落体质心光心重合度测量机构、测量方法及调整方法技术

本发明专利技术提供一种落体质心光心重合度测量机构、测量方法及调整方法，包括：落体光心位置检测系统(1)、支撑调整系统(2)、自准直仪(3)和被测落体(4)；支撑调整系统(2)包括旋转框体(2‑1)、支撑架(2‑2)、前部调平组件(2‑3)、后部调平组件(2‑4)、左夹持件(2‑5)、右夹持件(2‑6)和状态测量反射镜(2‑7)。优点为：1)可以实现在大气环境下精确测量和调整落体质心光心的重合度，有效提高了调整效率；2)不需要额外的特殊设备，仅需要一套自准直仪和利用几个光学器件搭建简单的干涉光路即可完成质心光心重合度的测量，具有测量机构结构简单、成本低以及使用方便的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光干涉绝对重力仪落体研究
，具体涉及一种落体质心光心重合度测量机构、测量方法及调整方法。
技术介绍
经典的激光干涉绝对重力仪研究中，核心测量部件是用于敏感地球重力场的落体。由于重力场测量的基本原理是基于落体自由下落时落体的光心和参考棱镜的光心之间形成的点干涉图样，而重力场则是直接作用在落体的质心上，因此落体的光心和质心不重和会引入较大的测量误差，一般会达到几十至100微伽量级。因此，对于重力场测量所采用的落体，有必要提前测量出落体的光心和质心之间的位移，即重合度，并选择光心和质心之间位移较小、重合度较高的落体，可提高重力场测量精度。C Rothleitner等人介绍了一种3D空间内落体光心质心之间距离的测量方法。当角立体棱镜与镜架安装完成后，就形成一个可以在实际工作中应用的落体。在3D平面内，定义落体的质心偏离旋转轴的位置向量为则由此引入的离心力可以表示为其中m为落体的质量，ω为旋转角速度。这里定义称为不平衡度，当旋转轴为Z轴时，向x-y平面投影可以得到向量：同样，当旋转轴为X轴时，向z-y平面投影可以得到向量：这样，通过确定两个投影向量和的模和方向，就可以确定落体质心偏离转轴的位置。从而确定质心在三维空间的坐标xcom，ycom，zcom。当落体完成后，可以通过商用的坐标测量仪精确测量光心的位置xoc，yoc，zoc，则质心与光心之间的距离就可以表示为： R = ( x c o m - x o c ) 2 + ( y c o m - y o c ) 2 + ( Z c o m - Z o c ) 2 ]]>然而，上述落体光心质心之间距离的测量方法，具有测量耗时长，测量过程复杂的问题，不适于广泛推广使用。
技术实现思路
针对现有技术存在的缺陷，本专利技术提供一种落体质心光心重合度测量机构、
测量方法及调整方法，可有效解决上述问题。本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术提供一种落体质心光心重合度测量机构，包括：落体光心位置检测系统(1)、支撑调整系统(2)、自准直仪(3)和被测落体(4)；其中，所述被测落体(4)包括落体本体以及与所述落体本体固定安装的测量棱镜，所述被测落体(4)为轴对称结构，具有水平对称轴B-B’；并且，所述被测落体(4)为光心质心基本位于所述水平对称轴B-B’的落体；所述支撑调整系统(2)包括旋转框体(2-1)、支撑架(2-2)、前部调平组件(2-3)、后部调平组件(2-4)、左夹持件(2-5)、右夹持件(2-6)和状态测量反射镜(2-7)；所述旋转框体(2-1)的左右两端可转动安装于所述支撑架(2-2)，使所述旋转框体(2-1)可绕水平旋转轴线A-A’自由旋转；所述旋转框体(2-1)的后端面固定安装所述状态测量反射镜(2-7)，所述状态测量反射镜(2-7)的正后方固定安装所述自准直仪(3)；所述自准直仪(3)用于向所述状态测量反射镜(2-7)照射激光，并接收所述状态测量反射镜(2-7)的反射光，进而检测所述状态测量反射镜(2-7)沿垂直方向的倾斜角度；所述旋转框体(2-1)的前端面和后端面分别安装所述前部调平组件(2-3)和后部调平组件(2-4)，并且，所述前部调平组件(2-3)和所述后部调平组件(2-4)的水平轴线与所述水平旋转轴线A-A’垂直；通过所述前部调平组件(2-3)和所述后部调平组件(2-4)，控制所述旋转框体(2-1)