專(zhuān)利名稱(chēng)：一種磁懸浮落體艙系統(tǒng)及自由落體式絕對(duì)重力儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自由落體式絕對(duì)重力儀及其落體艙系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
絕對(duì)重力儀可獲得觀測(cè)點(diǎn)的絕對(duì)重力值及其變化，廣泛應(yīng)用于大地測(cè)量學(xué)、地球 物理學(xué)、地球動(dòng)力學(xué)和地震學(xué)等領(lǐng)域。根據(jù)絕對(duì)重力儀的測(cè)量數(shù)據(jù)可建立國(guó)家重力基準(zhǔn)、標(biāo) 定相對(duì)重力儀、反演地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)與運(yùn)動(dòng)信息、監(jiān)測(cè)地殼及海平面變化等，同時(shí)也在軍事、 航天、導(dǎo)航、資源勘探與開(kāi)發(fā)等工程應(yīng)用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，因此其既是基礎(chǔ)科學(xué)研究?jī)x 器，也是工程應(yīng)用工具，一直倍受各國(guó)同行重視。目前，國(guó)際上成熟的絕對(duì)重力儀主要是自 由落體式絕對(duì)重力儀，一般包括落體艙、支架、光學(xué)干涉系統(tǒng)、震動(dòng)隔離系統(tǒng)、激光器、原子 鐘和控制器。落體艙內(nèi)落體質(zhì)量可自由下落，通過(guò)激光干涉儀測(cè)量落體質(zhì)量下落的距離和 時(shí)間，測(cè)定重力加速度(g)。但是由于現(xiàn)有絕對(duì)重力儀的落體質(zhì)量釋放/提升系統(tǒng)都是機(jī)械 式，存在機(jī)械磨損大，故障率較高，需要定期更換耗材等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種磁懸浮落體艙系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有自由落體式絕對(duì)重力儀 落體質(zhì)量釋放與提升系統(tǒng)因采用機(jī)式械驅(qū)動(dòng)所造成的機(jī)械磨損大、故障率高的問(wèn)題。本發(fā)明的另一目的是提供一種磁懸浮自由落體式絕對(duì)重力儀。為了實(shí)現(xiàn)上述第一目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種絕對(duì)重力儀的磁懸浮落體艙系統(tǒng)，包括真空腔體及設(shè)于真空腔體內(nèi)的落體 艙，落體艙包括頂盤(pán)、底盤(pán)、設(shè)于頂盤(pán)和底盤(pán)之間的至少一根導(dǎo)軌和至少一根支撐軌、托架 裝置以及落體質(zhì)量塊；導(dǎo)軌至少一端設(shè)有驅(qū)動(dòng)電磁閥，落體艙底部設(shè)有用于探測(cè)托架裝置 的傳感器；導(dǎo)軌上套設(shè)有內(nèi)設(shè)驅(qū)動(dòng)電磁閥的滑動(dòng)套，托架裝置通過(guò)滑動(dòng)套滑動(dòng)安裝于導(dǎo)軌 上；頂盤(pán)底壁上沿托架裝置的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有導(dǎo)向定位槽，導(dǎo)向定位槽上部設(shè)有至少兩個(gè)電 磁彈性?shī)A頭；落體質(zhì)量塊可分離地設(shè)于托架裝置上，落體質(zhì)量塊頂部設(shè)有可伸入導(dǎo)向定位 槽中的導(dǎo)向桿，落體質(zhì)量塊設(shè)有角隅棱鏡。