專(zhuān)利名稱(chēng)：利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重力加速度 測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種利用光纖技術(shù)實(shí)時(shí)、連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著基礎(chǔ)研究和空間技術(shù)的發(fā)展，對(duì)地球動(dòng)力學(xué)和地球內(nèi)部精細(xì)結(jié)構(gòu)的研究越來(lái)越多，利用重力場(chǎng)數(shù)據(jù)研究相關(guān)問(wèn)題顯得尤為重要。其中，地球表面重力加速度是最重要、最常見(jiàn)的物理量。幾百年來(lái)，已有許多科學(xué)家分別在理論和實(shí)驗(yàn)上做出努力試圖不斷提高其測(cè)量精度。地球表面的重力加速度是一個(gè)隨地域而改變的物理常數(shù)，因受天體物理多項(xiàng)因素的影響，即便在一個(gè)固定地方，它也隨時(shí)間發(fā)生變化。1590年，伽利略發(fā)現(xiàn)物體因受地球重力場(chǎng)作用可做自由落體運(yùn)動(dòng)，并用比薩斜塔實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了物體自由下落的速度與其質(zhì)量無(wú)關(guān)，自此，精確測(cè)定地球表面的重力加速度值成為許多物理學(xué)家關(guān)注的課題。從1898年到二十世紀(jì)六十年代末，科學(xué)家在波茨坦利用可倒擺測(cè)量的絕對(duì)重力值精度從I X 10_5ms_2提高到2X 10_8ms_2。20世紀(jì)70年代中期，國(guó)際上首次提出了激光冷卻原子的設(shè)想，朱棣文教授利用激光冷卻囚禁原子的方法測(cè)量了單個(gè)原子的重力加速度，測(cè)量精度可達(dá)3X 10-9ms-2。與此同時(shí)，一種便攜式小型絕對(duì)重力儀得到試用，另一種原子噴泉式(原子干涉)絕對(duì)重力儀在實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)成功。毫無(wú)疑問(wèn)，這將進(jìn)一步促進(jìn)地球物理學(xué)、大地測(cè)量學(xué)及計(jì)量學(xué)的發(fā)展。普通物理實(shí)驗(yàn)中，測(cè)量重力加速度的常用方法是用閃頻燈對(duì)自由落體過(guò)程進(jìn)行成像或利用復(fù)擺、單擺法間接測(cè)量。而精確測(cè)量重力加速度的常用方法是，采用物體自由下落單程觀測(cè)，利用穩(wěn)定的激光波長(zhǎng)作為邁克爾遜干涉測(cè)量的光學(xué)尺，采用高分辨率時(shí)間間隔測(cè)量?jī)x測(cè)量微小時(shí)間段，并由微機(jī)控制測(cè)量及數(shù)據(jù)采集過(guò)程。但這些方法的局限在于無(wú)法實(shí)時(shí)得到重力加速度的長(zhǎng)期變化情況，測(cè)量結(jié)果比較粗糙，且系統(tǒng)的測(cè)量精度及穩(wěn)定性也有待提聞。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)及方法，使其能夠便捷準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)、連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間測(cè)量重力加速度隨時(shí)間的變化情況。( 二 )技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下一種利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括光纖光源系統(tǒng)、邁克爾遜干涉系統(tǒng)、法布里-珀羅干涉系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其中利用該光纖光源系統(tǒng)中光纖激光器的激光波長(zhǎng)作為該邁克爾遜干涉系統(tǒng)的光學(xué)尺，在該真空系統(tǒng)中讓該邁克爾遜干涉系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)直角棱鏡做上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)，由邁克爾遜干涉條紋間接測(cè)量該運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的空間運(yùn)動(dòng)距離；
采用該法布里-珀羅干涉系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該光纖激光器的輸出波長(zhǎng)；采用該數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)記錄該運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；采用數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的多通道高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)棱鏡的位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息，最后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、利用數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)處理程序計(jì)算得到重力加速度在時(shí)間尺度上的變化關(guān)系。上述方案中，所述光纖光源系統(tǒng)包括光纖激光器、光纖隔離器、光纖耦合器及單模光纖，其中光纖激光器用于提供單模激光，光纖隔離器用于實(shí)現(xiàn)激光的單向傳輸，光纖耦合器用于將光纖激光器輸出的激光分為兩束，其中一束耦合到邁克爾遜干涉系統(tǒng)，另一束耦合到法布里-珀羅干涉系統(tǒng)；單模光纖用于連接上述的各光學(xué)器件以保證單模激光的正常傳輸。