[发明专利]一种时间关联计算重力仪及测量方法

摘要

一种时间关联计算重力仪及测量方法，包括光源、数字微镜阵列DMD、透镜、控制器、第一分束器、应力传感器、待下落棱镜、参考棱镜、第二分束器、CCD(或点探测器)、符合测量逻辑模块、延时器和原子钟，符合测量逻辑模块包括符合测量逻辑单元和计算单元。通过调整延时器延时，符合测量逻辑单元对两路信号做时间符合测量逻辑计算，得到延时差值，结合原子钟记录的初末位置处时刻，计算得到重力加速度g。本发明重力仪能有效减小空气扰动因素引起的测量误差，具有结构设计简单，可实现性较强等优点。

主权项

一种时间关联计算重力仪，其特征在于：包括：光源(1)、数字微镜阵列DMD(2)、透镜(3)、控制器(4)、第一分束器(5)、应力传感器(6)、待下落棱镜(7)、参考棱镜(8)、第二分束器(9)、CCD(10)、符合测量逻辑模块(11)、延时器(12)、原子钟(13)；符合测量逻辑模块(11)包括符合测量逻辑单元和计算单元；数字微镜阵列DMD(2)包括多个微镜阵列，光源(1)水平照射在数字微镜阵列DMD(2)的多个微镜阵列上，控制器(4)产生光场调制矩阵信号，一路输出将光场调制矩阵信号发送到延时器(12)，调整延时器(12)延时，经延时器(12)延时后将光场调制矩阵信号存至符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元，另一路输出将该光场调制矩阵信号加载到数字微镜阵列DMD(2)上，控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转，微镜阵列反射光源(1)照射的光束形成调制光场，将该调制光场入射至透镜(3)，数字微镜阵列DMD(2)放置于透镜(3)的焦平面上，经透镜(3)的调制光场变成平行光束，照射到第一分束器(5)上；第一分束器(5)将入射的平行光束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将第一分束器(5)分光得到的透射光束舍弃，将第一分束器(5)分光得到的反射光束沿竖直向上方向入射至应力传感器(6)，应力传感器(6)上设置有透光通孔，将第一分束器(5)分光得到的沿竖直向上方向传输的反射光束透过，入射到待下落棱镜(7)上，应力传感器(6)放置于待下落棱镜(7)的正下方，经过应力传感器(6)竖直向上传播的光束在待下落棱镜(7)中发生回射，沿竖直向下方向传播，再次入射至应力传感器(6)，应力传感器(6)将在待下落棱镜(7)中发生回射的光束经过应力传感器(6)入射到参考棱镜(8)上，参考棱镜(8)放置于第一分束器(5)的下方偏右，参考棱镜(8)和下落棱镜一样用于回射光束，将入射到参考棱镜(8)上的光束平行回射，参考棱镜(8)回射后的回射光束照射到第二分束器(9)上，第二分束器(9)将入射的回射光束分光成两路分别是透射光束和反射光束，将第二分束器(9)分光得到的透射光束舍弃，将第二分束器(9)分光得到的反射光束反射到CCD(10)上，形成第一信号送至符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元，符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元记录该第一信号；符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元，将储存的光场调制矩阵信号和记录的第一信号，进行时间符合测量逻辑计算，具体为通过设定一个时间阈值，如果光场调制矩阵信号和记录的第一信号差大于或等于该阈值，就计数，如果小于该阈值，就舍弃不计数，得到一个时间关联计数结果；多次调整延时器(12)的延时，并且将该多个延时结果发送到计算单元，符合测量逻辑单元将储存的多个新的光场调制矩阵信号和记录的多个新的第一信号，多次进行时间符合测量逻辑计算，得到多个新的时间关联计数结果，同时将该多个新的时间关联计数结果发送至计算单元；计算单元将接收到的多对延时器(12)延时和对应的时间关联计数结果，绘成第一关联结果曲线，其中横坐标为记录的多个延时器(12)的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(12)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，寻找第一关联结果峰值所对应的延时器(12)延时τ1，并记录该延时τ1；控制待下落棱镜(7)开始做自由落体运动，同时原子钟(13)记录控制待下落棱镜(7)下落的初位置时刻t1，待下落棱镜(7)沿竖直向下下落到应力传感器(6)，应力传感器(6)将信号传递到原子钟(13)，同时原子钟(13)记录下末位置时刻t2；待下落棱镜(7)自由下落到应力传感器(6)上后，重置延时器(12)的延时，CCD(10)重新接收到从第二分束器(9)反射过来的反射光束，形成第二信号，符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元记录该第二信号；调整延时器的延时，再次将新的光场调制矩阵储存至符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元，符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的第二信号，进行时间符合测量逻辑计算，具体为通过设定一个时间阈值，如果光场调制矩阵信号和记录的第二信号差大于或等于该阈值，就计数，如果小于该阈值，就舍弃不计数，得到一个时间关联计数结果，同时将时间关联计数结果发送至计算单元；多次调整延时器(12)的延时，并且将该多个延时结果发送到计算单元，符合测量逻辑单元将储存的多个新的光场调制矩阵信号和记录的多个新的第二信号，多次进行时间符合测量逻辑计算，得到多个新的时间关联计数结果，同时将该多个新的时间关联计数结果发送至计算单元；计算单元将接收到的多对延时器(12)延时和对应的时间关联计数结果，绘成第二关联结果曲线，其中横坐标为记录的多个延时器(12)的延时时间，纵坐标为多个时间关联计数结果，将每个延时器(12)记录的多个延时所对应的多个时间关联计数结果连接成一条曲线，寻找第二关联结果峰值所对应的延时器(12)延时τ2，并记录该延时τ2；计算单元将记录的τ1和τ2做差计算得到延时差Δτ＝τ2‑τ1，原子钟(13)记录的t1和t2做差计算得到待下落棱镜(7)下落时间差Δt＝t2‑t1，根据该延时差Δτ和待下落棱镜(7)下落时间差Δt，解算出重力加速度式中c为真空中光速。