為了實(shí)現(xiàn)上述第二目的，本發(fā)明采取如下的技術(shù)解決方案一種磁懸浮自由落體式絕對(duì)重力儀，包括支架、光學(xué)干涉系統(tǒng)、震動(dòng)隔離系統(tǒng)、激 光器、原子鐘和控制器；落體艙系統(tǒng)安裝于支架上，光學(xué)干涉系統(tǒng)位于落體艙系統(tǒng)的正下 方，震動(dòng)隔離系統(tǒng)位于光學(xué)干系統(tǒng)下方；落體艙系統(tǒng)包括真空腔體，真空腔體內(nèi)安裝有落體 艙，落體艙包括頂盤(pán)、底盤(pán)、設(shè)于頂盤(pán)和底盤(pán)之間的至少一根導(dǎo)軌和至少一根支撐軌、托架 裝置以及落體質(zhì)量塊；導(dǎo)軌至少一端設(shè)有驅(qū)動(dòng)電磁閥，落體艙底部設(shè)有用于探測(cè)托架裝置 的傳感器；導(dǎo)軌上套設(shè)有內(nèi)設(shè)驅(qū)動(dòng)電磁閥的滑動(dòng)套，托架裝置通過(guò)滑動(dòng)套滑動(dòng)安裝于導(dǎo)軌 上；頂盤(pán)底壁上沿托架裝置的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有導(dǎo)向定位槽，導(dǎo)向定位槽上部設(shè)有至少兩個(gè)電 磁彈性?shī)A頭；落體質(zhì)量塊可分離地設(shè)于托架裝置上，落體質(zhì)量塊頂部設(shè)有可伸入導(dǎo)向定位 槽中的導(dǎo)向桿，落體質(zhì)量塊設(shè)有角隅棱鏡。
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由以上可見(jiàn)，本發(fā)明通過(guò)通電后電磁閥間的磁力作為托架裝置的驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)控 制電流大小來(lái)控制托架裝置的運(yùn)動(dòng)，解決了現(xiàn)有機(jī)械式絕對(duì)重力儀落體質(zhì)量釋放/提升系 統(tǒng)精度差、故障率高的缺陷。優(yōu)選方案中可將驅(qū)動(dòng)電磁閥將托架裝置固定在頂盤(pán)上，同時(shí)釋 放壓力彈簧，再將落體質(zhì)量塊固定在托架裝置上，方便運(yùn)輸。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為當(dāng)托架裝置與落體質(zhì)量塊下落時(shí)本發(fā)明第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為圖2的側(cè)視圖；圖4為當(dāng)托架裝置與落體質(zhì)量塊鎖定于頂盤(pán)時(shí)本發(fā)明的局部示意圖；圖5為圖4的側(cè)視圖；圖6為沿圖2中I-I線的剖視圖；圖7為本發(fā)明第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8為本發(fā)明第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9為本發(fā)明第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明的自由落體式絕對(duì)重力儀包括支架1、落體艙系統(tǒng)2、離子泵3、光 學(xué)干涉系統(tǒng)4、震動(dòng)隔離系統(tǒng)5、激光器6、原子鐘7和控制器8。支架1安裝于落體艙系統(tǒng) 2底部，用于支承落體艙系統(tǒng)2，支架1下連接光學(xué)干涉系統(tǒng)4，光學(xué)干涉系統(tǒng)4位于落體艙 系統(tǒng)2的正下方，二者相隔一小段距離。本發(fā)明中的光學(xué)干涉系統(tǒng)4與現(xiàn)有技術(shù)中光學(xué)干涉系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一樣，其包括棱鏡 組、探測(cè)器40、觀察窗41、望遠(yuǎn)鏡42。該棱鏡組包括調(diào)節(jié)反射鏡43、反射鏡44、第一分光鏡 45以及第二分光鏡46，其中第一分光鏡45、第二分光鏡46和望遠(yuǎn)鏡42、觀察窗41位于同 一水平直線上；探測(cè)器40、第二分光鏡46和調(diào)節(jié)反射鏡43位于同一豎直直線上。本發(fā)明中的震動(dòng)隔離系統(tǒng)5也與現(xiàn)有技術(shù)中震動(dòng)隔離系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一樣，主要包括 一個(gè)彈簧組/阻尼裝置50，彈簧組/阻尼裝置50的主彈簧的底部懸掛一參考棱鏡51，彈簧 組/阻尼裝置50為參考棱鏡51提供一個(gè)偽慣性系統(tǒng)。參考棱鏡51也為角隅棱鏡。震動(dòng) 隔離系統(tǒng)5用于隔絕地面震動(dòng)對(duì)儀器的影響。