上述方案中，所述邁克爾遜干涉系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)直角棱鏡、探測(cè)器、凸透鏡、單模光纖及兩個(gè)光纖耦合器，其中一個(gè)光纖耦合器用來(lái)耦合接收光纖光源系統(tǒng)輸出的激光光束并將其分為兩路傳輸；另一光纖耦合器用來(lái)耦合邁克爾遜干涉光路的兩束激光并將其傳輸?shù)教綔y(cè)器；運(yùn)動(dòng)直角棱鏡用于在真空系統(tǒng)中做上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)改變邁克爾遜干涉光束間的光程差；凸透鏡用于聚焦激光光束；探測(cè)器用于探測(cè)邁克爾遜干涉光束的光強(qiáng)，單模光纖用于連接上述各光學(xué)器件以實(shí)現(xiàn)激光的正常傳輸。上述方案中，所述法布里-珀羅干涉系統(tǒng)包括單模光纖、凸透鏡、法布里-珀羅干涉儀及光譜儀，其中法布里-珀羅干涉儀用于將入射激光進(jìn)行干涉得到干涉光束，凸透鏡用于將干涉光束聚焦到光譜儀中，光譜儀用于得到法布里-珀羅干涉圓環(huán)，單模光纖用于連接上述各光學(xué)器件以實(shí)現(xiàn)激光的正常傳輸。上述方案中，所述真空系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)直角棱鏡、棱鏡拋射器及頂部具有透光裝置的真空室，其中運(yùn)動(dòng)直角棱鏡用于在真空系統(tǒng)中做上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)改變邁克爾遜干涉光束間的光程差，棱鏡拋射器用于觸發(fā)直角棱鏡的上拋運(yùn)動(dòng)，頂部具有透光裝置的真空室用于提供直角棱鏡運(yùn)動(dòng)的真空環(huán)境以減小測(cè)量誤差，并提供邁克爾遜干涉光束的傳輸環(huán)境。上述方案中，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)、多通道高速數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算重力加速度值的數(shù)據(jù)采集處理程序，其中高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)用于記錄直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，多通道高速數(shù)據(jù)采集卡用于實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息，計(jì)算重力加速度值的數(shù)據(jù)采集處理程序用于實(shí)時(shí)處理采集到的數(shù)據(jù)以得到重力加速度隨時(shí)間的變化關(guān)系。一種利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的方法，基于上述利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，包括步驟I :加工具有運(yùn)動(dòng)直角棱鏡、棱鏡拋射器及頂部具有透光裝置的真空室，使直角棱鏡能夠在棱鏡拋射器的作用下穩(wěn)定地進(jìn)行上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)；步驟2 :搭建并調(diào)試光纖光源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激光輸出；步驟3 :搭建并調(diào)試邁克爾遜干涉系統(tǒng)，使光纖激光器輸出的一束入射激光能夠通過(guò)真空室運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)而與另一參考光束進(jìn)行干涉，使探測(cè)器能夠探測(cè)到干涉數(shù)據(jù)；
步驟4 :搭建并調(diào)試光纖法布里-珀羅干涉系統(tǒng)，使光譜儀能夠探測(cè)分辨出干涉圓環(huán)；步驟5 :啟動(dòng)光纖光源系統(tǒng)、邁克爾遜干涉系統(tǒng)、法布里-珀羅干涉系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集處理運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)重力加速度的測(cè)量。(三)有益效果本發(fā)明提供的這種利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)及方法，具有簡(jiǎn)單、方便、穩(wěn)定性高及易操作的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崟r(shí)測(cè)量重力加速度隨時(shí)間的變化情況，具有以下優(yōu)點(diǎn)一是光纖系統(tǒng)的穩(wěn)定性更高，可以更大限度的減小環(huán)境干擾帶來(lái)的測(cè)量噪音；二是可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)激光器的輸出波長(zhǎng)以減小波長(zhǎng)漂移帶來(lái)的測(cè)量誤差，從而提高測(cè)量精度；三是可以實(shí)時(shí)、連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的測(cè)量重力加速度隨時(shí)間的變化情況?？傊景l(fā)明提供的這種利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)及方法，有利于得到更精準(zhǔn)的重力加速度值隨時(shí)間的變化情況。


