦控制器通過電機導線啟動電機工作，啟動落體棱鏡上舉過程，電機經(jīng)過真空傳動器帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿旋轉(zhuǎn)帶動蝸輪和螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿旋轉(zhuǎn)帶動螺母在螺桿上向上運動，螺母向上運動將帶動上舉托盤、緩沖彈簧、棱鏡托盤、落體罩、落體棱鏡和引導頂針一起向上運動直到落體罩上表面與支架板下表面相接觸，落體罩上表面水平，與落體罩上表面平行的棱鏡托盤上表面也水平，放置在棱鏡托盤上表面的落體棱鏡也將水平，預應力彈簧安裝位置設定在此時預應力彈簧下端與棱鏡托盤上表面接觸，預應力彈簧被壓縮，預應力彈簧對棱鏡托盤產(chǎn)生下推預應力，此時引導頂針將通過支架板中部的引導孔到達夾具的夾口位置，同時上限位開關產(chǎn)生動作，并將動作信號由上限位開關導線經(jīng)密封絕緣接線端子和過真空導線傳遞給微電腦控制器，微電腦控制器得到上限位開關的信號后，停止電機不再轉(zhuǎn)動，微電腦控制器通過過真空導線、密封絕緣接線端子和夾具導線控制夾具夾緊引導頂針，完成落體棱鏡上舉過程。然后微電腦控制器通過電機導線控制電機反向轉(zhuǎn)動，電機經(jīng)過真空傳動器帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿旋轉(zhuǎn)帶動蝸輪和螺桿旋轉(zhuǎn)，螺桿旋轉(zhuǎn)帶動螺母在螺桿上向下運動，螺母向下運動將帶動上舉托盤、緩沖彈簧向下運動，此時，由于引導頂針被夾具夾持住，與頂針相連的落體罩、棱鏡托盤和落體罩內(nèi)的落體棱鏡被懸掛在了真空艙上部，當上舉托盤運動到下限位開關的位置后引起下限位開關動作，下限位開關通過下限位開關導線、密封絕緣接線端子和過真空導線將上舉托盤已經(jīng)下落到真空艙下部的信號通知給微電腦控制器，微電腦控制器得到下限位開關的信號后，停止電機不再轉(zhuǎn)動，此時完成上舉托盤回撤過程。等待0-600秒讓儀器靜止穩(wěn)定后，微電腦控制器通過過真空導線、密封絕緣接線端子和夾具導線控制夾具瞬間松開引導頂針，此時，由于重力及預應力彈簧的預應力作用，棱鏡托盤、落體罩和引導頂針連成的整體將向下做加速度大于重力加速度的加速運動，而由于落體棱鏡只受到重力作用，落體棱鏡將向下做加速度等于重力加速度的加速運動，棱鏡托盤和落體棱鏡的初始速度都等于，下降運動開始后，棱鏡托盤的速度將大于落體棱鏡的速度，棱鏡托盤和落體棱鏡將分離，落體棱鏡在真空中自由下落。當棱鏡托盤上表面和預應力彈簧下端分離后，棱鏡托盤、落體罩和引導頂針連成的整體也向下做加速度等于重力加速度的加速運動，但此時棱鏡托盤的下降速度已經(jīng)大于落體棱鏡的下降速度，棱鏡托盤不會阻礙落體棱鏡自由下落。當棱鏡托盤運動到真空艙下部后，將與緩沖彈簧上端接觸，緩沖彈簧將起到緩沖與承接當棱鏡托盤作用，此時落體棱鏡自由下落過程結束，一次測量運動完成。激光通過透視窗鏡、上舉托盤孔和棱鏡托盤孔照射到落體棱鏡上，并經(jīng)落體棱鏡反射后從棱鏡托盤孔、上舉托盤孔和透視窗鏡透射出來供采集。過真空傳動器可采用磁流體過真空部件或磁傳動部件，夾具可采用電致伸縮陶瓷作為動力部件，電致伸縮陶瓷動作快，放氣效應小，能在真空條件下使用。