參照?qǐng)D2及圖3所示，本發(fā)明的落體艙系統(tǒng)2包括真空腔體20、設(shè)于真空腔體20 內(nèi)的落體艙21。落體艙21包括頂盤(pán)201、底盤(pán)226、設(shè)于頂盤(pán)201和底盤(pán)226之間的導(dǎo)軌、 落體質(zhì)量塊218和托架裝置224。本實(shí)施例中，頂盤(pán)201和底盤(pán)226之間通過(guò)兩根相對(duì)設(shè)置 的導(dǎo)軌211a和兩根相對(duì)設(shè)置的支撐軌211b連接，導(dǎo)軌211a和支撐軌211b連接頂盤(pán)201 與底盤(pán)226形成一個(gè)框架整體，其中，導(dǎo)軌211a為托架裝置224上下運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)軌，導(dǎo)軌211a 的兩端分別設(shè)有驅(qū)動(dòng)電磁閥208 ；支撐軌211b僅起支撐作用，支撐軌211b底端裝有用于探 測(cè)托架裝置224的傳感器227。頂盤(pán)201的中心位置處沿托架裝置224的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)置一導(dǎo)向定位槽209，導(dǎo)向定 位槽209上部安裝有兩個(gè)電磁彈性?shī)A頭202。以導(dǎo)向定位槽209為中心，頂盤(pán)201上還分布設(shè)置了四個(gè)落體質(zhì)量塊鎖定裝置，該落體質(zhì)量塊鎖定裝置包括壓力電磁閥203、設(shè)于壓力電 磁閥203下方的壓力彈簧204、設(shè)于壓力彈簧204下方的吸引板205、設(shè)于吸引板205下方 的第二彈性電磁閥206以及壓觸頭207。頂盤(pán)201上還設(shè)有一位于落體質(zhì)量塊鎖定裝置下 方的容納凹腔201A，導(dǎo)軌211a頂端的驅(qū)動(dòng)電磁閥208位于容納凹腔201A的側(cè)壁上，容納凹 腔201A側(cè)壁上設(shè)有第一彈性電磁閥210，本實(shí)施例中，該第一彈性電磁閥210位于支撐軌 211b的上方，第一彈性電磁閥210用于將托架裝置鎖定于導(dǎo)軌頂部，方便運(yùn)輸。同時(shí)參照?qǐng)D4和圖5，兩根導(dǎo)軌211a上分別套設(shè)有滑動(dòng)套219，托架裝置224通過(guò) 滑動(dòng)套219滑動(dòng)安裝于導(dǎo)軌211a上，滑動(dòng)套219內(nèi)也設(shè)有驅(qū)動(dòng)電磁閥(未圖示)。落體質(zhì) 量塊218可動(dòng)地安裝在托架裝置224內(nèi)，落體質(zhì)量塊218與托架裝置224可無(wú)接觸分離。 托架裝置224相對(duì)的兩側(cè)框架側(cè)壁上分別設(shè)有LED216和探測(cè)器223，托架裝置224的框架 上還設(shè)有可與第一彈性電磁閥210相互鎖定的鎖定槽215 (圖2、圖4)，本實(shí)施例中，鎖定槽 215位于LED216和探測(cè)器223的上方。落體質(zhì)量塊218頂部設(shè)有通過(guò)連接桿214連接的壓板213，壓板213上表面的中心 位置處設(shè)有一導(dǎo)向桿212，導(dǎo)向桿212可伸入頂盤(pán)201的導(dǎo)向定位槽209中。落體質(zhì)量塊 218底部設(shè)有錐形定位突起221，托架裝置224底壁上也設(shè)有與錐形定位突起221位置相對(duì) 應(yīng)的錐形槽222，用于保證每次完成下落后落體質(zhì)量塊218與托架裝置224保持正確的空間 位置；同時(shí)保證落體質(zhì)量塊218頂部的導(dǎo)向桿212能正確插入頂盤(pán)201的導(dǎo)向定位槽209 中。落體質(zhì)量塊218中設(shè)有角隅棱鏡220，角隅棱鏡220上方設(shè)置透鏡217，通過(guò)透鏡217、 LED216與探測(cè)器223可監(jiān)視落體質(zhì)量塊218與托架裝置224底部距離，從而判斷二者在下 落過(guò)程中是否互相分離?；瑒?dòng)套219內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電磁閥(未圖示)和位于頂盤(pán)201和底盤(pán)226間的驅(qū)動(dòng)電磁 閥208組成本發(fā)明的電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，作用是在托架裝置224下落末段使其逐漸減速至零，并 反向?qū)⑼屑苎b置224推至導(dǎo)軌上部，準(zhǔn)備第二次下落。