[发明专利]垂直向重力梯度测量系统

说明书

技术领域

本发明属于重力梯度测量技术领域，具体涉及一种垂直向重力梯度测量系统。

背景技术

在地球表面上，垂直向重力梯度大约为308.6微伽/米，其随纬度和高度的变化而存在微小变化，高精度的重力梯度测量数据，对于高精度惯性制导、地球科学、空间科学和地质科学均具有重要意义。此外，重力梯度测量已被认为是一种资源探测的有效手段之一，在基础地质调查、基础地质研究、油气矿藏等资源勘查等领域具有重要的应用价值。

垂直向重力梯度测量仪是测量地球表面某个测点垂直向重力梯度的仪器。现有技术中，世界上对垂直向重力梯度测量仪的设计原理主要包括三大类：差分加速度计法、基于扭矩的测量方法和航空超导重力梯度测量方法。其中，基于扭矩的测量方法具有体积大以及测量稳定性有限等问题，从而限制了其发展。差分加速度计法在2006年，由赵立珍等设计得到，其在体积、稳定性等方面取得了重要突破。航空超导重力梯度仪也是具有发展前景的一类重要的重力梯度仪。在航空重力测量中，微小的加速度会因飞行器的移动而被掩盖，如果重力场用两个垂向排列的感应器测量两次，被掩盖的重力加速度差异就会显现，可克服快速航空测量的瓶颈。

然而，现有的各类垂直向重力梯度测量方法，均属于相对测量方法，需要参考坐标及对其变化的物理量进行标定，普遍具有测量过程繁琐、测量机构体积偏大以及测量稳定性有限等不足。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种垂直向重力梯度测量系统，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种垂直向重力梯度测量系统，包括：落体控制系统和激光干涉测量系统；

所述落体控制系统包括真空系统、伺服驱动系统(2)、上落体升降单元(3)、下落体升降单元(4)和传动件(5)；其中，所述真空系统包括真空筒(1)以及维持所述真空筒(1)内部真空度的真空泵；所述上落体升降单元(3)和所述下落体升降单元(4)均置于所述真空筒(1)的内部；所述伺服驱动系统(2)置于所述真空筒(1)的外部；

所述上落体升降单元(3)包括上导轨(3-1)、上托架(3-2)、上滑块(3-3)和上落体(3-4)；所述上导轨(3-1)垂直固定设置于所述真空筒(1)内部的上方，所述上托架(3-2)的背面固定设置所述上滑块(3-3)，所述上托架(3-2)通过所述上滑块(3-3)与所述上导轨(3-1)可滑动连接；所述上落体(3-4)放置于所述上托架(3-2)上，当所述上托架(3-2)以超过重力加速度的加速度下落时，所述上落体(3-4)脱离所述上托架(3-2)而进行自由下落运动；

所述下落体升降单元(4)包括下导轨(4-1)、下托架(4-2)、下滑块(4-3)和下落体(4-4)；所述下导轨(4-1)垂直固定设置于所述真空筒(1)内部的下方，所述下托架(4-2)的背面固定设置所述下滑块(4-3)，所述下托架(4-2)通过所述下滑块(4-3)与所述下导轨(4-1)可滑动连接；所述下落体(4-4)放置于所述下托架(4-2)上，当所述下托架(4-2)以超过重力加速度的加速度下落时，所述下落体(4-4)脱离所述下托架(4-2)而进行自由下落运动；

此外，所述传动件(5)的一端位于所述真空筒(1)的外部，且与所述伺服驱动系统(2)联动；所述传动件(5)的另一端穿过所述真空筒(1)的筒壁而密封伸入到所述真空筒(1)的内部、且固定连接到所述上托架(3-2)；所述上托架(3-2)还通过刚性连接件(6)与所述下托架(4-2)固定连接；在所述伺服驱动系统(2)的驱动下，带动所述传动件(5)进行垂直方向的升降运动，进而带动所述上托架(3-2)和所述下托架(4-2)进行垂直方向的同步升降运动；

此外，所述上落体(3-4)包括上落体本体以及与所述上落体本体固定设置的第1测量棱镜(53-4)；所述下落体(4-4)包括下落体本体以及与所述下落体本体固定设置的第2测量棱镜(54-4)；所述第1测量棱镜(53-4)和所述第2测量棱镜(54-4)在水平方向具有设定距离的偏差，使所述第1测量棱镜(53-4)和所述第2测量棱镜(54-4)在水平方向完全错开；

所述真空筒(1)的底壁设置有第1透光玻璃窗和第2透光玻璃窗；其中，所述第1透光玻璃窗位于所述第1测量棱镜的正下方，并且，所述第1透光玻璃窗到所述第1测量棱镜之间形成有第1光传输通路；所述第2透光玻璃窗位于所述第2测量棱镜的正下方，并且，所述第2透光玻璃窗到所述第2测量棱镜之间形成有第2光传输通路；