[0005]本發(fā)明的有益效果是:該落體棱鏡釋放裝置將落體棱鏡放置在棱鏡托盤上，棱鏡托盤在彈簧預應力作用下迅速釋放，棱鏡托盤與落體棱鏡能快速分離，釋放瞬間的摩擦力、電磁和靜電等干擾力對落體棱鏡的影響小，整個裝置，結構簡單，且落體棱鏡下落過程無需電機和電磁鐵，電磁和機械運動干擾小，對高精度重力測量有益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
[0007]說明書附圖為一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置結構示意圖。
[0008]其中1.真空艙，2.電機，3.過真空傳動器，4.蝸桿，5.蝸輪，6.電機導線，7.微電腦控制器，8.過真空導線，9.密封絕緣接線端子，10.螺母，11.螺桿，12.夾具導線，13.支架板，14.夾具，15.引導孔，16.引導頂針，17.落體罩，18.落體棱鏡，19.預應力彈簧，20.棱鏡托盤，21.棱鏡托盤孔，22.上限位開關，23.上舉托盤孔，24.上舉托盤，25.緩沖彈簧，26.上限位開關導線，27.下限位開關導線，28.導軌，29.下限位開關，30.透視窗鏡，31.行程標桿。
【具體實施方式】
[0009]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的描述:
根據(jù)附圖可知，一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置包含真空艙(I)、電機
(2)、過真空傳動器(3)、蝸桿(4)、蝸輪(5)、電機導線(6)、微電腦控制器(7)、過真空導線(8)、密封絕緣接線端子(9)、螺母(10)、螺桿(11)、夾具導線(12)、支架板(13)、夾具(14)、引導孔(15)、引導頂針(16)、落體罩(17)、落體棱鏡(18)、預應力彈簧(19)、棱鏡托盤(20)、棱鏡托盤孔(21)、上限位開關(22)、上舉托盤孔(23)、上舉托盤(24)、緩沖彈簧(25)、上限位開關導線(26)、下限位開關導線(27)、導軌(28)、下限位開關(29)、透視窗鏡(30)、行程標桿(31)。導軌(28)鉛垂直，支架板(13)下表面水平，真空艙(I)底部上表面水平，螺桿(11)與導軌(28)平行，行程標桿(31)與導軌(28)平行。過真空導線(8)將微電腦控制器(7)與密封絕緣接線端子(9)相連，電機導線(6)將電機(2)與微電腦控制器(7)相連，電機(2)與過真空傳動器(3)相連，過真空傳動器(3)外殼與真空艙(I)相連，過真空傳動器(3)與蝸桿(4) 一端相連，蝸桿(4)與蝸輪(5)相齒合，蝸輪(5)與螺桿(11)相連，螺桿
(11)下端與真空艙(I)底部滑動連接，螺桿(11)上端與支架板(13)滑動連接，螺桿(11)與螺母(10)滑動連接，螺母(10)與上舉托盤(24)相連，上舉托盤(24)中心有上舉托盤孔
(23)，上舉托盤(24)與導軌(28)滑動連接，上舉托盤(24)與行程標桿(31)滑動連接，緩沖彈簧(25)下端與上舉托盤(24)上表面相連，導軌(28)下端與真空艙(I)底部相連，導軌(28)上端與支架板(13)相連，行程標桿(31)下端與真空艙(I)底部相連，行程標桿(31)上端與支架板(13)相連，上限位開關(22)固定在行程標桿(31)上端，下限位開關(29)固定在行程標桿(31)下端，導軌(28)穿過棱鏡托盤(20)且與棱鏡托盤(20)無接觸，棱鏡托盤(20)中部有棱鏡托盤孔(21)，棱鏡托盤(20)位于緩沖彈簧(25)上方，預應力彈簧(19)上端固定在導軌(28)上方，預應力彈簧(19)位于棱鏡托盤(20)上方，落體罩(17)下沿與棱鏡托盤(20)上表面連接，落體棱鏡(18)放置在落體罩(17)內(nèi)部，落體棱鏡(18)高度小于落體罩(17)內(nèi)部高度1-lOOmm，落體棱鏡(18)光線入口向下，引導頂針(16)與落體罩(17)上表面中部相連，落體罩(17)上表面與棱鏡托盤(20)上表面平行,弓I導頂針(16)與落體罩