支撐軌211b下部的傳感器227在落 托架裝置224下落至傳感器位置時(shí)將信號(hào)反饋至如計(jì)算機(jī)等控制系統(tǒng)，電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按預(yù) 定程序通電工作。頂盤(pán)201的容納凹腔201A用于容納托架裝置224的上部與壓板213。在驅(qū)動(dòng)電磁 閥208的驅(qū)動(dòng)下，托架裝置224與落體質(zhì)量塊218可沿導(dǎo)軌211a上下滑動(dòng)。參照?qǐng)D3和圖4，是托架裝置224和落體質(zhì)量塊218鎖定于頂盤(pán)201上的局部示意 圖。頂盤(pán)201上部的落體質(zhì)量塊鎖定裝置在儀器不工作時(shí)可將落體質(zhì)量塊218與托架裝置 224緊緊鎖定在頂盤(pán)201下部；當(dāng)儀器處于工作狀態(tài)時(shí)，落體質(zhì)量塊鎖定裝置處于非工作狀 態(tài)，不干擾正常測(cè)量。托架裝置224與落體質(zhì)量塊218鎖定在頂盤(pán)201下部的步驟是平時(shí) 落體質(zhì)量塊鎖定裝置的第二彈性電磁閥206將吸引板205卡于上方，壓力彈簧204收縮；鎖 定時(shí)容納凹腔201A側(cè)壁上的第一彈性電磁閥210斷電彈出，插入托架裝置224兩側(cè)框架的 鎖定槽215內(nèi)，將托架裝置224與頂盤(pán)201固定在一起；然后第二彈性電磁閥206通電收起 時(shí)，壓力電磁閥203斷電，釋放壓力彈簧204，將落體質(zhì)量塊218壓在托架裝置224上，從而 保證系統(tǒng)在搬運(yùn)或運(yùn)輸過(guò)程中的安全。導(dǎo)向定位槽209上的電磁彈性?shī)A頭202在電磁閥的控制下可夾住或放開(kāi)落體質(zhì)量 塊218的導(dǎo)向桿212，電磁彈性?shī)A頭202通電后可夾緊插入的導(dǎo)向桿212，每次下落都是電 磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)先斷，使托架裝置224下落一小段距離后，電磁彈性?shī)A頭202再松開(kāi)導(dǎo)向桿212，從而使托架裝置224與落體質(zhì)量塊218相互分離。托架裝置224上的探測(cè)器223可探測(cè)托 架裝置224與落體質(zhì)量塊218的位置，從而判斷下落過(guò)程中二者是否完全相互分離。處于非工作狀態(tài)時(shí)，落體質(zhì)量塊218與托架裝置224被頂盤(pán)201內(nèi)的鎖定裝置緊 緊固定在頂盤(pán)201下部；處于工作狀態(tài)時(shí)，鎖定裝置不工作，托架裝置224與落體質(zhì)量塊 218完全由磁懸浮系統(tǒng)控制，可沿導(dǎo)軌自由上下運(yùn)動(dòng)。落體質(zhì)量塊218下落過(guò)程中磁懸浮系 統(tǒng)處于斷電狀態(tài)，當(dāng)托架裝置224通過(guò)導(dǎo)軌下部傳感器227時(shí)，磁懸浮系統(tǒng)再次加電工作。 落體質(zhì)量塊下落末端由磁懸浮系統(tǒng)控制托架裝置224將其緩緩?fù)凶〔⒎聪蜻\(yùn)送至落體艙 頂部初始下落位置。以下對(duì)本發(fā)明的落體艙系統(tǒng)的工作過(guò)程作進(jìn)一步的說(shuō)明測(cè)量時(shí)，首先驅(qū)動(dòng)電磁閥208將托架裝置224和落體質(zhì)量塊218依次解鎖，即導(dǎo)向 定位槽209上部電磁彈性?shī)A頭202通電，將落體質(zhì)量塊218夾住，而驅(qū)動(dòng)電磁閥208斷電， 托架裝置224下落；當(dāng)托架裝置224下落一小段距離后，導(dǎo)向定位槽209上的電磁彈性?shī)A 頭202斷電，松開(kāi)導(dǎo)向桿212，釋放落體質(zhì)量塊218，此時(shí)可保證托架裝置224與落體質(zhì)量塊 218相互分離，落體質(zhì)量塊218頂部的導(dǎo)向桿212保證落體質(zhì)量塊218下落姿態(tài)正確，不偏 轉(zhuǎn)；當(dāng)托架裝置224下落經(jīng)過(guò)底盤(pán)226上的傳感器227時(shí)，驅(qū)動(dòng)電磁閥208通電，托架 裝置224逐漸減速至零再反向向上運(yùn)動(dòng)至頂盤(pán)201下，完成一次測(cè)量；驅(qū)動(dòng)電磁閥208將托架裝置224托舉至導(dǎo)軌21 la頂部后，導(dǎo)向定位槽209內(nèi)電磁 彈性?shī)A頭202夾緊落體質(zhì)量塊218，準(zhǔn)備下一次落體測(cè)量，若測(cè)量結(jié)束，則由鎖定裝置將托 架裝置224和落體質(zhì)量塊218固定在頂盤(pán)201上。