[實用新型]一種用于冷原子干涉型重力儀探頭的姿態調整裝置

有效

• 申請號: 202021973432.8
• 申請日: 2020-09-10
• 公開（公告）號: CN212276006U
• 公開（公告）日: 2021-01-01
• 發明（設計）人: 李金庭;方杰;葛貴國;何萌;張膽放;陳曦;仲嘉琪;湯彪;李潤兵;王瑾;詹明生
• 申請（專利權）人: 中國科學院精密測量科學與技術創新研究院
• 主分類號: G01V13/00
• 分類號: G01V13/00;G01V7/00
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務所 42001
• 代理人: 黃瑞棠

本實用新型公開了一種用于冷原子干涉型重力儀探頭的姿態調整裝置，涉及冷原子干涉精密測量領域。本裝置是：在支撐面上設置有個支撐板、3個電動支撐腳或者2個電動支撐腳和1個普通支撐腳；在支撐板上設置有探頭，傾角儀設置于探頭或支撐板上；電動支撐腳、電路和電腦依次連接；傾角儀和電腦連接。本方法是：校準過程包括：A.逐點改變探頭姿態；B.記錄傾角數據，同時記錄探頭輸出；C.擬合；調整過程包括：a.探頭放置；b.讀取傾角；c.PID算法；d.電動支撐腳伸縮；e.傾角值等于校準傾角值。本實用新型可以快速自動地調整重力儀探頭的姿態，使得操作激光波矢方向與重力方向平行；可以獲得足夠多的數據點，精確確定校準傾角值，減小重力儀的系統誤差。

技術領域

本實用新型涉及冷原子干涉精密測量領域，尤其涉及一種用于冷原子干涉型重力儀探頭的姿態調整裝置及其方法。

背景技術

重力測量在地球物理學、測地學、計量學、慣性導航和資源勘探等領域中存在重要應用；而冷原子干涉型重力儀是一種新型的高精度絕對重力儀。冷原子干涉型重力儀以冷原子團作為檢驗物質，利用激光相位為標尺記錄原子位置，從而高精度測量重力加速度。其重力檢驗物質是冷原子團，而非宏觀物體，因而工作過程中沒有機械磨損，可以長時間連續地測量重力，這是傳統的高精度絕對重力儀(FG5重力儀)所不具備的優勢。

冷原子干涉型重力儀是基于原子干涉技術，它利用激光使冷原子團分束、反射以及合束，從而使原子像光一樣發生干涉。在冷原子干涉型重力儀中，操作激光波矢方向與重力方向的夾角是影響重力測量準確度的一個重要因素。設沿操作激光波矢方向和重力方向的兩條直線的夾角為θ，1mrad的夾角θ導致的重力測量偏差就可達500μGal(1μGal＝10^-8m/s²≈10^-9g)。在高精度重力測量中，這是一項很大的系統誤差。操作激光波矢方向與重力儀探頭的姿態直接相關，通過調整重力儀探頭的姿態，可以改變操作激光波矢方向，使得操作激光波矢方向與重力方向平行(即夾角θ趨近于0)，抑制夾角θ導致的系統誤差。

目前，調整冷原子干涉型重力儀探頭姿態，以及抑制夾角θ導致的系統誤差的方法主要有以下3種：

1、手動調整重力儀探頭姿態，用傾角儀記錄重力儀探頭的傾角值，并記錄重力儀輸出的重力加速度(或者干涉條紋相位值)。擬合傾角值與重力加速度(或者干涉條紋相位值)之間的關系式，確定操作激光波矢方向和重力方向平行時的校準傾角值，然后將重力儀探頭的傾角調節至校準傾角值(Arnaud Landragin,et al.Gravity measurements below10^-9g with a transportable absolute quantum gravimeter.Scientific Reports,2018,8:12300)。

2、手動調整重力儀探頭姿態，用傾角儀記錄重力儀探頭的傾角值，并記錄重力儀輸出的重力加速度(或者干涉條紋相位值)，擬合傾角與重力加速度(或者干涉條紋相位值)之間的關系式；然后實時監測重力儀探頭的傾角，補償夾角θ導致的系統誤差。(Holger Müller,et al.Gravity surveys using a mobile atom interferometer.ScienceAdvance,2019,5:eaax0800；Qiang Lin,et al.A new type of compact gravimeter forlong-term absolute gravity monitoring.Metrologia,2019,56:025001)。

3、采用陀螺穩定平臺，實時調整重力儀探頭的姿態，使得操作激光波矢方向與重力方向平行(A.Bresson,et al.Absolute marine gravimetry with matter-waveinterferometry.Nature Communication.,2018,9:627)。

上述方法可以調整冷原子干涉型重力儀探頭的姿態，抑制夾角θ導致的系統誤差，但是還是存在以下幾點問題：