(17)上表面相垂直，支架板(13)上表面與夾具(14)相連，夾具(14)通過夾具導線(12)與密封絕緣接線端子(9)相連，支架板(13)中部有引導孔(15)，引導頂針(16)與引導孔(15)對中，引導頂針(16)直徑小于引導孔(15)直徑，引導頂針(16)長度能滿足落體罩(17)上表面與支架板(13)下表面接觸時引導頂針(16)能通過引導孔(15)被夾具(14)夾持，密封絕緣接線端子(9)外殼與真空艙(I)相連，上限位開關(22)通過上限位開關導線(26)與密封絕緣接線端子(9 )相連，下限位開關(29 )通過下限位開關導線(27 )與密封絕緣接線端子
(9)相連，真空艙(I)的底部中心有透視窗鏡(30)。儀器不工作時上舉托盤(24)位于真空艙(I)下部并與下限位開關(29)相接觸，上舉托盤(24)通過緩沖彈簧(25)承接棱鏡托盤
(20)，此時落體罩(17)、落體棱鏡(18)和引導頂針(16)也位于真空艙(I)下部，儀器開始工作時先由微電腦控制器(7 )通過電機導線(6 )啟動電機(2 )工作，啟動落體棱鏡(18 )上舉過程，電機(2)經(jīng)過真空傳動器(3)帶動蝸桿(4)旋轉(zhuǎn)，蝸桿(4)旋轉(zhuǎn)帶動蝸輪(5)和螺桿(11)旋轉(zhuǎn)，螺桿(11)旋轉(zhuǎn)帶動螺母(10 )在螺桿(11)上向上運動，螺母(10 )向上運動將帶動上舉托盤(24 )、緩沖彈簧(25 )、棱鏡托盤(20 )、落體罩(17)、落體棱鏡(18 )和引導頂針
(16)一起向上運動直到落體罩(17)上表面與支架板(13)下表面相接觸，落體罩(17)上表面水平，與落體罩(17 )上表面平行的棱鏡托盤(20 )上表面也水平，放置在棱鏡托盤(20 )上表面的落體棱鏡(18)也將水平，預應力彈簧(19)安裝位置設定在此時預應力彈簧(19)下端與棱鏡托盤(20 )上表面接觸，預應力彈簧(19 )被壓縮，預應力彈簧(19 )對棱鏡托盤(20 )產(chǎn)生下推預應力，此時引導頂針(16)將通過支架板(13)中部的引導孔(15)到達夾具(14)的夾口位置，同時上限位開關(22)產(chǎn)生動作，并將動作信號由上限位開關導線(26)經(jīng)密封絕緣接線端子(9)和過真空導線(8)傳遞給微電腦控制器(7)，微電腦控制器(7)得到上限位開關(22 )的信號后，停止電機(2 )不再轉(zhuǎn)動，微電腦控制器(7 )通過過真空導線(8 )、密封絕緣接線端子(9)和夾具導線(12)控制夾具(14)夾緊引導頂針(16)，完成落體棱鏡(18)上舉過程。然后微電腦控制器(7 )通過電機導線(6 )控制電機(2 )反向轉(zhuǎn)動，電機(2 )經(jīng)過真空傳動器(3 )帶動蝸桿(4 )旋轉(zhuǎn)，蝸桿(4 )旋轉(zhuǎn)帶動蝸輪(5 )和螺桿(11)旋轉(zhuǎn)，螺桿(11)旋轉(zhuǎn)帶動螺母(10 )在螺桿(11)上向下運動，螺母(10 )向下運動將帶動上舉托盤(24 )、緩沖彈簧(25)向下運動，此時，由于引導頂針(16)被夾具(14)夾持住，與頂針(16)相連的落體罩(17)、棱鏡托盤(20)和落體罩(17)內(nèi)的落體棱鏡(18)被懸掛在了真空艙(I)上部，當上舉托盤(24)運動到下限位開關(29)的位置后引起下限位開關(29)動作，下限位開關(29)通過下限位開關導線(27)、密封絕緣接線端子(9)和過真空導線(8)將上舉托盤(24)已經(jīng)下落到真空艙(I)下部的信號通知給微電腦控制器(7 )，微電腦控制器(7 )得到下限位開關(29 )的信號后，停止電機(2 )不再轉(zhuǎn)動，此時完成上舉托盤(24 )回撤過程。