绕水平旋转轴线A-A’旋转的方向和角度；所述旋转框体(2-1)的内部安装所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)，所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)相对对称设置于所述旋转框体(2-1)的左右两侧，将被测落体(4)置于所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)之间，且使被测落体(4)的水平对称轴B-B’与水平旋转轴线A-A’垂直后，通过所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)夹持固定被测落体(4)；另外，通过所述落体光心位置检测系统(1)检测被测落体(4)的光心是否通过所述水平旋转轴线A-A’，如果不通过，则不断前后调节被测落体(4)的位置，直到使
被测落体(4)的光心通过所述水平旋转轴线A-A’。优选的，所述旋转框体(2-1)的左端通过左旋转轴(2-8)与所述支撑架(2-2)可转动连接；所述旋转框体(2-1)的右端通过右旋转轴(2-9)与所述支撑架(2-2)可转动连接；所述左旋转轴(2-8)和所述右旋转轴(2-9)共轴线设置，其轴线连线即为所述水平旋转轴线A-A’。优选的，所述前部调平组件(2-3)包括前部调平螺杆(2-3-1)以及前部调平砝码(2-3-2)；所述前部调平砝码(2-3-2)以螺旋连接方式套设于所述前部调平螺杆(2-3-1)上，可沿所述前部调平螺杆(2-3-1)移动；所述前部调平螺杆(2-3-1)的后端固定到所述旋转框体(2-1)；所述后部调平组件(2-4)包括后部调平螺杆(2-4-1)以及后部调平砝码(2-4-2)；所述后部调平砝码(2-4-2)以螺旋连接方式套设于所述后部调平螺杆(2-4-1)上，可沿所述后部调平螺杆(2-4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种落体质心光心重合度测量机构，其特征在于，包括：落体光心位置检测系统(1)、支撑调整系统(2)、自准直仪(3)和被测落体(4)；其中，所述被测落体(4)包括落体本体以及与所述落体本体固定安装的测量棱镜，所述被测落体(4)为轴对称结构，具有水平对称轴B‑B’；并且，所述被测落体(4)为光心质心基本位于所述水平对称轴B‑B’的落体；所述支撑调整系统(2)包括旋转框体(2‑1)、支撑架(2‑2)、前部调平组件(2‑3)、后部调平组件(2‑4)、左夹持件(2‑5)、右夹持件(2‑6)和状态测量反射镜(2‑7)；所述旋转框体(2‑1)的左右两端可转动安装于所述支撑架(2‑2)，使所述旋转框体(2‑1)可绕水平旋转轴线A‑A’自由旋转；所述旋转框体(2‑1)的后端面固定安装所述状态测量反射镜(2‑7)，所述状态测量反射镜(2‑7)的正后方固定安装所述自准直仪(3)；所述自准直仪(3)用于向所述状态测量反射镜(2‑7)照射激光，并接收所述状态测量反射镜(2‑7)的反射光，进而检测所述状态测量反射镜(2‑7)沿垂直方向的倾斜角度；所述旋转框体(2‑1)的前端面和后端面分别安装所述前部调平组件(2‑3)和后部调平组件(2‑4)，并且，所述前部调平组件(2‑3)和所述后部调平组件(2‑4)的水平轴线与所述水平旋转轴线A‑A’垂直；通过所述前部调平组件(2‑3)和所述后部调平组件(2‑4)，控制所述旋转框体(2‑1)绕水平旋转轴线A‑A’旋转的方向和角度；所述旋转框体(2‑1)的内部安装所述左夹持件(2‑5)和所述右夹持件(2‑6)，所述左夹持件(2‑5)和所述右夹持件(2‑6)相对对称设置于所述旋转框体(2‑1)的左右两侧，将被测落体(4)置于所述左夹持件(2‑5)和所述右夹持件(2‑6)之间，且使被测落体(4)的水平对称轴B‑B’与水平旋转轴线A‑A’垂直后，通过所述左夹持件(2‑5)和所述右夹持件(2‑6)夹持固定被测落体(4)；另外，通过所述落体光心位置检测系统(1)检测被测落体(4)的光心是否通过所述水平旋转轴线A‑A’，如果不通过，则不断前后调节被测落体(4)的位置，直到使被测落体(4)的光心通过所述水平旋转轴线A‑A’。...