以下對(duì)本發(fā)明的工作過(guò)程作進(jìn)一步的說(shuō)明激光器、落體艙系統(tǒng)、光學(xué)干涉系統(tǒng)和震動(dòng)隔離系統(tǒng)組成一架邁克爾遜干涉儀，落 體質(zhì)量塊可在落體艙內(nèi)無(wú)阻力自由下落，下落距離由邁克爾遜干涉儀測(cè)量，外部原子鐘通 過(guò)電子系統(tǒng)測(cè)量落體質(zhì)量塊下落時(shí)間。所測(cè)“距離一時(shí)間”數(shù)據(jù)代入落體運(yùn)動(dòng)方程由控制器 求解重力加速度?？刂破骺梢允峭獠侩娔X，測(cè)量原始數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)酵獠侩娔X的控制器，控 制器安裝有數(shù)據(jù)解算軟件，可對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行粗差剔除、數(shù)據(jù)解算、最小二乘擬合等處理。激光器6產(chǎn)生的激光經(jīng)光纖引導(dǎo)后傳遞至光學(xué)干涉系統(tǒng)4，并在第一分光鏡45處 被分成水平光束和豎直光束，水平光束直接射至第二分光鏡46 ；豎直光束則向上射至落體 艙2內(nèi)，經(jīng)落體質(zhì)量塊218中的角隅棱鏡25向下反射至震動(dòng)隔離系統(tǒng)5中的參考棱鏡51， 再次被向上反射，經(jīng)反射鏡44和調(diào)節(jié)反射鏡43反射射至第二分光鏡46，與水平光束匯合。 水平光束和豎直光束分別在第二分光鏡46被分光，二者分光后的水平光束與豎直光束分 別匯合成水平匯合光束和豎直匯合光束。豎直匯合光束向上射至探測(cè)器40，經(jīng)探測(cè)器40轉(zhuǎn) 化為電信號(hào)傳輸至外部控制系統(tǒng)。水平匯合光束水平運(yùn)動(dòng)至望遠(yuǎn)鏡42，經(jīng)望遠(yuǎn)鏡42調(diào)整后 在觀察窗41形成干涉條紋。豎直光束攜帶落體艙21內(nèi)落體質(zhì)量塊218下落的距離信息， 并將其傳輸至探測(cè)器40轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，最后被送至外部控制器，同時(shí)原子鐘7提供的時(shí)間 信息也被傳輸至外部控制器，外部控制器結(jié)合落體質(zhì)量塊218下落的距離信息和時(shí)間信息 解算重力加速度(g)。為防止電磁力干擾測(cè)量結(jié)果，本發(fā)明中使用的電磁閥和吸引板均由電工純鐵制 成，其余部件由非磁性材料制作，真空腔內(nèi)部襯砌一層磁屏蔽材料。
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參照?qǐng)D4，為本發(fā)明的第二實(shí)施例，與第一實(shí)施例不同的地方在于落體艙系統(tǒng)2 中的滑動(dòng)套219上外側(cè)壁設(shè)置徑向突出部2190，驅(qū)動(dòng)電磁閥208下方設(shè)置容納槽280、容納 槽280側(cè)壁上設(shè)置第一彈性電磁閥210。落體質(zhì)量塊218中設(shè)有角隅棱鏡220，頂部設(shè)有導(dǎo) 向桿212，底部設(shè)有錐形定位突起221。當(dāng)托架裝置224被托舉至導(dǎo)軌211a頂部時(shí)，滑動(dòng)套 219頂部伸入容納槽280中，第一彈性電磁閥210斷電彈出，卡在徑向突出部2190的下方， 可將托架裝置224固定于頂部。其它工作方式與第一實(shí)施例中的相同。