[发明专利]一种基于高压悬浮的便携式相对重力仪

权利要求书

1.一种基于高压悬浮的便携式相对重力仪，其特征在于，包括真空腔体模块(1)、温度控制模块(2)、高压悬浮控制模块(3)、水平调节模块(4)和机械敏感探头模块(5)；

所述温度控制模块(2)用于对所述真空腔体模块(1)内部的温度进行控制，减小所述真空腔体模块(1)内部的温度波动；

所述高压悬浮控制模块(3)设置在所述真空腔体模块(1)的周围，用于提供静电悬浮力；

所述水平调节模块(4)设置于所述真空腔体模块(1)的上表面，且与所述机械敏感探头模块(5)中的动极板平行；

所述机械敏感探头模块(5)设置于所述真空腔体模块(1)内，所述机械敏感探头模块(5)包括第一敏感探头骨架(51)、第二敏感探头骨架(52)、第一定极板(53)、动极板(54)和第二定极板(55)；所述第一定极板(53)固定在所述第一敏感探头骨架(51)中；所述第二定极板(55)固定在所述第一敏感探头骨架(52)中；所述动极板(54)位于所述第一定极板(53)和所述第二定极板(55)中间；

工作时，通过测量所述动极板(54)相对所述第一定极板(53)和所述第二定极板(55)的位移，并通过施加千伏高压信号产生静电力使所述动极板(54)悬浮于所述真空腔体模块(1)中。

2.如权利要求1所述的便携式相对重力仪，其特征在于，所述高压悬浮控制模块(3)包括：

电容位移传感单元(31)，其输入端与所述第一定极板(53)和所述第二定极板(55)连接，其输出端与所述动极板(54)连接，用于测量所述动极板(54)相对于所述第一定极板(53)和第二定极板(55)的位移；

PID控制单元(32)，用于对所述位移进行PID运算后输出反馈信号；

高压反馈单元(33)；用于对所述反馈信号进行滤波放大后得到千伏高压信号，并将所述千伏高压信号施加在所述第一定极板(53)和所述第二定极板(55)上。

3.如权利要求2所述的便携式相对重力仪，其特征在于，所述电容位移传感单元(31)包括：

前置运算放大器(311)，其输入端连接至所述第一定极板(53)和所述第二定极板(55)，用于对微弱电流信号进行互阻放大后输出第一电压信号；

交流放大器(312)，用于对所述第一电压信号的带宽外噪声进行衰减后形成低噪声的第二电压信号；

解调器(313)，用于提取所述第二电压信号的幅值并形成第三电压信号；

低通滤波器(314)，用于滤除所述第三电压信号中的高频噪声，提取所需低频的第四电压信号；

载波偏置电压产生单元(315)，其输出端连接至所述动极板(54)，用于产生高频正弦调制信号与直流偏置电压。

4.如权利要求1所述的便携式相对重力仪，其特征在于，所述水平调节模块(4)包括两个相互垂直的第一水平仪(41)和第二水平仪(42)，所述第一水平仪(41)用于测量重力仪沿着一个水平方向的倾斜角度；所述第二水平仪(42)用于测量重力仪沿着另一个水平方向的倾斜角度。

5.如权利要求1所述的便携式相对重力仪，其特征在于，所述第一敏感探头骨架(51)和所述第二敏感探头骨架(52)的膨胀系数小于10^-7。

6.如权利要求1所述的便携式相对重力仪，其特征在于，所述动极板(54)在六根细丝和两根零长弹簧的限制下只沿竖直自由度运动。

7.如权利要求6所述的便携式相对重力仪，其特征在于，所述细丝为直径为20μm的钨丝。