【技术特征摘要】
1.一种落体质心光心重合度测量机构，其特征在于，包括：落体光心位置检测系统(1)、支撑调整系统(2)、自准直仪(3)和被测落体(4)；其中，所述被测落体(4)包括落体本体以及与所述落体本体固定安装的测量棱镜，所述被测落体(4)为轴对称结构，具有水平对称轴B-B’；并且，所述被测落体(4)为光心质心基本位于所述水平对称轴B-B’的落体；所述支撑调整系统(2)包括旋转框体(2-1)、支撑架(2-2)、前部调平组件(2-3)、后部调平组件(2-4)、左夹持件(2-5)、右夹持件(2-6)和状态测量反射镜(2-7)；所述旋转框体(2-1)的左右两端可转动安装于所述支撑架(2-2)，使所述旋转框体(2-1)可绕水平旋转轴线A-A’自由旋转；所述旋转框体(2-1)的后端面固定安装所述状态测量反射镜(2-7)，所述状态测量反射镜(2-7)的正后方固定安装所述自准直仪(3)；所述自准直仪(3)用于向所述状态测量反射镜(2-7)照射激光，并接收所述状态测量反射镜(2-7)的反射光，进而检测所述状态测量反射镜(2-7)沿垂直方向的倾斜角度；所述旋转框体(2-1)的前端面和后端面分别安装所述前部调平组件(2-3)和后部调平组件(2-4)，并且，所述前部调平组件(2-3)和所述后部调平组件(2-4)的水平轴线与所述水平旋转轴线A-A’垂直；通过所述前部调平组件(2-3)和所述后部调平组件(2-4)，控制所述旋转框体(2-1)绕水平旋转轴线A-A’旋转的方向和角度；所述旋转框体(2-1)的内部安装所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)，所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)相对对称设置于所述旋转框体(2-1)的左右两侧，将被测落体(4)置于所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)之间，且使被测落体(4)的水平对称轴B-B’与水平旋转轴线A-A’垂直后，通过所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)夹持固定被测落体(4)；另外，通过所述落体光心位置检测系统(1)检测被测落体(4)的光心是否通过所述水平旋转轴线A-A’，如果不通过，则不断前后调节被测落体(4)的位置，直到使被测落体(4)的光心通过所述水平旋转轴线A-A’。2.根据权利要求1所述的落体质心光心重合度测量机构，其特征在于，所
\t述旋转框体(2-1)的左端通过左旋转轴(2-8)与所述支撑架(2-2)可转动连接；所述旋转框体(2-1)的右端通过右旋转轴(2-9)与所述支撑架(2-2)可转动连接；所述左旋转轴(2-8)和所述右旋转轴(2-9)共轴线设置，其轴线连线即为所述水平旋转轴线A-A’。3.根据权利要求1所述的落体质心光心重合度测量机构，其特征在于，所述前部调平组件(2-3)包括前部调平螺杆(2-3-1)以及前部调平砝码(2-3-2)；所述前部调平砝码(2-3-2)以螺旋连接方式套设于所述前部调平螺杆(2-3-1)上，可沿所述前部调平螺杆(2-3-1)移动；所述前部调平螺杆(2-3-1)的后端固定到所述旋转框体(2-1)；所述后部调平组件(2-4)包括后部调平螺杆(2-4-1)以及后部调平砝码(2-4-2)；所述后部调平砝码(2-4-2)以螺旋连接方式套设于所述后部调平螺杆(2-4-1)上，可沿所述后部调平螺杆(2-4-1)移动；所述后部调平螺杆(2-4-1)的前端固定到所述旋转框体(2-1)；并且，所述前部调平螺杆(2-3-1)和所述后部调平螺杆(2-4-1)共轴线设置，其轴线连线与所述水平旋转轴线A-A’垂直。4.根据权利要求1所述的落体质心光心重合度测量机构，其特征在于，所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)为末端可伸缩的部件；通过调节所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)的长度，实现对所述被测落体(4)夹持固定的作用。5.根据权利要求1所述的落体质心光心重合度测量机构，其特征在于，所述左夹持件(2-5)和所述右夹持件(2-6)共轴线设置，其轴线连线与所述水平旋转轴线A-A’重合。6.根据权利要求1所述的落体质心光心重合度测量机构，其特征在于，所述落体光心位置检测系统(1)为激光干涉测量系统，包括激光光源(1-1)、分光镜(1-2)、参考棱镜(1-3)、属于所述被测落体(4)的测量棱镜以及接收器；在所述激光光源(1-1)发出光束方向上放置所述分光镜(1-2)；所述分光镜(1-2)的透射光方向设置所述测量棱镜；所述分光镜(1-2)的反射光方向设置所述参考棱镜(1-3)；所述分光镜(1-2)的正下方设置所述接收器。7.根据权利要求1所述的落体质心光心重合度测量机构，其特征在于，还包括自准直仪主光轴水平性调节机构(5)；所述自准直仪主光轴水平性调节机构(5)用于调节所述自准直仪(3)的主光轴方向，使其为绝对水平方向。8.一种落体质心光心重合度测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对自准直仪(3)进行初始校准调节，将其主光轴方向调整到与水平方向一致；步骤2，在自准直仪(3)的主光轴方向安装支撑调整系统(2)，使支撑调整系统(2)的状态测量反射镜(2-7)朝向所述自准直仪(3)的激光发射端；所述自准直仪(3)向所述状态测量反射镜(2-7)照射激光，并接收所述状态测量反射镜(2-7)的反射光，然后，所述自准直仪(3)判断发射的激光与接收到的反射光是否重合，如果重合，则表明支撑调整系统(2)的旋转框体(2-1)的法线方向与垂直方向重合，执行步骤3；否则，不断调节前部调平组件(2-3)和后部调...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴琼，滕云田，郭有光，张兵，张涛，
申请(专利权)人：中国地震局地球物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11