參照?qǐng)D5，為本發(fā)明的第三實(shí)施例，與第一實(shí)施例不同的地方在于第三實(shí)施例中 落體艙系統(tǒng)2的托架裝置不用鎖定于導(dǎo)軌頂部，導(dǎo)軌211a兩端設(shè)置驅(qū)動(dòng)電磁閥208，用于托 運(yùn)托架裝置224，運(yùn)輸時(shí)，將托架裝置224置于導(dǎo)軌底部即可。其它工作方式與第一實(shí)施例 中的相同。參照?qǐng)D6，為本發(fā)明的第四實(shí)施例，與第一實(shí)施例不同的地方在于落體艙系統(tǒng)2 中的導(dǎo)軌211a兩端設(shè)有驅(qū)動(dòng)電磁閥208，落體艙底部設(shè)有用于緩沖落體質(zhì)量塊218的緩沖 墊230 ；導(dǎo)軌211a上套設(shè)有內(nèi)設(shè)驅(qū)動(dòng)電磁閥的滑動(dòng)套219，托架裝置224通過(guò)滑動(dòng)套219滑 動(dòng)安裝于導(dǎo)軌211a上。導(dǎo)向定位槽209設(shè)在托架裝置224，導(dǎo)向定位槽209上部也設(shè)有兩 個(gè)電磁彈性?shī)A頭202。落體質(zhì)量塊218位于托架裝置224的下方，落體質(zhì)量塊218的頂部設(shè) 有可伸入導(dǎo)向定位槽209中的導(dǎo)向桿212，落體質(zhì)量塊218中設(shè)有角隅棱鏡220。落體質(zhì)量 塊218落下后，落在緩沖墊230上，電磁驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)按預(yù)定程序通電工作，驅(qū)動(dòng)電磁閥208工 作，使托架裝置224向下運(yùn)動(dòng)，落體質(zhì)量塊218的導(dǎo)向桿212插入托架裝置224的導(dǎo)向定位 槽209中，電磁彈性?shī)A頭202將導(dǎo)向桿212夾住，托架裝置224向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，將落體質(zhì)量塊 218運(yùn)至頂端。測(cè)量時(shí)，電磁彈性?shī)A頭202斷電將導(dǎo)向桿212松開(kāi)，落體質(zhì)量塊218下落。本發(fā)明相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)1、采用磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)托架裝置運(yùn)動(dòng)，相對(duì)于電動(dòng)馬達(dá)等機(jī)械式托動(dòng)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可 靠性好的優(yōu)點(diǎn)；2、通過(guò)頂盤(pán)的導(dǎo)向定位槽和落體質(zhì)量塊上的導(dǎo)向桿、以及落體質(zhì)量塊底部的錐形 定位突起和托架裝置底壁上的錐形定位槽，可保證落體質(zhì)量塊下落時(shí)姿態(tài)的旋轉(zhuǎn)量，以免 對(duì)測(cè)量精度產(chǎn)生影響；3、通過(guò)設(shè)置鎖定裝置，在搬運(yùn)過(guò)程中將托架裝置和落體質(zhì)量塊鎖定于落體艙的頂 部，方便運(yùn)輸；4、本發(fā)明無(wú)磨損較大部件，無(wú)需定期更換耗材，故障率低，降低了維護(hù)成本。當(dāng)然，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，盡管參照上述實(shí) 施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，依然可以對(duì)本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
進(jìn)行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同 替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之中。
權(quán)利要求
