一種用于激光干涉絕對(duì)重力儀的敏感質(zhì)量體及安裝支架的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種可用于基于下落法或上拋法測(cè)量原理的激光干涉絕對(duì)重力儀的敏感質(zhì)量體。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，激光干涉絕對(duì)重力測(cè)量?jī)x器是一種變形設(shè)計(jì)的邁克爾遜干涉儀，其測(cè)量原理是基于干涉儀兩臂中放置的光學(xué)反射元件光心的距離變化可以在視場(chǎng)中形成干涉條紋，每條干涉條紋對(duì)應(yīng)光學(xué)元件的光心間距變化了四分之一波長(zhǎng)(這里的波長(zhǎng)是干涉儀光源的波長(zhǎng))?？梢酝ㄟ^(guò)對(duì)干涉條紋的計(jì)數(shù)和干涉條紋過(guò)零時(shí)刻的提取獲取干涉測(cè)量過(guò)程中一個(gè)光學(xué)元件相對(duì)于另一個(gè)光學(xué)元件的時(shí)間位移坐標(biāo)，從而歸算出測(cè)點(diǎn)的重力加速度的絕對(duì)值。
[0003]在干涉測(cè)量的過(guò)程中，在參考點(diǎn)放置一個(gè)角立體棱鏡(簡(jiǎn)稱(chēng)參考棱鏡)，在真空系統(tǒng)中放置落體(根據(jù)敏感質(zhì)量體的控制方式不同，激光干涉絕對(duì)重力儀可以分為上拋法和下落法，上拋法和下落法中對(duì)應(yīng)的敏感質(zhì)量體一般稱(chēng)為拋體和落體，為了敘述方便，后統(tǒng)稱(chēng)落體)。干涉儀中的光源出射光通過(guò)一塊分光鏡得到相干的參考光束和測(cè)量光束，測(cè)量光束通過(guò)落體和參考棱鏡的反射，最終與參考光束疊加形成干涉條紋。干涉條紋就包含了落體光心相對(duì)于參考棱鏡光心的時(shí)間位移信息。
[0004]落體引入測(cè)量誤差的方式一般是因?yàn)槁潴w的光心與質(zhì)心不重合造成的，這種不重合會(huì)造成落體自由飛行中光心繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，從而引入或正或負(fù)的測(cè)量系統(tǒng)偏差。由于光心繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)的加速度不可測(cè)，這個(gè)系統(tǒng)偏差不能通過(guò)估算從最終計(jì)算結(jié)果中修正。
[0005]另一方面絕對(duì)重力測(cè)量一般是數(shù)千次測(cè)量求平均得到最終測(cè)量結(jié)果，因此，落體在設(shè)計(jì)過(guò)程中不僅需要考慮其自由飛行時(shí)的飛行姿態(tài)和飛行的平穩(wěn)性，還要考慮落體的定位機(jī)構(gòu)和使用壽命，以保證多次測(cè)量和落體下落起始狀態(tài)的一致性需求，這是后期數(shù)據(jù)處理的前提。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0006]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能夠減少敏感質(zhì)量體在自由飛行中光心繞質(zhì)心旋轉(zhuǎn)引入的測(cè)量系統(tǒng)誤差、保證敏感質(zhì)量體自由飛行初始狀態(tài)的一致性的用于激光干涉絕對(duì)重力儀的敏感質(zhì)量體及安裝支架。
[0007]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案如下:一種用于激光干涉絕對(duì)重力儀的敏感質(zhì)量體，包括鏡座、墊片、角立體棱鏡、下壓環(huán)、上壓環(huán)、鎖緊螺母、質(zhì)心調(diào)整螺母、至少一個(gè)定位柱和至少一個(gè)定位球；