圖I是依照本發(fā)明實(shí)施例的利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是基于圖I測(cè)量得到的邁克爾遜干涉數(shù)據(jù)的示意圖，其中，圖2(a)為干涉光強(qiáng)隨時(shí)間的變化，其右下插圖為法布里-珀羅干涉圓環(huán)示意圖；圖2(13)是圖2(a)中一組數(shù)據(jù)的放大圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。如圖I所示，圖I是依照本發(fā)明實(shí)施例的利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖，該系統(tǒng)包括五部分1光纖光源系統(tǒng)、II邁克爾遜干涉系統(tǒng)、III法布里-珀羅干涉系統(tǒng)、IV真空系統(tǒng)及V數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)；其中，圖中各光纖器件由單模光纖連接。其中，利用該光纖光源系統(tǒng)中光纖激光器的激光波長(zhǎng)作為該邁克爾遜干涉系統(tǒng)的光學(xué)尺，在該真空系統(tǒng)中讓該邁克爾遜干涉系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)直角棱鏡做上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)，由邁克爾遜干涉條紋間接測(cè)量該運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的空間運(yùn)動(dòng)距離；采用該法布里-珀羅干涉系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該光纖激光器的輸出波長(zhǎng)；采用該數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)記錄該運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)時(shí)間；采用數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的多通道高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)棱鏡的位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息，最后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、利用數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)處理程序計(jì)算得到重力加速度在時(shí)間尺度上的變化關(guān)系。光纖光源系統(tǒng)包括光纖激光器、光纖隔離器、光纖耦合器及單模光纖，其中光纖激光器用于提供單模激光，光纖隔離器用于實(shí)現(xiàn)激光的單向傳輸，光纖耦合器用于將光纖激光器輸出的激光分為兩束，其中一束耦合到邁克爾遜干涉系統(tǒng)，另一束耦合到法布里-珀羅干涉系統(tǒng)；單模光纖用于連接上述的各光學(xué)器件以保證單模激光的正常傳輸。邁克爾遜干涉系統(tǒng)包括兩個(gè)光纖耦合器、運(yùn)動(dòng)直角棱鏡、探測(cè)器、凸透鏡及單模光纖，其中一個(gè)光纖耦合器用來(lái)耦合接收光纖光源系統(tǒng)輸出的激光光束并將其分為兩路傳輸；另一光纖耦合器用來(lái)耦合邁克爾遜干涉光路的兩束激光并將其傳輸?shù)教綔y(cè)器。運(yùn)動(dòng)直角棱鏡用于在真空系統(tǒng)中做上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)改變邁克爾遜干涉光束間的光程差。凸透鏡用于聚焦激光光束。探測(cè)器用于探測(cè)邁克爾遜干涉光束的光強(qiáng)，單模光纖用于連接上述各光學(xué)器件以實(shí)現(xiàn)激光的正常傳輸。法布里-珀羅干涉系統(tǒng)包括單模光纖、凸透鏡、法布里-珀羅干涉儀及光譜儀，其中法布里-珀羅干涉儀用于將 入射激光進(jìn)行干涉得到干涉光束，凸透鏡用于將干涉光束聚焦到光譜儀中，光譜儀用于得到法布里-珀羅干涉圓環(huán)，單模光纖用于連接上述各光學(xué)器件以實(shí)現(xiàn)激光的正常傳輸。真空系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)直角棱鏡、棱鏡拋射器及頂部具有透光裝置的真空室，其中運(yùn)動(dòng)直角棱鏡用于在真空系統(tǒng)中做上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)改變邁克爾遜干涉光束間的光程差，棱鏡拋射器用于觸發(fā)直角棱鏡的上拋運(yùn)動(dòng)，頂部具有透光裝置的真空室用于提供直角棱鏡運(yùn)動(dòng)的真空環(huán)境以減小測(cè)量誤差，并提供邁克爾遜干涉光束的傳輸環(huán)境。數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)、多通道高速數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算重力加速度值的數(shù)據(jù)采集處理程序，其中高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)用于記錄直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，多通道高速數(shù)據(jù)采集卡用于實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息，計(jì)算重力加速度值的數(shù)據(jù)采集處理程序用于實(shí)時(shí)處理采集到的數(shù)據(jù)以得到重力加速度隨時(shí)間的變化關(guān)系?