[发明专利]一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置

说明书

技术领域

本发明涉及测量装置，尤其是涉及一种自由落体式绝对重力仪落体棱镜释放装置。 

背景技术

地球表面上任意一点的绝对重力值，是该点单位质量的物体受到整个地球质量的引力与地球自转在该点所产生的惯性离心力的合力，它等于该点的重力加速度值。绝对重力仪是用来直接测量重力加速度值的主要精密计量仪器，在地球物理环境、地震、石油勘探、测量等领域有广泛应用。常见绝对重力仪的基本原理是利用迈克尔逊激光干涉仪方法测量在高真空条件下物体（落体棱镜）在垂直方向自由运动所经历的时间和距离,由迈克尔逊激光干涉仪原理可知，落体棱镜下落距离等于1/2 nλ,其中n为激光干涉条纹数，λ为激光器波长。对激光干涉条纹计数的同时测定落体下落时间，即可根据牛顿第二定律计算重力值。落体棱镜稳定释放装置是影响其测量精度的重要方面。一中国实用新型专利（专利号ZL 200720086464.4）公布了一种自由落体式重力仪落体质量下落装置，该专利的方案是：自由落体式重力仪落体棱镜由电磁阀通过弹性夹头夹住或释放，其不足之处在于：电磁阀通过弹性夹头释放落体棱镜时落体棱镜仅在重力的作用下释放，释放时间长，释放瞬间的摩擦力、电磁和静电等干扰力作用在落体棱镜上的时间长，释放平稳性不好，对重力精密测量不利（专利号ZL 200720086464.4中所称“落体质量”本发明称为“落体棱镜”，“落体棱镜”更易理解）。 