[0008]所述鏡座為頂端帶有外彎曲的凸沿的圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述凸沿下方、所述圓筒狀結(jié)構(gòu)的筒身的內(nèi)壁上設(shè)置有垂直于圓筒中心線的、用于卡接固定上壓環(huán)的平臺(tái)，所述筒身底部設(shè)置有向內(nèi)扣的邊沿，所述墊片設(shè)置于所述筒身內(nèi)部、并卡接于所述邊沿的上表面，所述角立體棱鏡設(shè)置于所述墊片的頂部，所述角立體棱鏡的安裝面與所述筒身之間設(shè)置有下壓環(huán)，所述上壓環(huán)設(shè)置于所述平臺(tái)上，所述質(zhì)心調(diào)整螺母將所述上壓環(huán)與所述鏡座固定，所述鎖緊螺母穿過(guò)所述上壓環(huán)將所述鏡座與角立體棱鏡固定，每個(gè)所述定位柱的一端分別均勻的設(shè)置于鏡座的凸沿上，每個(gè)所述定位柱垂直穿過(guò)所述凸沿，并且每個(gè)所述定位柱的頂端分別對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)定位球。
[0009]本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提供一種實(shí)用的落體，利用角立體棱鏡設(shè)計(jì)落體，圍繞角立體棱鏡設(shè)計(jì)鏡座、墊圈、壓環(huán)、鎖緊螺母、質(zhì)心調(diào)節(jié)螺母、定位柱、定位環(huán)。在鏡座中利用墊圈、壓環(huán)和鎖緊螺母，將角立體棱鏡牢牢固定在鏡座中，并保證多次測(cè)量碰撞不會(huì)損壞角立體棱鏡。質(zhì)心調(diào)節(jié)螺母一方面為角立體棱鏡的固定提供保障，一方面可以通過(guò)質(zhì)心調(diào)節(jié)孔的大小調(diào)整質(zhì)心位置，使得與角立體棱鏡光心的距離縮小到30微米以內(nèi)，將該類(lèi)測(cè)量系統(tǒng)誤差縮小到10_9量級(jí)。同時(shí)利用鏡座上安裝的定位柱和定位環(huán)上設(shè)計(jì)的V型槽，保證落體自由飛行初始位置的一致性。該落體質(zhì)心光心位置可調(diào)，并且設(shè)計(jì)有定位機(jī)構(gòu)，可以滿足激光干涉絕對(duì)重力儀對(duì)落體的需求，可以在絕對(duì)重力儀中，完成數(shù)十萬(wàn)次測(cè)量，同時(shí)來(lái)自于落體光心質(zhì)心不重合誤差縮小至10_9量級(jí)。整體設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單方便，經(jīng)久耐用，易于調(diào)節(jié)。
[0010]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型還可以做如下改進(jìn)。
[0011]進(jìn)一步，每個(gè)所述定位柱的另一端設(shè)置有圓柱形凹陷，所述定位球嵌入所述圓柱形凹陷中，并與所述圓柱形凹陷過(guò)盈配合。
[0012]進(jìn)一步，所述角立體棱鏡的三個(gè)正交斜面的夾角為90° ±1"。
[0013]進(jìn)一步，所述質(zhì)心調(diào)整螺母上設(shè)置有質(zhì)心調(diào)整孔，通過(guò)調(diào)整所述質(zhì)心調(diào)整孔的大小調(diào)整落體質(zhì)心與光心的重合性。
[0014]進(jìn)一步，所述下壓環(huán)為聚四氟乙烯材質(zhì)，所述上壓環(huán)為超硬鋁材質(zhì)。