等待0-600秒讓儀器靜止穩(wěn)定后，微電腦控制器(7)通過過真空導線(8)、密封絕緣接線端子(9)和夾具導線(12)控制夾具(14)瞬間松開引導頂針(16)，此時，由于重力及預應力彈簧(19)的預應力作用，棱鏡托盤(20)、落體罩(17)和引導頂針(16)連成的整體將向下做加速度大于重力加速度的加速運動，而由于落體棱鏡(18)只受到重力作用，落體棱鏡(18)將向下做加速度等于重力加速度的加速運動，棱鏡托盤(20)和落體棱鏡(18)的初始速度都等于0，下降運動開始后，棱鏡托盤(20)的速度將大于落體棱鏡(18)的速度,棱鏡托盤(20)和落體棱鏡(18)將分離，落體棱鏡(18)在真空中自由下落。當棱鏡托盤(20)上表面和預應力彈簧
(19)下端分離后，棱鏡托盤(20)、落體罩(17)和引導頂針(16)連成的整體也向下做加速度等于重力加速度的加速運動，但此時棱鏡托盤(20)的下降速度已經(jīng)大于落體棱鏡(18)的下降速度，棱鏡托盤(20)不會阻礙落體棱鏡(18)自由下落。當棱鏡托盤(20)運動到真空艙(I)下部后，將與緩沖彈簧(25)上端接觸，緩沖彈簧(25)將起到緩沖與承接當棱鏡托盤
(20)作用，此時落體棱鏡(18)自由下落過程結束，一次測量運動完成。激光通過透視窗鏡
(30)、上舉托盤孔(23)和棱鏡托盤孔(21)照射到落體棱鏡(18)上，并經(jīng)落體棱鏡(18)反射后從棱鏡托盤孔(21)、上舉托盤孔(23)和透視窗鏡(30)透射出來供采集。過真空傳動器(3)可采用磁流體過真空部件或磁傳動部件，夾具(14)可采用電致伸縮陶瓷作為動力部件，電致伸縮陶瓷動作快，放氣效應小，能在真空條件下使用。
【權利要求】
1.一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置，包含真空艙、螺母、螺桿、支架板、夾具、引導孔、引導頂針、落體罩、落體棱鏡、預應力彈簧、棱鏡托盤、上限位開關、上舉托盤、緩沖彈簧、導軌、下限位開關、透視窗鏡、行程標桿，其特征是:導軌鉛垂直，導軌下端與真空艙底部相連，導軌上端與支架板相連，導軌穿過棱鏡托盤且與棱鏡托盤無接觸，棱鏡托盤位于緩沖彈簧上方，預應力彈簧位于棱鏡托盤上方，落體罩下沿與棱鏡托盤上表面連接，落體棱鏡放置在落體罩內(nèi)部，引導頂針與落體罩上表面中部相連。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置，其特征是:落體棱鏡上舉過程完成后，預應力彈簧下端與棱鏡托盤上表面接觸，預應力彈簧被壓縮，預應力彈簧對棱鏡托盤產(chǎn)生下推預應力。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種預應力式絕對重力儀落體棱鏡釋放裝置，其特征是:落體棱鏡高度小 于落體罩內(nèi)部高度l-100mm。
【文檔編號】G01V7/14GK103901495SQ201210577363
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2012年12月27日 優(yōu)先權日:2012年12月27日
【發(fā)明者】薛懷平, 郝曉光, 鐘敏, 王勇, 王飛, 張為民 申請人:中國科學院測量與地球物理研究所