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基于自由落体原理的绝对重力仪关键技术的研究及应用

吴书清  
【摘要】:本文以中国计量科学研究院基本科研业务费项目---“经典绝对重力仪关键技术的研制”和“国际重力仪关键比对点的建立”为依托,研制了基于宏观自由落体原理的NIM-3型绝对重力仪,并对该仪器进行了应用。同时,对中国计量科学研究院正进行的向国际计量委员会申请主办2017年全球绝对重力仪关键比对的技术工作进行了阐述。 首先本文综述了重力测量的相关背景,阐述了目前绝对重力测量的两种方法---基于自由落体原理测量法和基于原子干涉测量法,其中着重分析了基于自由落体原理测量法。 然后本文论述了NIM型绝对重力仪的发展;阐述了本项目所研制的NIM-3型绝对重力仪在机械加工、电机传动、光学调整等方面的研制;重点深入分析了NIM-3型绝对重力仪以Altera公司的Nios Ⅱ软核处理器为核心,构建SOPC(片上可编程系统),用FPGA(可编程逻辑器件)和Verilog(硬件描述语言)通过“数字移相法”实现光干涉条纹计数和时间间隔测量;介绍了采用Java EE开发体系,编写的浏览器/服务器模式的软件系统。 接着本文给出了固体潮汐、大气压、极移等重力修正通用算法,对所实现的NIM-3型绝对重力仪的测量准确度进行了实验分析、合成标准不确定度进行了计算分析,并就其相关应用情况进行了介绍。简叙了研制绝对重力仪过程中诸如仪器自引力、激光衍射、仪器反弹效应、光速有限、激光调制等影响在计量学上的考虑,作为今后进一步提升NIM型绝对重力仪准确度和不确定度的参考。 最后本文阐述了绝对重力仪国际关键比对的情况,介绍了中国计量科学研究院在申请主办全球及亚太区域绝对重力仪关键比对所做的技术工作。 本文所开展的研究工作将在我国“能量天平”项目中用自然基准重新定义“质量”基本单位,起到十分重要的作用。


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