[0015]進(jìn)一步，所述鎖緊螺母和質(zhì)心調(diào)整螺母為超硬鋁材質(zhì)。
[0016]進(jìn)一步，一種安裝用于激光干涉絕對(duì)重力儀的敏感質(zhì)量體的安裝支架，包括導(dǎo)軌、導(dǎo)軌支柱、導(dǎo)軌滑塊、定位環(huán)和拖架；所述導(dǎo)軌上設(shè)置有導(dǎo)軌滑塊，所述拖架固定在所述導(dǎo)軌滑塊上，所述拖架內(nèi)安裝有定位環(huán)，所述用于激光干涉絕對(duì)重力儀的敏感質(zhì)量體中的定位柱卡在所述定位環(huán)上的V型槽內(nèi)，所述導(dǎo)軌支柱的內(nèi)部側(cè)壁上設(shè)置有導(dǎo)軌固定槽，所述導(dǎo)軌與所述導(dǎo)軌固定槽固定。
[0017]進(jìn)一步，所述定位環(huán)通過(guò)至少三個(gè)均勻分布的螺釘與所述拖架固定。
[0018]進(jìn)一步，所述定位環(huán)上設(shè)置有V型槽，所述V型槽的開(kāi)口角度為100°?120° , V型槽的深度為定位球直徑的0.75倍。
[0019]進(jìn)一步，所述導(dǎo)軌固定槽與導(dǎo)軌支柱底部的底部安裝面相垂直，所述導(dǎo)軌固定槽的中心線上分布設(shè)置有與導(dǎo)軌上的安裝孔對(duì)應(yīng)數(shù)量的螺孔。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1為本實(shí)用新型激光干涉原理圖；
[0021]圖2為本實(shí)用新型主視圖；
[0022]圖3為本實(shí)用新型A-A向剖視圖；
[0023]圖4為本實(shí)用新型角立體棱鏡剖視圖；
[0024]圖5為本實(shí)用新型鏡座立體圖；
[0025]圖6為本實(shí)用新型定位環(huán)俯視圖；
[0026]圖7為本實(shí)用新型定位環(huán)A-A向剖視圖；
[0027]圖8為本實(shí)用新型定位環(huán)立體圖；
[0028]圖9為本實(shí)用新型安裝于安裝支架上時(shí)主視圖；
[0029]圖10為本實(shí)用新型安裝于安裝支架上時(shí)主視圖的局部放大圖；
[0030]圖11為本實(shí)用新型安裝于安裝支架上時(shí)立體圖；
[0031]圖12為本實(shí)用新型導(dǎo)軌支柱立體圖；
[0032]圖13為本實(shí)用新型用于激光干涉絕對(duì)重力儀的敏感質(zhì)量體安裝于安裝支架中整體結(jié)構(gòu)圖。
[0033]附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下:
[0034]1、質(zhì)心調(diào)整螺母，2、鎖緊螺母，3、上壓環(huán)，4、下壓環(huán)，5、角立體棱鏡，6、墊片，7、鏡座，8、定位柱，9、定位球，10、拖架，11、用于激光干涉絕對(duì)重力儀的敏感質(zhì)量體，12、定位環(huán)，13、導(dǎo)軌，14、導(dǎo)軌支柱，15、導(dǎo)軌固定槽，16、導(dǎo)軌滑塊，17、底部安裝面。
【具體實(shí)施方式】
[0035]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。
[0036]實(shí)施例1
[0037]在圖1中，干涉儀的光源出射的激光束經(jīng)過(guò)準(zhǔn)直鏡后形成準(zhǔn)平行光束，該光束入射分光鏡上表面，得到透射的參考光束(圖1中所示光束2)和反射的測(cè)量光束(圖1中所不光束I)，光束I經(jīng)過(guò)落體和參考棱鏡的反射后，與光束2在分光鏡的下表面疊加形成干涉條紋，該條紋被光電接收器轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)用于后期的落體下落軌跡的提取。光束I在落體和參考棱鏡上入射和出射的光電位置示意如圖1所示。
