【摘要】：研究地球重力場及其變化對于地震預(yù)測、地球科學(xué)、資源勘測、導(dǎo)航制導(dǎo)等領(lǐng)域研究具有重要意義,重力加速度g是反映地球重力場信息的直接物理量。隨著穩(wěn)頻激光干涉測量技術(shù)、高精度數(shù)字化采集與控制、寬頻帶高精度震動測量技術(shù)等技術(shù)手段的進步,作為直接獲取重力加速度的重要儀器,高精度絕對重力儀的自主研制需求和在各領(lǐng)域的應(yīng)用需求日益提升。直線超聲電機是一種新型驅(qū)動機構(gòu),將之用于高精度絕對重力儀落體驅(qū)動控制是絕對重力儀的一種新的驅(qū)動方案。傳統(tǒng)高精度絕對重力儀利用測量自由落體運動軌跡的方法獲得重力加速度g值,其落體倉驅(qū)動控制技術(shù)影響g值測量的精度及穩(wěn)定性等參數(shù),成為絕對重力儀研制關(guān)鍵技術(shù)之一。傳統(tǒng)激光干涉絕對重力儀中對落體驅(qū)動控制方式可分為鋼帶式、凸輪式和波紋管式。這些傳統(tǒng)絕對重力儀的落體驅(qū)動控制都是將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動通過機械傳動機構(gòu)轉(zhuǎn)化為可控的豎直方向運動,存在運動轉(zhuǎn)化精度、機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點。直線超聲電機(LUSM)的驅(qū)動力來源于壓電陶瓷,是一種利用壓電陶瓷逆壓電效應(yīng),通過分別施加在兩個壓電陶瓷塊上、頻率在超聲波頻段、兩列有相位差和幅度差的電壓,是一種能將微觀摩擦輸出宏觀運動的機構(gòu)。直線超聲電機是基于駐波傳播、質(zhì)點作橢圓運動工作的,常見用于精密平臺控制等領(lǐng)域,具有具有抗電磁干擾、低速大轉(zhuǎn)矩、直接輸出推力、定位精度高、響應(yīng)速度快、斷電自鎖、結(jié)構(gòu)簡單等特點。由于超聲電機的原材料、制造工藝、工作非線性等特點,直線超聲電機驅(qū)動控制需要高性能的驅(qū)動信號。針對絕度重力儀落體倉的工作特性和絕對重力儀對驅(qū)動的性能要求,提出將直線超聲電機用于驅(qū)動控制絕對重力儀落體倉方案。該方案設(shè)計并討論了以Cyclone IV系列的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列)芯片為核心、PC控制、采用DDS技術(shù)(直接數(shù)字頻率合成技術(shù))生成兩列正弦波,以此作為直線超聲電機的驅(qū)動信號源。這種方案直接輸出直線運動,沒有運動轉(zhuǎn)換機構(gòu),有利于絕對重力儀的小型化和震動減小。通過邏輯設(shè)計和模擬仿真,得到了時序圖及數(shù)字驅(qū)動信號,證明了方案的可行性。
【圖文】：

自由下落式絕對重力儀落體制技術(shù)2.1 絕對重力儀基本工作原理由處于高真空中落體倉及落體驅(qū)動機構(gòu)、激光干涉理系統(tǒng)等組成。落體倉處在高真空度真空室中，落在豎直導(dǎo)軌上由鋼帶帶動上下運動，整個機構(gòu)由真泵負責(zé)將整個系統(tǒng)維持在高真空狀態(tài)。統(tǒng)利用邁克爾遜干涉儀原理產(chǎn)生干涉信號，參考棱鏡，工作棱鏡即落體倉中落體棱鏡，所產(chǎn)生的干涉條統(tǒng)負責(zé)屏蔽該絕對重力儀最大的干擾因素即地表長彈簧組成。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)負責(zé)將接收到的光信號統(tǒng)則負責(zé)進行過零檢測，誤差計算處理等工作。

和向上）運動，電機停止運轉(zhuǎn)拖車則保持靜止。對于直流伺服構(gòu)，因此電機必須提供轉(zhuǎn)矩克服落體倉和落體重力轉(zhuǎn)矩才能維周期性重復(fù)運動，其工作周期如下。開始測量電機正轉(zhuǎn)，落體后保持豎直向上運動至最高點停止；之后電機反向加速旋轉(zhuǎn)帶運動且加速度略大于重力加速度 g，此種情況才能保證落體與僅受重力作用做自由落體運動，在此期間落體與落體倉最大間保證落體倉承接落體時僅有較小的碰撞；在下降一定距離后減速并“溫和”承接落體；最后電機減速到零，落體倉減速到控制中，，還存在落體質(zhì)心和光心重合的問題。落體質(zhì)心由落體體光心由落體棱鏡光學(xué)結(jié)構(gòu)決定，如果落體光心與質(zhì)心不重合體光線就會導(dǎo)致工作光線光程改變，從而誤差。因此，對于精高精度絕對中立一種，在落體這一部分，往往會設(shè)計三個調(diào)節(jié)質(zhì)心重合度調(diào)節(jié)。力儀落體為光學(xué)棱鏡是易脆材料，因此落體控制還存在著落體在高精度絕度重力儀中，往往采用三點支撐方式，三點位置分勻承重。
【學(xué)位授予單位】：中國地震局地震研究所
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TH761.5

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙淳生;21世紀超聲電機技術(shù)展望[J];振動.測試與診斷;2000年01期

2 楊淇,楊明,闕沛文;大力矩超聲電機[J];應(yīng)用聲學(xué);2001年03期

3 趙淳生;超聲電機技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用和未來[J];電氣時代;2001年03期

4 陳志華,趙淳生;超聲電機控制中的若干關(guān)鍵問題[J];微特電機;2002年06期

5 趙淳生;面向21世紀的超聲電機技術(shù)[J];中國工程科學(xué);2002年02期

6 孫合明,趙淳生,朱曉東,高N

本文編號：2561918