[发明专利]一种基于光悬浮的重力测量装置及测量方法

说明书

本发明涉及一种基于光悬浮的重力测量装置及测量方法，装置包括真空腔体、激光器、电容极板、非接触高精度位移传感器及反馈控制系统，在真空腔体的底面嵌装观察视窗，在观察视窗的下方安装激光器，在激光器与观察视窗之间安装遮光板，在观察视窗的上方与视窗平行安装上、下两电容极板，在两电容极板间的下极板上放置悬浮物，两极板连接电容检测电路，电容检测电路与反馈控制系统连接，在上电容极板的上方安装非接触高精度位移传感器，非接触高精度位移传感器与反馈控制系统连接。本发明能够同时进行相对和绝对重力测量，在精确测定重力加速度值的同时能够快速测量当地重力加速度值的变化情况，弥补了目前世界上高精度绝对重力仪测量能力单一、测量速度较慢的不足。

技术领域

本发明属于高精度重力测量技术领域，具体涉及一种基于光悬浮的高精度重力测量装置及方法。

背景技术

光既携带能量，又带有动量，当光照射物体时，与物体发生动量交换，从而对物体产生作用，这种作用表现为一种辐射压力，即光压力。

激光的问世使光压力的应用得到了极大的拓展，激光的高亮度和高汇聚使光束的辐射压力显著提高，当激光产生的光压力与被照射物体所受重力相平衡时，即可将物体悬浮起来，这种光压力—重力平衡关系可用于重力测量。

特别是，当采用大功率脉冲激光照射到物体上时，由于峰值功率高，脉冲时间极短，瞬时会在物体表面产生巨大的光压力，进而造成物体内部产生高频弹性压缩波，这种弹性波的传播频率、波动幅值、传播相位与物体所处重力场直接相关，且弹性波经过反射会在悬浮物表面产生可以探测到的振动，这种弹性波不会对物体表面及内部造成损伤，类似研究也广泛应用于激光无损探伤，是一种环保高效无损的新型测量技术。

现有的重力仪主要分为两类，一类是绝对重力仪，用于测定某一地点重力加速度值，另一类为相对重力仪，用于测量重力加速度的变化值，使用光悬浮的宏观物体实现重力加速度高精度测量是一种新概念的重力测量方式，即利用激光产生的光压力与被悬浮物所受重力相平衡，同时利用被悬浮物内部由脉冲激光照射引发的高频弹性波及悬浮物表面振动与所处重力场直接相关的特性，同时完成高精度相对重力测量和绝对重力测量。

光悬浮重力测量装置及方法，具有能够同时完成绝对重力测量和相对重力测量的独特优势，其能够在精确测定重力加速度值的基础上，快速测量重力加速度值的变化，无需绝对重力测量点的标定，可广泛的应用于地球物理、资源勘探、惯性导航与定位、计量学和基础科学研究等领域。

发明内容

本发明基于超高精度重力测量的迫切需求，提供一种新的基于光悬浮的重力测量方法，并形成相应的测量装置，该装置通过激光产生的光力悬浮物体，并在悬浮物体内部产生高频弹性波，可同时完成相对与绝对重力测量，弥补了目前重力仪测量能力单一、测量速度较低、测量精度遇到瓶颈无法继续提高的不足。

实现本发明目的的技术方案为：

一种基于光悬浮的重力测量装置，

包括真空腔体、

包括使悬浮物悬浮的悬浮激发装置、

包括用于测量悬浮物偏离零位位移并将悬浮物恢复零位的悬浮物的调零装置、

包括用于测量悬浮物上表面振动及光致弹性波信息的非接触高精度位移传感器、

包括用于采集非接触高精度位移传感器输出信号、记录悬浮物位移、采集调零装置反馈信号、计算绝对重力加速度、计算相对重力加速度的反馈控制系统、

在真空腔体内安装非接触高精度位移传感器及悬浮物的调零装置，在真空腔体外安装悬浮激发装置、反馈控制系统，反馈控制系统分别连接悬浮激发装置、悬浮物调零装置及非接触高精度位移传感器。

而且，所述的悬浮激发装置为激光器。

而且，所述的悬浮物的调零装置为电容极板及电容检测电路单元。