[发明专利]一种托架落体装置和托架落体控制装置及系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种托架落体装置和托架落体控制装置及系统。

背景技术

高精度绝对重力测量数据广泛应用与资源勘探、地球科学、导航等领域。特别是20世纪60年代以来，随着深空探测和导弹技术的发展，对绝对重力测量的精度要求不断提高，由此世界各国加大了对绝对重力仪的研究和投入。

经典激光干涉绝对重力仪是通过测量落体做自由下落运动(或上抛运动)时相对于参考棱镜的位移来拟合求解测点重力加速度的。由于仪器的系统自振影响，使得参考棱镜在该过程中产生非线性振动，从而给测量结果带来振动误差，严重时可以达到上百微伽(1微伽＝1×10^-8m/s²)。因此在绝对重力仪研制的过程中，系统自振的最小化设计问题是测量系统及驱动单元研制时需要考虑的重要因素之一。

绝对重力仪进行测量时系统自振一般来自于落体的控制机构。目前国际上绝对重力仪研制采用的主要方法为激光干涉和原子干涉两种思路。激光干涉绝对重力仪的测量原理可以分为上抛法和下落法两种测量方式,上抛法是利用一套可控的抛射机构弹射抛体，测量抛体上升和下落过程中相对参考境的位移。由于抛射机构的存在，整个测量系统在抛体做上抛运动中必然会产生系统自振。下落法对落体的控制方式是将落体放置在拖架内，通过电动机将携带拖架的落体提升至一定的高度后反向加速推动拖架，推动拖架的加速度大于测点重力加速度，从而实现落体的自由下落。在此过程中，落体伺服跟踪机构的摩擦和系统的驱动力源就成了整个测量系统的振动源。这种振动还会与不同的地下介质结构耦合后会产生的不同振动模式，形成变化的系统偏差。实验表明不同的测点，系统自振产生的系统偏差不同，不能通过经验公式估计并从最终测量结果中修正。

国际上相关研究机构对于系统自振的处理方式利用长周期弹簧悬挂参考棱镜，同时隔离地面振动和系统自振对测量结果的影响。美国的FG5、A10、FGL、以及早期的JILA-g型绝对重力仪均利用超长弹簧(自振周期30～60s)悬挂参考棱镜。其基本结构是由支撑弹簧悬挂支架。支架上再悬挂主弹簧，而参考棱镜就安装在主弹簧底端。放于支架上的位置探测器会感知与其相连的质量块与参考棱镜之间的距离变化，然后将该变化转换为电信号控制伺服线圈，产生相应的反作用力于质量块上，从而保证质量块与参考棱镜之间的距离恒定，即保证参考棱镜的“绝对静止”。这种处理方式额外添加的隔振系统结构复杂，价格昂贵，不利于具有自主知识产权的激光干涉绝对重力测量仪器的开发。

发明内容

本发明提供一种可以应用于下落法激光干涉绝对重力仪用的托架落体装置和托架落体控制装置及系统，利用机械抓取结构、限位单元和停止单元的相互作用，实现对落体的提升、释放、承接和拖架的刹车，在落体自由下落阶段，动力单元即伺服电机处于静止状态，完全消除由于电机反转产生的系统自振对测量结果的影响。系统整体运行过程中电机均处于缓慢运动状态，大大降低了系统驱动所需的电机容量，减小的电机自身辐射对高精度数据采集带来的信号干扰。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种托架落体装置，包括托架、落体、弹性元件和配重质量块；

所述落体设置在托架内；

所述托架下端通过弹性元件与配重质量块相连接；

所述配重质量块控制托架被释放后，实现按照设定的规律向下运动。

本发明的有益效果是：可以保证落体自由脱离托架和恢复初始状态的工作需要。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述托架内部设有具有定位槽的定位环，所述落体上安装三个定位柱；

所述三个定位柱分别放置在定位环上的定位槽内，保证落体在每次自由下落运动的初始状态完全相同。

进一步，所述弹性元件包括至少2个均匀设置的弹簧。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种托架落体控制装置，包括位置固定的伺服电机、真空侧齿轮、齿条和托架落体装置；

所述伺服电机控制真空侧齿轮转动；

所述真空侧齿轮与齿条相互啮合，在伺服电机的控制下，真空侧齿轮控制齿条在垂直方向上下运动；

所述齿条与托架落体装置的托架上盖相连接；所述齿条用于带动托架落体装置沿垂直方向上下运动。