本文關(guān)鍵詞：原子干涉型重力儀的共模噪聲抑制研究

  更多相關(guān)文章： 原子干涉儀 原子重力儀 共模噪聲 振動(dòng)補(bǔ)償方案 橢圓擬合

【摘要】：自發(fā)明至今,原子干涉儀的歷史已有二十余年。作為一種精密測(cè)量的手段,如今原子干涉儀在科研和工程領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用,發(fā)展迅猛。原子干涉型重力儀是基于原子干涉儀發(fā)展起來(lái)的重力測(cè)量?jī)x器,可應(yīng)用于地理測(cè)繪、地質(zhì)勘探、導(dǎo)航以及基礎(chǔ)物理研究等領(lǐng)域。比起單套的重力儀,多套重力儀的同步測(cè)量有更廣泛的應(yīng)用,可以研究重力梯度變化,以及進(jìn)行一些基礎(chǔ)物理研究如測(cè)量萬(wàn)有引力常數(shù)等。本實(shí)驗(yàn)小組自2005年開始研制原子干涉型重力儀,目前已研制出多套重力儀,并且實(shí)現(xiàn)了兩套重力儀的協(xié)同工作。本文的主要工作是研究多套原子干涉型重力儀協(xié)同工作時(shí)的共模噪聲抑制,包括同步工作的實(shí)現(xiàn),噪聲來(lái)源研究,以及共模噪聲抑制的手段。第一章是緒論部分,包括精密重力測(cè)量的應(yīng)用前景,國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,冷原子干涉型重力儀的發(fā)展。另外,簡(jiǎn)單羅列了本文的主要工作。第二章介紹了冷原子干涉型重力儀的理論及實(shí)驗(yàn)。理論部分主要是原子干涉部分的理論,包括原子在光場(chǎng)中的演化,以及最終測(cè)量重力的相關(guān)理論；實(shí)驗(yàn)部分介紹了本實(shí)驗(yàn)組的兩套冷原子干涉型重力儀的實(shí)驗(yàn)裝置,以及相關(guān)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第三章闡述了冷原子干涉型重力儀的控制系統(tǒng),包括控制時(shí)序,控制硬件和控制軟件,還介紹了主控程序的其他拓展功能,以及未來(lái)待完善的功能。第四章是噪聲模型的歸類,以及對(duì)共模噪聲的相關(guān)分析,其中包括相位噪聲對(duì)干涉儀相位的影響和主要共模噪聲來(lái)源的分析,此外還簡(jiǎn)單介紹了實(shí)驗(yàn)中主要的非共模噪聲的來(lái)源。第五章是針對(duì)最主要的共模噪聲源之一振動(dòng)噪聲的抑制研究。該章介紹了兩種常規(guī)的振動(dòng)抑制方案：被動(dòng)隔振法和主動(dòng)隔振法。此外,著重介紹了單純用振動(dòng)補(bǔ)償法進(jìn)行振動(dòng)抑制的技術(shù),包括基于控制平臺(tái)的數(shù)據(jù)振動(dòng)采集補(bǔ)償方案和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。第六章介紹了在兩臺(tái)重力儀同步工作的時(shí)候,對(duì)共模噪聲免疫的算法研究,其核心是橢圓擬合的方法得出兩臺(tái)重力儀測(cè)量到的重力值之差。針對(duì)原子干涉型重力儀的應(yīng)用,本文提出了差模噪聲最小來(lái)作為橢圓擬合的依據(jù)。最后展示了在不同噪聲環(huán)境下的仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果,以及和傳統(tǒng)的條紋擬合方法的對(duì)照。第七章是總結(jié)以及對(duì)未來(lái)工作的展望。本文的主要研究?jī)?nèi)容是基于兩套同步性卓越的冷原子干涉型重力儀的共模噪聲抑制。目前本實(shí)驗(yàn)組的兩套重力儀單點(diǎn)測(cè)量時(shí)間為450ms,重復(fù)率達(dá)到2.2Hz,在基于被動(dòng)隔振的條件下,靈敏度分別達(dá)到1.9×10-g/√HZ和2.1×10-7/√HZ。我們?nèi)绻麊渭冞\(yùn)用振動(dòng)補(bǔ)償法,可以讓單臺(tái)重力儀獲得與被動(dòng)隔振的條件下接近的靈敏度,并且在振動(dòng)環(huán)境惡劣的情形下仍然能獲得較好的結(jié)果。進(jìn)一步,我們運(yùn)用橢圓擬合法,獲得了對(duì)共模噪聲免疫的重力差分信號(hào)結(jié)果,并在振動(dòng)環(huán)境惡劣的情形下仍然測(cè)量到重力差分結(jié)果,其靈敏度優(yōu)于兩套重力儀相位直接相減。
【關(guān)鍵詞】：原子干涉儀 原子重力儀 共模噪聲 振動(dòng)補(bǔ)償方案 橢圓擬合
【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH744.3
【目錄】：

