一种用于冷原子干涉型重力仪探头的姿态调整装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种用于冷原子干涉型重力仪探头的姿态调整装置，涉及冷原子干涉精密测量领域。本装置是：在支撑面上设置有个支撑板、3个电动支撑脚或者2个电动支撑脚和1个普通支撑脚；在支撑板上设置有探头，倾角仪设置于探头或支撑板上；电动支撑脚、电路和电脑依次连接；倾角仪和电脑连接。本方法是：校准过程包括：A.逐点改变探头姿态；B.记录倾角数据，同时记录探头输出；C.拟合；调整过程包括：a.探头放置；b.读取倾角；c.PID算法；d.电动支撑脚伸缩；e.倾角值等于校准倾角值。本实用新型专利技术可以快速自动地调整重力仪探头的姿态，使得操作激光波矢方向与重力方向平行；可以获得足够多的数据点，精确确定校准倾角值，减小重力仪的系统误差。

【技术实现步骤摘要】
一种用于冷原子干涉型重力仪探头的姿态调整装置
本技术涉及冷原子干涉精密测量领域，尤其涉及一种用于冷原子干涉型重力仪探头的姿态调整装置及其方法。
技术介绍
重力测量在地球物理学、测地学、计量学、惯性导航和资源勘探等领域中存在重要应用；而冷原子干涉型重力仪是一种新型的高精度绝对重力仪。冷原子干涉型重力仪以冷原子团作为检验物质，利用激光相位为标尺记录原子位置，从而高精度测量重力加速度。其重力检验物质是冷原子团，而非宏观物体，因而工作过程中没有机械磨损，可以长时间连续地测量重力，这是传统的高精度绝对重力仪(FG5重力仪)所不具备的优势。冷原子干涉型重力仪是基于原子干涉技术，它利用激光使冷原子团分束、反射以及合束，从而使原子像光一样发生干涉。在冷原子干涉型重力仪中，操作激光波矢方向与重力方向的夹角是影响重力测量准确度的一个重要因素。设沿操作激光波矢方向和重力方向的两条直线的夹角为θ，1mrad的夹角θ导致的重力测量偏差就可达500μGal(1μGal＝10-8m/s2≈10-9g)。在高精度重力测量中，这是一项很大的系统误差。操作激光波矢方向与重力仪探头的姿态直接相关，通过调整重力仪探头的姿态，可以改变操作激光波矢方向，使得操作激光波矢方向与重力方向平行(即夹角θ趋近于0)，抑制夹角θ导致的系统误差。目前，调整冷原子干涉型重力仪探头姿态，以及抑制夹角θ导致的系统误差的方法主要有以下3种：1、手动调整重力仪探头姿态，用倾角仪记录重力仪探头的倾角值，并记录重力仪输出的重力加速度(或者干涉条纹相位值)。拟合倾角值与重力加速度(或者干涉条纹相位值)之间的关系式，确定操作激光波矢方向和重力方向平行时的校准倾角值，然后将重力仪探头的倾角调节至校准倾角值(ArnaudLandragin,etal.Gravitymeasurementsbelow10-9gwithatransportableabsolutequantumgravimeter.ScientificReports,2018,8:12300)。2、手动调整重力仪探头姿态，用倾角仪记录重力仪探头的倾角值，并记录重力仪输出的重力加速度(或者干涉条纹相位值)，拟合倾角与重力加速度(或者干涉条纹相位值)之间的关系式；然后实时监测重力仪探头的倾角，补偿夹角θ导致的系统误差。(HolgerMüller,etal.Gravitysurveysusingamobileatominterferometer.ScienceAdvance,2019,5:eaax0800；QiangLin,etal.Anewtypeofcompactgravimeterforlong-termabsolutegravitymonitoring.Metrologia,2019,56:025001)。3、采用陀螺稳定平台，实时调整重力仪探头的姿态，使得操作激光波矢方向与重力方向平行(A.Bresson,etal.Absolutemarinegravimetrywithmatter-waveinterferometry.NatureCommunication.,2018,9:627)。上述方法可以调整冷原子干涉型重力仪探头的姿态，抑制夹角θ导致的系统误差，但是还是存在以下几点问题：①在方法1和2中，需要多次手动调整重力仪探头的姿态，调整过程耗时耗力，且手动调整精度较低。②方法3采用陀螺稳定平台可以实时调整重力仪探头的姿态，但是，这种方法对重力仪探头的尺寸和重量有较大的限制，并且陀螺稳定平台较为复杂，价格昂贵。
技术实现思路
本技术的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种用于冷原子干涉型重力仪探头的姿态调整装置，可以快速自动地调整重力仪探头姿态，使得操作激光波矢方向与重力方向平行。本技术的目的是这样实现的，具体地说：一、用于冷原子干涉型重力仪探头的姿态调整装置(简称装置)本装置包括探头、倾角仪、电动支撑脚、普通支撑脚、支撑板、支撑面、电路和电脑；其连接关系是：在支撑面上设置有1个支撑板、3个电动支撑脚或者2个电动支撑脚和1个普通支撑脚；在支撑板上设置有探头，倾角仪设置于探头或支撑板上；电动支撑脚、电路和电脑依次连接；倾角仪和电脑连接。二、用于冷原子干涉型重力仪探头的姿态调整方法(简称方法)其主要功能是对冷原子干涉型重力仪探头进行姿态调整，使得冷原子干涉型重力仪操作激光波矢方向和重力方向平行，从而最大程度地降低重力测量系统误差。本方法包括校准过程和调整过程。①校准过程包括：A.逐点改变探头姿态；B.记录倾角数据，同时记录探头输出；C.拟合；②调整过程包括：a.探头放置；b.读取倾角；c.PID算法；d.电动支撑脚伸缩；e.倾角值等于校准倾角值。与现有技术相比，本技术具有以下优点和积极效果：①本技术可以快速自动地调整重力仪探头的姿态，使得操作激光波矢方向与重力方向平行；②本技术中姿态调整装置结构简单，总体成本低；③电机为步进电机，采用谐波减速方式，扭矩大，安装尺寸小，功耗低，震动噪声低；④电动支撑脚的电动伸缩杆行程长，螺纹密度高，可实现大范围高精度倾角调节；⑤采用本技术中姿态调整装置及其方法，可以获得足够多的数据点，精确确定校准倾角值，减小重力仪的系统误差。附图说明图1为本装置的结构示意图；图2为探头1的结构示意图；图3为电动支撑脚3的结构示意图；图4为普通支撑脚4的结构示意图；图5为本方法的步骤图；图6为本技术数据点和拟合曲线示意图。其中：1—探头；1-1—反射镜，1-2—真空腔，1-3—偏置磁场线圈，1-4—微波发射器，1-5—反亥姆霍兹线圈，1-6—第1激光发射器，1-7—第2激光发射器，1-8—光电探测器，1-9—原子源，1-10—磁屏蔽罩；2—倾角仪；3—电动支撑脚，3-1—固定套，3-1-1—限位孔，3-2—轴承，3-3—电动伸缩杆，3-4—第1支撑块，3-5—电机，3-5-1—电机转轴，3-6—联轴装置；4—普通支撑脚；4-1—伸缩杆，4-2—螺纹套，4-3—第2支撑块；5—支撑板；6—支撑面；7—电路；8—电脑。具体实施方式下面结合附图和实施例详细说明：一、姿态调整装置(简称装置)1、总体：如图1，本装置包括探头1、倾角仪2、电动支撑脚3、普通支撑脚4、支撑板5、支撑面6、电路7和电脑8；其连接关系是：在支撑面6上设置有1个支撑板5、3个电动支撑脚3或者2个电动支撑脚3和1个普通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于冷原子干涉型重力仪探头的姿态调整装置，其特征在于：/n包括探头（1）、倾角仪（2）、电动支撑脚（3）、普通支撑脚（4）、支撑板（5）、支撑面（6）、电路（7）和电脑（8）；/n其连接关系是：/n在支撑面（6）上设置有1个支撑板（5）、3个电动支撑脚（3）或者2个电动支撑脚（3）和1个普通支撑脚（4）；在支撑板（5）上设置有探头（1），倾角仪（2）设置于探头（1）或支撑板（5）上；电动支撑脚（3）、电路（7）和电脑（8）依次连接；倾角仪（2）和电脑（8）连接。/n