；趫DI所述的利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，本發(fā)明還提供了一種利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的方法，該方法包括以下步驟步驟I :加工具有運(yùn)動(dòng)直角棱鏡、棱鏡拋射器及頂部具有透光裝置的真空室，使直角棱鏡能夠在棱鏡拋射器的作用下穩(wěn)定地進(jìn)行上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)；步驟2 :搭建并調(diào)試光纖光源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激光輸出；步驟3 :搭建并調(diào)試邁克爾遜干涉系統(tǒng)，使光纖激光器輸出的一束入射激光能夠通過(guò)真空室運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)而與另一參考光束進(jìn)行干涉，使探測(cè)器能夠探測(cè)到干涉數(shù)據(jù)；步驟4 :搭建并調(diào)試光纖法布里-珀羅干涉系統(tǒng)，使光譜儀能夠探測(cè)分辨出干涉圓環(huán)；步驟5 :啟動(dòng)光纖光源系統(tǒng)、邁克爾遜干涉系統(tǒng)、法布里-珀羅干涉系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集處理運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)重力加速度的測(cè)量。圖2是基于圖I測(cè)量得到的邁克爾遜干涉數(shù)據(jù)的示意圖，其中，圖2(a)為干涉光強(qiáng)隨時(shí)間的變化，其右下插圖為法布里-珀羅干涉圓環(huán)示意圖；圖2(13)是圖2(a)中一組數(shù)據(jù)的放大圖。由所得干涉數(shù)據(jù)圖確定重力加速度的方法為首先，由法布里-珀羅干涉圓環(huán)圖確定光纖激光器的實(shí)時(shí)波長(zhǎng)，即測(cè)量圓環(huán)序數(shù)P和相應(yīng)的圓環(huán)直徑Dp，將圓環(huán)直徑的平方值對(duì)圓環(huán)序數(shù)P進(jìn)行線性擬合，當(dāng)已知干涉儀折射率n、反射面間距d和空氣折射率n。
Anf2X
時(shí)，光纖激光器的實(shí)時(shí)波長(zhǎng)就可以由公式尸+幻推得。其次，由邁克爾遜干涉數(shù)n0a
據(jù)確定棱鏡的運(yùn)動(dòng)位置與時(shí)間的關(guān)系。假設(shè)棱鏡從最低點(diǎn)到最高點(diǎn)為一個(gè)運(yùn)動(dòng)周期T，由圖2(a)確定Li時(shí)刻運(yùn)動(dòng)棱鏡處于第N個(gè)運(yùn)動(dòng)周期，如圖2(b)所示，此時(shí)棱鏡相對(duì)最低點(diǎn)的
位移量為=-I)、■，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)間為選取微小時(shí)間段擬合棱
Zm，i m，i V),
鏡位置與時(shí)間的關(guān)系L =gt2m, + Am得到相應(yīng)時(shí)刻的重力加速度。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括光纖光源系統(tǒng)、邁克爾遜干涉系統(tǒng)、法布里-珀羅干涉系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，其中 利用該光纖光源系統(tǒng)中光纖激光器的激光波長(zhǎng)作為該邁克爾遜干涉系統(tǒng)的光學(xué)尺，在該真空系統(tǒng)中讓該邁克爾遜干涉系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)直角棱鏡做上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)，由邁克爾遜干涉條紋間接測(cè)量該運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的空間運(yùn)動(dòng)距離； 采用該法布里-珀羅干涉系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該光纖激光器的輸出波長(zhǎng)；采用該數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)記錄該運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)時(shí)間； 采用數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的多通道高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)棱鏡的位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息，最后，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式、利用數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)處理程序計(jì)算得到重力加速度在時(shí)間尺度上的變化關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，所述光纖光源系統(tǒng)包括光纖激光器、光纖隔離器、光纖耦合器及單模光纖，其中光纖激光器用于提供單模激光，光纖隔離器用于實(shí)現(xiàn)激光的單向傳輸，光纖耦合器用于將光纖激光器輸出的激光分為兩束，其中一束耦合到邁克爾遜干涉系統(tǒng)，另一束耦合到法布里-珀羅干涉系統(tǒng)；單模光纖用于連接上述的各光學(xué)器件以保證單模激光的正常傳輸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，所述邁克爾遜干涉系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)直角棱鏡、探測(cè)器、凸透鏡、單模光纖及兩個(gè)光纖耦合器，其中一個(gè)光纖耦合器用來(lái)耦合接收光纖光源系統(tǒng)輸出的激光光束并將其分為兩路傳輸；另一光纖耦合器用來(lái)耦合邁克爾遜干涉光路的兩束激光并將其傳輸?shù)教綔y(cè)器；運(yùn)動(dòng)直角棱鏡用于在真空系統(tǒng)中做上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)改變邁克爾遜干涉光束間的光程差；凸透鏡用于聚焦激光光束；探測(cè)器用于探測(cè)邁克爾遜干涉光束的光強(qiáng)，單模光纖用于連接上述各光學(xué)器件以實(shí)現(xiàn)激光的正常傳輸。