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置, 该装置能缩短落体棱镜释放时间，且释放平稳性好，释放瞬间的摩擦力、电磁和静电等干扰力对落体棱镜的影响小，对重力精密测量有利。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种预应力式绝对重力仪落体棱镜释放装置，该装置包含真空舱、电机、过真空传动器、蜗杆、蜗轮、电机导线、微电脑控制器、过真空导线、密封绝缘接线端子、螺母、螺杆、夹具导线、支架板、夹具、引导孔、引导顶针、落体罩、落体棱镜、预应力弹簧、棱镜托盘、棱镜托盘孔、上限位开关、上举托盘孔、上举托盘、缓冲弹簧、上限位开关导线、下限位开关导线、导轨、下限位开关、透视窗镜、行程标杆。导轨铅垂直，支架板下表面水平，真空舱底部上表面水平，螺杆与导轨平行，行程标杆与导轨平行。过真空导线将微电脑控制器与密封绝缘接线端子相连，电机导线将电机与微电脑控制器相连，电机与过真空传动器相连，过真空传动器外壳与真空舱相连，过真空传动器与蜗杆一端相连，蜗杆与蜗轮相齿合，蜗轮与螺杆相连，螺杆下端与真空舱底部滑动连接，螺杆上端与支架板滑动连接，螺杆与螺母滑动连接，螺母与上举托盘相连，上举托盘中心有上举托盘孔，上举托盘与导轨滑动连接，上举托盘与行程标杆滑动连接，缓冲弹簧下端与上举托盘上表面相连，导轨下端与真空舱底部相连，导轨上端与支架板相连，行程标杆下端与真空舱底部相连，行程标杆上端与支架板相连，上限位开关固定在行程标杆上端，下限位开关固定在行程标杆下端，导轨穿过棱镜托盘且与棱镜托盘无接触，棱镜托盘中部有棱镜托盘孔，棱镜托盘位于缓冲弹簧上方，预应力弹簧上端固定在导轨上方，预应力弹簧位于棱镜托盘上方，落体罩下沿与棱镜托盘上表面连接，落体棱镜放置在落体罩内部，落体棱镜高度小于落体罩内部高度1-100mm，落体棱镜光线入口向下，引导顶针与落体罩上表面中部相连，落体罩上表面与棱镜托盘上表面平行，引导顶针与落体罩上表面相垂直，支架板上表面与夹具相连，夹具通过夹具导线与密封绝缘接线端子相连，支架板中部有引导孔，引导顶针与引导孔对中，引导顶针直径小于引导孔直径，引导顶针长度能满足落体罩上表面与支架板下表面接触时引导顶针能通过引导孔被夹具夹持，密封绝缘接线端子外壳与真空舱相连，上限位开关通过上限位开关导线与密封绝缘接线端子相连，下限位开关通过下限位开关导线与密封绝缘接线端子相连，真空舱的底部中心有透视窗镜。仪器不工作时上举托盘位于真空舱下部并与下限位开关相接触，上举托盘通过缓冲弹簧承接棱镜托盘，此时落体罩、落体棱镜和引导顶针也位于真空舱下部，仪器开始工作时先由微电脑控制器通过电机导线启动电机工作，启动落体棱镜上举过程，电机经过真空传动器带动蜗杆旋转，蜗杆旋转带动蜗轮和螺杆旋转，螺杆旋转带动螺母在螺杆上向上运动，螺母向上运动将带动上举托盘、缓冲弹簧、棱镜托盘、落体罩、落体棱镜和引导顶针一起向上运动直到落体罩上表面与支架板下表面相接触，落体罩上表面水平，与落体罩上表面平行的棱镜托盘上表面也水平，放置在棱镜托盘上表面的落体棱镜也将水平，预应力弹簧安装位置设定在此时预应力弹簧下端与棱镜托盘上表面接触，预应力弹簧被压缩，预应力弹簧对棱镜托盘产生下推预应力，此时引导顶针将通过支架板中部的引导孔到达夹具的夹口位置，同时上限位开关产生动作，并将动作信号由上限位开关导线经密封绝缘接线端子和过真空导线传递给微电脑控制器，微电脑控制器得到上限位开关的信号后，停止电机不再转动，微电脑控制器通过过真空导线、密封绝缘接线端子和夹具导线控制夹具夹紧引导顶针，完成落体棱镜上举过程。然后微电脑控制器通过电机导线控制电机反向转动，电机经过真空传动器带动蜗杆旋转，蜗杆旋转带动蜗轮和螺杆旋转，螺杆旋转带动螺母在螺杆上向下运动，螺母向下运动将带动上举托盘、缓冲弹簧向下运动，此时，由于引导顶针被夹具夹持住，与顶针相连的落体罩、棱镜托盘和落体罩内的落体棱镜被悬挂在了真空舱上部，当上举托盘运动到下限位开关的位置后引起下限位开关动作，下限位开关通过下限位开关导线、密封绝缘接线端子和过真空导线将上举托盘已经下落到真空舱下部的信号通知给微电脑控制器，微电脑控制器得到下限位开关的信号后，停止电机不再转动，此时完成上举托盘回撤过程。 等待0-600秒让仪器静止稳定后，微电脑控制器通过过真空导线、密封绝缘接线端子和夹具导线控制夹具瞬间松开引导顶针，此时，由于重力及预应力弹簧的预应力作用，棱镜托盘、落体罩和引导顶针连成的整体将向下做加速度大于重力加速度的加速运动，而由于落体棱镜只受到重力作用，落体棱镜将向下做加速度等于重力加速度的加速运动，棱镜托盘和落体棱镜的初始速度都等于，下降运动开始后，棱镜托盘的速度将大于落体棱镜的速度，棱镜托盘和落体棱镜将分离，落体棱镜在真空中自由下落。当棱镜托盘上表面和预应力弹簧下端分离后，棱镜托盘、落体罩和引导顶针连成的整体也向下做加速度等于重力加速度的加速运动，但此时棱镜托盘的下降速度已经大于落体棱镜的下降速度，棱镜托盘不会阻碍落体棱镜自由下落。当棱镜托盘运动到真空舱下部后，将与缓冲弹簧上端接触，缓冲弹簧将起到缓冲与承接当棱镜托盘作用，此时落体棱镜自由下落过程结束，一次测量运动完成。激光通过透视窗镜、上举托盘孔和棱镜托盘孔照射到落体棱镜上，并经落体棱镜反射后从棱镜托盘孔、上举托盘孔和透视窗镜透射出来供采集。过真空传动器可采用磁流体过真空部件或磁传动部件，夹具可采用电致伸缩陶瓷作为动力部件，电致伸缩陶瓷动作快，放气效应小，能在真空条件下使用。