[0038]一種用于激光干涉絕對(duì)重力儀的敏感質(zhì)量體(后文簡(jiǎn)稱(chēng)為落體)，包括鏡座7、墊片6、角立體棱鏡5、下壓環(huán)4、上壓環(huán)3、鎖緊螺母2、質(zhì)心調(diào)整螺母1、至少一個(gè)定位柱8和至少一個(gè)定位球9 ；
[0039]如圖5所示，所述鏡座7為頂端帶有外彎曲的凸沿的圓筒狀結(jié)構(gòu)，所述凸沿下方、所述圓筒狀結(jié)構(gòu)的筒身的內(nèi)壁上設(shè)置有垂直于圓筒中心線的、用于卡接固定上壓環(huán)3的平臺(tái)，所述筒身底部設(shè)置有向內(nèi)扣的邊沿，所述墊片6設(shè)置于所述筒身內(nèi)部、并卡接于所述邊沿的上表面，所述角立體棱鏡5設(shè)置于所述墊片6的頂部，所述角立體棱鏡5的安裝面與所述筒身之間設(shè)置有下壓環(huán)4，所述上壓環(huán)3設(shè)置于所述平臺(tái)上，所述質(zhì)心調(diào)整螺母I將所述上壓環(huán)3與所述鏡座7固定，所述鎖緊螺母2穿過(guò)所述上壓環(huán)3將所述鏡座7與角立體棱鏡5固定，每個(gè)所述定位柱8的一端分別均勻的設(shè)置于鏡座7的凸沿上，每個(gè)所述定位柱8垂直穿過(guò)所述凸沿，并且每個(gè)所述定位柱8的頂端分別對(duì)應(yīng)設(shè)置一個(gè)定位球9。
[0040]每個(gè)所述定位柱8的另一端設(shè)置有圓柱形凹陷，所述定位球9嵌入所述圓柱形凹陷中，并與所述圓柱形凹陷過(guò)盈配合，過(guò)盈配合的公差等級(jí)H7/n6。
[0041]通過(guò)聚四氟乙烯材質(zhì)的墊片和壓環(huán)將角立體棱鏡與鋁質(zhì)外殼隔離，防止沖擊對(duì)玻璃材質(zhì)的角立體棱鏡的損壞；通過(guò)鎖緊螺母和質(zhì)心調(diào)整螺母對(duì)鏡座內(nèi)安裝的各部件進(jìn)行雙重鎖定，使得落體呈現(xiàn)很好的整體性；通過(guò)質(zhì)心調(diào)整螺母上質(zhì)心調(diào)整孔的大小調(diào)整落體質(zhì)心與光心的重合性；落體上安裝的定位柱與定位環(huán)的V型槽相互作用可以保證落體每次自由飛行時(shí)的初始狀態(tài)的一致性。
[0042]圖2和圖3是一個(gè)裝配完成的落體整體結(jié)構(gòu)圖。其中，超硬鋁(7A04)材質(zhì)的鏡座7內(nèi)部最低端首先放置聚四氟乙烯材質(zhì)的墊片6，然后放置角立體棱鏡5，在角立體棱鏡的安裝面上放置聚四氟乙烯材質(zhì)的下壓環(huán)4，然后放置超硬鋁(7A04)材質(zhì)的上壓環(huán)3，然后用超硬鋁(7A04)材質(zhì)的鎖緊螺母2將鏡座和角立體棱鏡固定在一起，最后擰上超硬鋁(7A04)材質(zhì)的質(zhì)心調(diào)整螺母1，完成落體的整體裝配。在落體裝配的過(guò)程中，墊片6和下壓環(huán)4將玻璃材質(zhì)的角立體棱鏡與超硬鋁(7A04)材質(zhì)鏡座和壓環(huán)隔離開(kāi)，以消除落體自由飛行結(jié)束時(shí)與定位環(huán)撞擊時(shí)產(chǎn)生的沖擊對(duì)角立體棱鏡的損壞作用，同時(shí)為了保證落體各個(gè)部件的緊密壓緊，并最終形成一個(gè)整體，用超硬鋁(7A04)材質(zhì)的上壓環(huán)和鎖緊螺母固定，同時(shí)再利用質(zhì)心調(diào)整螺母的擰緊再次固定靜坐內(nèi)安裝的各個(gè)部件。在質(zhì)心調(diào)整螺母中央，有一個(gè)質(zhì)心調(diào)整孔，可以根據(jù)該孔的大小在設(shè)計(jì)階段調(diào)整落體整體質(zhì)心與光心的重合度優(yōu)于30微米。在實(shí)際加工組裝完成后，還可以在