• 致謝5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-14
• 1. 緒論14-22
• 1.1. 重力場(chǎng)及其梯度精密測(cè)量的意義14-15
• 1.2. 精密重力測(cè)量與重力差分測(cè)量15-18
• 1.2.1. 機(jī)械重力儀16
• 1.2.2. 超導(dǎo)重力儀16-17
• 1.2.3. 激光干涉型重力儀17-18
• 1.2.4. 原子干涉型重力儀18
• 1.3. 冷原子干涉型重力儀的歷史與現(xiàn)狀18-20
• 1.4. 冷原子干涉型重力儀的噪聲抑制20-21
• 1.5. 本文的主要工作21-22
• 2. 冷原子干涉型重力儀的理論及實(shí)驗(yàn)22-37
• 2.1. 相關(guān)理論22-28
• 2.1.1. 原子在輻射場(chǎng)中的演化22-27
• 2.1.2. 重力測(cè)量理論27-28
• 2.2. 實(shí)驗(yàn)裝置28-34
• 2.2.1. 本實(shí)驗(yàn)小組的重力儀28-30
• 2.2.2. 兩套重力儀的協(xié)同工作30-34
• 2.3. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果34-35
• 2.3.1. 條紋及Allan方差結(jié)果34-35
• 2.4. 本章小結(jié)35-37
• 3. 冷原子干涉儀的控制系統(tǒng)37-53
• 3.1. 時(shí)序過(guò)程37-38
• 3.2. 控制硬件38-40
• 3.2.1. 采集卡的相關(guān)配置39-40
• 3.2.2. 其他控件的配置要求40
• 3.3. 控制軟件40-52
• 3.3.1. 配置與數(shù)據(jù)管理41-44
• 3.3.2. 執(zhí)行方式44-50
• 3.3.3. 其他功能50-52
• 3.4. 本章小結(jié)52-53
• 4. 噪聲來(lái)源53-63
• 4.1. 本底噪聲、幅度噪聲與相位噪聲的關(guān)系53-54
• 4.2. 相位噪聲對(duì)干涉儀相位的貢獻(xiàn)54-56
• 4.3. 共模噪聲56-61
• 4.3.1. 拉曼光相噪56-59
• 4.3.2. 振動(dòng)噪聲59-60
• 4.3.3. 其他共模噪聲60-61
• 4.4. 除共模噪聲以外的噪聲61-62
• 4.5. 本章小結(jié)62-63
• 5. 單臺(tái)重力儀的振動(dòng)噪聲抑制63-83
• 5.1. 被動(dòng)隔振法63-64
• 5.2. 主動(dòng)隔振法64-65
• 5.3. 振動(dòng)補(bǔ)償法65-79
• 5.3.1. 補(bǔ)償原理65-66
• 5.3.2. 探頭與拉曼反射鏡之間的振動(dòng)傳遞函數(shù)66-72
• 5.3.3. 振動(dòng)補(bǔ)償方案的可行性評(píng)估72-77
• 5.3.4. 軟硬件實(shí)現(xiàn)77-79
• 5.4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果79-81
• 5.5. 本章小結(jié)81-83
• 6. 兩臺(tái)重力儀的共模噪聲抑制83-93
• 6.1. 方法介紹83-84
• 6.2. 仿真測(cè)試84-90
• 6.2.1. 共模噪聲與差模噪聲84-85
• 6.2.2. 不同判據(jù)的橢圓擬合模型85-87
• 6.2.3. 擬合結(jié)果比較87-90
• 6.3. 對(duì)兩套重力儀結(jié)果的分析90-92
• 6.3.1. 與條紋擬合方法的對(duì)照90-91
• 6.3.2. 在大振動(dòng)環(huán)境下的結(jié)果91-92
• 6.4. 本章小結(jié)92-93
• 7. 總結(jié)與展望93-96
• 7.1. 本文總結(jié)93-94
• 7.2. 展望94-96
• 7.2.1. 單套重力儀的共模噪聲抑制94-95
• 7.2.2. 兩套重力儀的共模噪聲抑制算法95-96
• 8. 參考文獻(xiàn)96-105
• 作者簡(jiǎn)介及博士期間的科研成果105-106

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