一種磁懸浮落體艙系統(tǒng)，包括真空腔體(20)及設(shè)于真空腔體(20)內(nèi)的落體艙(21)，所述落體艙(21)包括頂盤(pán)(201)、底盤(pán)(206)、設(shè)于頂盤(pán)(201)和底盤(pán)(206)之間的至少一根導(dǎo)軌(211a)和至少一根支撐軌(211b)、托架裝置(224)以及落體質(zhì)量塊(218)；其特征在于所述導(dǎo)軌(211a)至少一端設(shè)有驅(qū)動(dòng)電磁閥(208)，落體艙底部設(shè)有用于探測(cè)托架裝置(224)的傳感器(227)；所述導(dǎo)軌(211a)上套設(shè)有內(nèi)設(shè)驅(qū)動(dòng)電磁閥的滑動(dòng)套(219)，所述托架裝置(224)通過(guò)滑動(dòng)套(219)滑動(dòng)安裝于所述導(dǎo)軌(211a)上；所述頂盤(pán)(201)底壁上沿托架裝置(224)的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有導(dǎo)向定位槽(209)，所述導(dǎo)向定位槽(209)上部設(shè)有至少兩個(gè)電磁彈性?shī)A頭(202)；所述落體質(zhì)量塊(218)可分離地設(shè)于所述托架裝置(224)上，落體質(zhì)量塊(218)頂部設(shè)有可伸入所述導(dǎo)向定位槽(209)中的導(dǎo)向桿(212)，落體質(zhì)量塊(218)設(shè)有角隅棱鏡(220)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮落體艙系統(tǒng)，其特征在于所述位于導(dǎo)軌(211a)頂 端的驅(qū)動(dòng)電磁閥(208)下方設(shè)置可容納所述滑動(dòng)套(219)上部的容納槽(280)，所述容納 槽(280)側(cè)壁上設(shè)置第一彈性電磁閥(210)，所述滑動(dòng)套(219)上外側(cè)壁設(shè)置徑向突出部 (2190)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮落體艙系統(tǒng)，其特征在于所述頂盤(pán)(201)底部設(shè)置 至少一個(gè)落體質(zhì)量塊鎖定裝置，所述落體質(zhì)量塊鎖定裝置包括壓力電磁閥(203)、設(shè)于壓力 電磁閥(203)下方的壓力彈簧(204)、與壓力彈簧(204)連接的吸引板(205)、設(shè)于吸引板 (205)下方的第一彈性電磁閥(206)以及設(shè)于吸引板(205)底面上的壓觸頭(207)；所述壓 觸頭(207)可與落體質(zhì)量塊(218)的上表面相接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的磁懸浮落體艙系統(tǒng)，其特征在于所述托架裝置(224)為箱 體結(jié)構(gòu)，落體質(zhì)量塊(218)頂部設(shè)有伸出于托架裝置(224)外的連接桿(214)，所述連接桿 (214)頂端連接壓板(213)，所述壓板(213)上表面設(shè)有與所述導(dǎo)向定位槽(209)位置相對(duì) 應(yīng)的導(dǎo)向桿(212)；所述壓觸頭(207)可與壓板(213)的上表面相接觸。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的磁懸浮落體艙系統(tǒng)，其特征在于所述落體質(zhì)量塊鎖定 裝置下方設(shè)有一容納凹腔(201A)；所述導(dǎo)軌(211a)頂端的驅(qū)動(dòng)電磁閥(208)設(shè)于所述容 納凹腔(201A)的內(nèi)側(cè)壁上，容納凹腔(201A)內(nèi)側(cè)壁上還設(shè)有第二彈性電磁閥(210)，所述 第二彈性電磁閥(210)位于所述支撐軌(211b)上方；托架裝置(224)外側(cè)壁上設(shè)有與所述第二彈性電磁閥(210)相互鎖定的鎖定槽(215)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮落體艙系統(tǒng)，其特征在于所述角隅棱鏡(220)上方 設(shè)置透鏡(217)，所述托架裝置(224)相對(duì)的內(nèi)側(cè)壁上分別設(shè)有位置對(duì)應(yīng)的LED (216)和探 測(cè)器(223)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磁懸浮落體艙系統(tǒng)，其特征在于所述角隅棱鏡(220)上方 設(shè)置透鏡(217)，所述托架裝置(224)相對(duì)的內(nèi)側(cè)壁上分別設(shè)有位置對(duì)應(yīng)的LED (216)和探 測(cè)器(223)；所述鎖定槽(215)分別位于LED(216)和探測(cè)器(223)的上方。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁懸浮落體艙系統(tǒng)，其特征在于所述落體質(zhì)量塊(218)底部設(shè)有至少一個(gè)錐形定位突起(221)，所述托架裝置(224)底壁上表面上設(shè)有至少一個(gè)與 錐形定位突起(221)位置相對(duì)應(yīng)的錐形槽(222)。