【技术特征摘要】
20200531 CN 20202096165601.一种用于冷原子干涉型重力仪探头的姿态调整装置，其特征在于：
包括探头（1）、倾角仪（2）、电动支撑脚（3）、普通支撑脚（4）、支撑板（5）、支撑面（6）、电路（7）和电脑（8）；
其连接关系是：
在支撑面（6）上设置有1个支撑板（5）、3个电动支撑脚（3）或者2个电动支撑脚（3）和1个普通支撑脚（4）；在支撑板（5）上设置有探头（1），倾角仪（2）设置于探头（1）或支撑板（5）上；电动支撑脚（3）、电路（7）和电脑（8）依次连接；倾角仪（2）和电脑（8）连接。


2.按权利要求1所述的姿态调整装置，其特征在于：
所述的电动支撑脚（3）包括固定套（3-1）、限位孔（3-1-1）、轴承（3-2）、电动伸缩杆（3-3）、第1支撑块（3-4）、电机（3-5）、电机转轴（3-5-1）和联轴装置（3-6）；
其连接关系是：
在固定套（3-1）...

【专利技术属性】
技术研发人员：李金庭，方杰，葛贵国，何萌，张胆放，陈曦，仲嘉琪，汤彪，李润兵，王瑾，詹明生，
申请(专利权)人：中国科学院精密测量科学与技术创新研究院，
类型：新型
国别省市：湖北;42