[發(fā)明專利]一種托架落體裝置和托架落體控制裝置及系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510043850.4
• 申請(qǐng)日: 2015-01-28
• 公開（公告）號(hào): CN104731111A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳瓊;滕云田;張兵;張濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)地震局地球物理研究所
• 主分類號(hào): G05D3/00
• 分類號(hào): G05D3/00;G01V7/02;G01V7/14
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種托架落體裝置和托架落體控制裝置及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

高精度絕對(duì)重力測(cè)量數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用與資源勘探、地球科學(xué)、導(dǎo)航等領(lǐng)域。特別是20世紀(jì)60年代以來，隨著深空探測(cè)和導(dǎo)彈技術(shù)的發(fā)展，對(duì)絕對(duì)重力測(cè)量的精度要求不斷提高，由此世界各國(guó)加大了對(duì)絕對(duì)重力儀的研究和投入。

經(jīng)典激光干涉絕對(duì)重力儀是通過測(cè)量落體做自由下落運(yùn)動(dòng)(或上拋運(yùn)動(dòng))時(shí)相對(duì)于參考棱鏡的位移來擬合求解測(cè)點(diǎn)重力加速度的。由于儀器的系統(tǒng)自振影響，使得參考棱鏡在該過程中產(chǎn)生非線性振動(dòng)，從而給測(cè)量結(jié)果帶來振動(dòng)誤差，嚴(yán)重時(shí)可以達(dá)到上百微伽(1微伽＝1×10^-8m/s²)。因此在絕對(duì)重力儀研制的過程中，系統(tǒng)自振的最小化設(shè)計(jì)問題是測(cè)量系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)單元研制時(shí)需要考慮的重要因素之一。

絕對(duì)重力儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)系統(tǒng)自振一般來自于落體的控制機(jī)構(gòu)。目前國(guó)際上絕對(duì)重力儀研制采用的主要方法為激光干涉和原子干涉兩種思路。激光干涉絕對(duì)重力儀的測(cè)量原理可以分為上拋法和下落法兩種測(cè)量方式,上拋法是利用一套可控的拋射機(jī)構(gòu)彈射拋體，測(cè)量拋體上升和下落過程中相對(duì)參考境的位移。由于拋射機(jī)構(gòu)的存在，整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)在拋體做上拋運(yùn)動(dòng)中必然會(huì)產(chǎn)生系統(tǒng)自振。下落法對(duì)落體的控制方式是將落體放置在拖架內(nèi)，通過電動(dòng)機(jī)將攜帶拖架的落體提升至一定的高度后反向加速推動(dòng)拖架，推動(dòng)拖架的加速度大于測(cè)點(diǎn)重力加速度，從而實(shí)現(xiàn)落體的自由下落。在此過程中，落體伺服跟蹤機(jī)構(gòu)的摩擦和系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)力源就成了整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)的振動(dòng)源。這種振動(dòng)還會(huì)與不同的地下介質(zhì)結(jié)構(gòu)耦合后會(huì)產(chǎn)生的不同振動(dòng)模式，形成變化的系統(tǒng)偏差。實(shí)驗(yàn)表明不同的測(cè)點(diǎn)，系統(tǒng)自振產(chǎn)生的系統(tǒng)偏差不同，不能通過經(jīng)驗(yàn)公式估計(jì)并從最終測(cè)量結(jié)果中修正。

國(guó)際上相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對(duì)于系統(tǒng)自振的處理方式利用長(zhǎng)周期彈簧懸掛參考棱鏡，同時(shí)隔離地面振動(dòng)和系統(tǒng)自振對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。美國(guó)的FG5、A10、FGL、以及早期的JILA-g型絕對(duì)重力儀均利用超長(zhǎng)彈簧(自振周期30～60s)懸掛參考棱鏡。其基本結(jié)構(gòu)是由支撐彈簧懸掛支架。支架上再懸掛主彈簧，而參考棱鏡就安裝在主彈簧底端。放于支架上的位置探測(cè)器會(huì)感知與其相連的質(zhì)量塊與參考棱鏡之間的距離變化，然后將該變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)控制伺服線圈，產(chǎn)生相應(yīng)的反作用力于質(zhì)量塊上，從而保證質(zhì)量塊與參考棱鏡之間的距離恒定，即保證參考棱鏡的“絕對(duì)靜止”。這種處理方式額外添加的隔振系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，不利于具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的激光干涉絕對(duì)重力測(cè)量?jī)x器的開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種可以應(yīng)用于下落法激光干涉絕對(duì)重力儀用的托架落體裝置和托架落體控制裝置及系統(tǒng)，利用機(jī)械抓取結(jié)構(gòu)、限位單元和停止單元的相互作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)落體的提升、釋放、承接和拖架的剎車，在落體自由下落階段，動(dòng)力單元即伺服電機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)，完全消除由于電機(jī)反轉(zhuǎn)產(chǎn)生的系統(tǒng)自振對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。系統(tǒng)整體運(yùn)行過程中電機(jī)均處于緩慢運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，大大降低了系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)所需的電機(jī)容量，減小的電機(jī)自身輻射對(duì)高精度數(shù)據(jù)采集帶來的信號(hào)干擾。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種托架落體裝置，包括托架、落體、彈性元件和配重質(zhì)量塊；

所述落體設(shè)置在托架內(nèi)；

所述托架下端通過彈性元件與配重質(zhì)量塊相連接；

所述配重質(zhì)量塊控制托架被釋放后，實(shí)現(xiàn)按照設(shè)定的規(guī)律向下運(yùn)動(dòng)。

本發(fā)明的有益效果是：可以保證落體自由脫離托架和恢復(fù)初始狀態(tài)的工作需要。

在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下改進(jìn)。

進(jìn)一步，所述托架內(nèi)部設(shè)有具有定位槽的定位環(huán)，所述落體上安裝三個(gè)定位柱；

所述三個(gè)定位柱分別放置在定位環(huán)上的定位槽內(nèi)，保證落體在每次自由下落運(yùn)動(dòng)的初始狀態(tài)完全相同。

進(jìn)一步，所述彈性元件包括至少2個(gè)均勻設(shè)置的彈簧。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：一種托架落體控制裝置，包括位置固定的伺服電機(jī)、真空側(cè)齒輪、齒條和托架落體裝置；

所述伺服電機(jī)控制真空側(cè)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)；

所述真空側(cè)齒輪與齒條相互嚙合，在伺服電機(jī)的控制下，真空側(cè)齒輪控制齒條在垂直方向上下運(yùn)動(dòng)；

所述齒條與托架落體裝置的托架上蓋相連接；所述齒條用于帶動(dòng)托架落體裝置沿垂直方向上下運(yùn)動(dòng)。