9.一種磁懸浮落體艙系統(tǒng)，包括真空腔體(20)及設(shè)于真空腔體(20)內(nèi)的落體艙 (21)，所述落體艙(21)包括頂盤(pán)(201)、底盤(pán)(226)、設(shè)于頂盤(pán)(201)和底盤(pán)(226)之間的 至少一根導(dǎo)軌(211a)和至少一根支撐軌(211b)、托架裝置(224)以及落體質(zhì)量塊(218)； 其特征在于所述導(dǎo)軌(211a)至少一端設(shè)有驅(qū)動(dòng)電磁閥(208)，落體艙底部設(shè)有用于緩沖落體質(zhì)量 塊(218)的緩沖墊(230)；所述導(dǎo)軌(211a)上套設(shè)有內(nèi)設(shè)驅(qū)動(dòng)電磁閥的滑動(dòng)套(219)，所述托架裝置(224)通過(guò) 滑動(dòng)套(219)滑動(dòng)安裝于所述導(dǎo)軌(211a)上；所述托架裝置(224)上沿托架裝置(224)的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有導(dǎo)向定位槽(209)，所述導(dǎo)向 定位槽(209)上部設(shè)有至少兩個(gè)電磁彈性?shī)A頭(202)；所述落體質(zhì)量塊(218)位于所述托架裝置(224)下方，落體質(zhì)量塊(218)的頂部設(shè) 有可伸入所述導(dǎo)向定位槽(209)中的導(dǎo)向桿(212)，落體質(zhì)量塊(218)中設(shè)有角隅棱鏡 (220)。
10.一種采用權(quán)利要求1或9所述磁懸浮落體艙系統(tǒng)的自由落體式絕對(duì)重力儀，包括支 架(1)、光學(xué)干涉系統(tǒng)(4)、震動(dòng)隔離系統(tǒng)(5)、激光器(6)、原子鐘(7)和控制器(8)；所述落體艙系統(tǒng)(2)安裝于支架(1)上，所述光學(xué)干涉系統(tǒng)(4)位于落體艙系統(tǒng)(2) 的正下方，所述震動(dòng)隔離系統(tǒng)(5)位于所述光學(xué)干系統(tǒng)(4)下方；所述落體艙系統(tǒng)(2)包括真空腔體(20)，其特征在于所述真空腔體(20)內(nèi)安裝有所 述落體艙(21)。
全文摘要
一種磁懸浮落體艙系統(tǒng)及采用該落體艙系統(tǒng)的自由落體式絕對(duì)重力儀，該落體艙系統(tǒng)包括真空腔體及設(shè)于真空腔體內(nèi)的落體艙，落體艙包括頂盤(pán)、底盤(pán)、設(shè)于頂盤(pán)和底盤(pán)之間的導(dǎo)軌和支撐軌、托架裝置以及落體質(zhì)量塊；導(dǎo)軌至少一端設(shè)有驅(qū)動(dòng)電磁閥，落體艙底部設(shè)有傳感器；導(dǎo)軌上套設(shè)有內(nèi)設(shè)驅(qū)動(dòng)電磁閥的滑動(dòng)套，托架裝置通過(guò)滑動(dòng)套滑動(dòng)安裝于導(dǎo)軌上；頂盤(pán)底壁上沿托架裝置的運(yùn)動(dòng)方向設(shè)有導(dǎo)向定位槽，導(dǎo)向定位槽上部設(shè)有電磁彈性?shī)A頭；落體質(zhì)量塊可分離地設(shè)于托架裝置上，落體質(zhì)量塊頂部設(shè)有可伸入導(dǎo)向定位槽中的導(dǎo)向桿，落體質(zhì)量塊設(shè)有角隅棱鏡。通過(guò)通電后電磁閥間的磁力作為托架裝置的驅(qū)動(dòng)力，控制電流大小來(lái)控制托架裝置的運(yùn)動(dòng)，精度高、故障率低。
文檔編號(hào)G01V7/02GK101876716SQ20101015504
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者何志堂, 岳建利, 楊建華, 楊志強(qiáng), 白貴霞, 解俊濤 申請(qǐng)人:長(zhǎng)安大學(xué);國(guó)家測(cè)繪局第一大地測(cè)量隊(duì)