[发明专利]垂直向重力梯度测量系统

摘要

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；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)；所述激光干涉测量系统包括激光光源(50)、第3分光镜(51)、第1反射镜(52)、第1干涉光路测量单元和第2干涉光路测量单元。基于本套落体控制系统，上下落体刚性连接同步运动，工作过程中的系统自振和环境振动误差为共模误差，无需对参考点进行振动隔离，振动误差不会对测量结果产生影响，因此，具有测量结果精度高、可靠和稳定的优点。

主权项

一种垂直向重力梯度测量系统，其特征在于，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；所述激光干涉测量系统包括：激光光源(50)、第3分光镜(51)、第1反射镜(52)、第1干涉光路测量单元和第2干涉光路测量单元；其中，所述第1干涉光路测量单元包括：第1分光镜(53‑1)、第1参考测量棱镜(53‑2)、第1测量棱镜和第1接收器(53‑3)；所述第2干涉光路测量单元包括：第2分光镜(54‑1)、第2参考测量棱镜(54‑2)、第2测量棱镜和第2接收器(54‑3)；在所述激光光源(50)发出光束方向上放置所述第3分光镜(51)；在所述第3分光镜(51)的透射光方向设置所述第1分光镜(53‑1)，所述第1分光镜(53‑1)的分光面与所述第3分光镜(51)的透射光方向成45°；所述第1分光镜(53‑1)的反射光方向为垂直向上方向，且朝向所述第1透光玻璃窗，在所述第1分光镜(53‑1)的正下方设置所述第1参考测量棱镜(53‑2)；在所述第1分光镜(53‑1)的透射光光路设置所述第1接收器(53‑3)；在所述第3分光镜(51)的反射光方向设置所述第1反射镜(52)，所述第1反射镜(52)的反射光方向设置所述第2分光镜(54‑1)，所述第2分光镜(54‑1)的分光面与所述第1反射镜(52)的反射光方向成45°；所述第2分光镜(54‑1)的反射光方向为垂直向上方向，且朝向所述第2透光玻璃窗；在所述第2分光镜(54‑1)的正下方设置所述第2参考测量棱镜(54‑2)；在所述第2分光镜(54‑1)的透射光光路设置所述第2接收器(54‑3)。