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，所述法布里-珀羅干涉系統(tǒng)包括單模光纖、凸透鏡、法布里-珀羅干涉儀及光譜儀，其中法布里-珀羅干涉儀用于將入射激光進(jìn)行干涉得到干涉光束，凸透鏡用于將干涉光束聚焦到光譜儀中，光譜儀用于得到法布里-珀羅干涉圓環(huán)，單模光纖用于連接上述各光學(xué)器件以實(shí)現(xiàn)激光的正常傳輸。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，所述真空系統(tǒng)包括運(yùn)動(dòng)直角棱鏡、棱鏡拋射器及頂部具有透光裝置的真空室，其中運(yùn)動(dòng)直角棱鏡用于在真空系統(tǒng)中做上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)來(lái)改變邁克爾遜干涉光束間的光程差，棱鏡拋射器用于觸發(fā)直角棱鏡的上拋運(yùn)動(dòng)，頂部具有透光裝置的真空室用于提供直角棱鏡運(yùn)動(dòng)的真空環(huán)境以減小測(cè)量誤差，并提供邁克爾遜干涉光束的傳輸環(huán)境。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)包括高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)、多通道高速數(shù)據(jù)采集卡及計(jì)算重力加速度值的數(shù)據(jù)采集處理程序，其中高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)用于記錄直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，多通道高速數(shù)據(jù)采集卡用于實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息，計(jì)算重力加速度值的數(shù)據(jù)采集處理程序用于實(shí)時(shí)處理采集到的數(shù)據(jù)以得到重力加速度隨時(shí)間的變化關(guān)系。
7.一種利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的方法，基于權(quán)利要求I所述的利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)，其特征在于，包括 步驟I:加工具有運(yùn)動(dòng)直角棱鏡、棱鏡拋射器及頂部具有透光裝置的真空室，使直角棱鏡能夠在棱鏡拋射器的作用下穩(wěn)定地進(jìn)行上拋、下落兩種行程的自由落體運(yùn)動(dòng)； 步驟2 :搭建并調(diào)試光纖光源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)激光輸出；步驟3 :搭建并調(diào)試邁克爾遜干涉系統(tǒng)，使光纖激光器輸出的一束入射激光能夠通過(guò)真空室運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)而與另一參考光束進(jìn)行干涉，使探測(cè)器能夠探測(cè)到干涉數(shù)據(jù)；步驟4 :搭建并調(diào)試光纖法布里-珀羅干涉系統(tǒng)，使光譜儀能夠探測(cè)分辨出干涉圓環(huán)；步驟5 :啟動(dòng)光纖光源系統(tǒng)、邁克爾遜干涉系統(tǒng)、法布里-珀羅干涉系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集處理運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息實(shí)現(xiàn)對(duì)重力加速度的測(cè)量。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種利用光纖技術(shù)對(duì)重力加速度進(jìn)行測(cè)量的系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包括光纖光源系統(tǒng)、邁克爾遜干涉系統(tǒng)、法布里-珀羅干涉系統(tǒng)、真空系統(tǒng)及數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)。由邁克爾遜干涉系統(tǒng)測(cè)量真空系統(tǒng)中運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)距離；由法布里-珀羅干涉系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該光纖激光器的輸出波長(zhǎng)；由數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)中的高精準(zhǔn)時(shí)間頻率標(biāo)準(zhǔn)儀計(jì)時(shí)系統(tǒng)記錄該運(yùn)動(dòng)直角棱鏡的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，并由其多通道高速數(shù)據(jù)采集卡實(shí)時(shí)采集運(yùn)動(dòng)棱鏡的位置、時(shí)間及光纖激光器的波長(zhǎng)信息，最后通過(guò)計(jì)算程序得到重力加速度隨時(shí)間的變化關(guān)系。本發(fā)明具有簡(jiǎn)單、方便、易操作、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)，可實(shí)時(shí)、連續(xù)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)特定位置處重力加速度隨時(shí)間的變化關(guān)系。
文檔編號(hào)G01V7/14GK102621590SQ201210110550
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月16日
發(fā)明者叢侃侃, 姬揚(yáng) 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所