[發明專利]一種重力加速度測量裝置

有效

• 申請號: 201610119646.0
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105738963B
• 公開（公告）日: 2018-08-03
• 發明（設計）人: 王秋良;胡新寧;王暉;戴銀明;嚴陸光
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: G01V7/00
• 分類號: G01V7/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種用于重力加速度測量裝置，基于超導體的排磁通效應產生磁懸浮，通過靜電電極實現超導球的測量與控制。本發明采用制冷機冷頭無接觸冷卻低溫裝置。超導懸浮球采用鍍膜工藝，內采用石英空心球作為基底，超導球表面沉積超導鈮材料。一對懸浮線圈在重力方向上產生微弱的磁力梯度，使重力的微小變化產生超導球位移較大變化，從而能夠被電極電容電橋電路測量得到。在水平方向上通過在電極上施加靜電力增加支承剛度使得裝置測量適應范圍和環境條件擴大。

技術領域

本發明涉一種重力加速度測量裝置。

背景技術

在地球科學研究領域中，地球重力場及其隨時間變化包含地球系統物質分布及運移的豐富信息，它直接反映了地球各圈層最基本的物質及其變化特性，是研究各種環境變化、地球動力學過程最基本、最直接和最重要的物理量之一。高精度的重力測量需要發展新型的重力探測方法與技術以克服傳統測量方法存在的問題。目前地球重力場測量研究領域主要包括：大地測量學、地球物理學、地震預報、地下水資源勘探、固體潮汐、海平面變化；地球環境科學、大氣環境以及軍事和國防安全等方面的應用。

傳統的機械彈簧測量存在蠕變性和非線性，使得它們存在諸如儀器“零漂”和長期不穩定等特點，基于自由落體原理的絕對重力儀不能進行時變重力觀測。和目前廣泛使用的機械彈簧型重力儀相比較，超導重力儀是一種具有許多優良特征的相對重力儀，但是在通常條件下，只能實現定點和靜態條件下使用。目前，該方法已被世界上許多國家應用于觀測地球重力場的連續變化。

高精度的超導重力儀利用超導體在超導轉變之后的零電阻特性和完全抗磁性建立超導磁懸浮系統，以代替常規重力儀的彈簧支撐機構。該儀器利用超導體Meissner效應，形成持續電流，這種電流極其穩定，因此，產生極強的穩定磁場來模擬彈簧重力儀中的穩定彈簧。磁懸浮系統可以提供相互獨立的磁懸浮力和磁懸浮力梯度值，從而在平衡超導球重量的同時，能夠在重力發生微小變化的時候產生較大的位移，通過精確的位移探測，就可以測量重力的變化。

傳統的超導懸浮結構在運動條件和穩定性方面存在不穩定性的問題，一般都固定在臺站上進行定點測量。

發明內容

本發明的目的是克服傳統的重力探測裝置存在定點、不能連續移動測量等問題，提出一種靜電超導混合支承的重力測量裝置。

本發明裝置中，由兩組超導線圈的持續電流產生穩定電磁場，在磁場中感應電流產生的磁場與超導線圈產生的磁場相互作用，產生懸浮力。本發明利用該懸浮力懸浮真空腔中的球體，通過支承電極提供水平方向上的支承剛度，使球體具有水平方向的抗沖擊能力，并通過垂直方向上較小的磁力梯度來敏感球體微位移變化，從而獲得重力變化，因而本發明重力測量裝置具有極寬的動態線性測量范圍，并具有靈活可移動測量等特點。

本發明包括上超導懸浮線圈、下超導懸浮線圈、超導球、上電極、下電極、赤道電極、懸浮球腔、本體骨架、制冷機、減震波紋管、制冷機支承架、氦氣腔、防輻射屏、低溫容器，以及超導屏蔽層。

所述的制冷機放置在制冷機支承架上部。制冷機支承架放置在水平地面上。制冷機支承架的三條腿上安裝有水平測量傳感器，制冷機與低溫容器通過減震波紋管密封連接。制冷機采用脈管制冷機，氣體傳導冷卻。制冷機的一級冷頭與防輻射屏無接觸，圓筒狀的防輻射屏由拉桿吊裝在低溫容器內部，防輻射屏的內部通過拉桿吊裝有超導屏蔽層。制冷機的二級冷頭和懸浮球腔無接觸。制冷機的一級冷頭與防輻射屏之間，制冷機的二級冷頭和懸浮球腔之間均通過氦氣熱交換，無機械接觸。二級冷頭布置在氦氣腔內，二級冷頭上帶有冷凝器，可進行氦氣液化。

制冷機支承架為三條腿支架結構，制冷機支承架上端為一圓環結構，圓環中間放置制冷機。

所述的防輻射屏內布置有圓筒形狀的超導屏蔽層。在超導屏蔽層內布置有本體骨架，本體骨架內部裝有懸浮球腔。所述的本體骨架為圓柱形結構，布置在氦氣腔底部，氦氣腔位于超導屏蔽層的內部。超導屏蔽層、本體骨架、氦氣腔和防輻射屏同軸布置。