[发明专利]一种重力加速度测量装置

说明书

一种用于重力加速度测量装置，基于超导体的排磁通效应产生磁悬浮，通过静电电极实现超导球的测量与控制。本发明采用制冷机冷头无接触冷却低温装置。超导悬浮球采用镀膜工艺，内采用石英空心球作为基底，超导球表面沉积超导铌材料。一对悬浮线圈在重力方向上产生微弱的磁力梯度，使重力的微小变化产生超导球位移较大变化，从而能够被电极电容电桥电路测量得到。在水平方向上通过在电极上施加静电力增加支承刚度使得装置测量适应范围和环境条件扩大。

技术领域

本发明涉一种重力加速度测量装置。

背景技术

在地球科学研究领域中，地球重力场及其随时间变化包含地球系统物质分布及运移的丰富信息，它直接反映了地球各圈层最基本的物质及其变化特性，是研究各种环境变化、地球动力学过程最基本、最直接和最重要的物理量之一。高精度的重力测量需要发展新型的重力探测方法与技术以克服传统测量方法存在的问题。目前地球重力场测量研究领域主要包括：大地测量学、地球物理学、地震预报、地下水资源勘探、固体潮汐、海平面变化；地球环境科学、大气环境以及军事和国防安全等方面的应用。

传统的机械弹簧测量存在蠕变性和非线性，使得它们存在诸如仪器“零漂”和长期不稳定等特点，基于自由落体原理的绝对重力仪不能进行时变重力观测。和目前广泛使用的机械弹簧型重力仪相比较，超导重力仪是一种具有许多优良特征的相对重力仪，但是在通常条件下，只能实现定点和静态条件下使用。目前，该方法已被世界上许多国家应用于观测地球重力场的连续变化。

高精度的超导重力仪利用超导体在超导转变之后的零电阻特性和完全抗磁性建立超导磁悬浮系统，以代替常规重力仪的弹簧支撑机构。该仪器利用超导体Meissner效应，形成持续电流，这种电流极其稳定，因此，产生极强的稳定磁场来模拟弹簧重力仪中的稳定弹簧。磁悬浮系统可以提供相互独立的磁悬浮力和磁悬浮力梯度值，从而在平衡超导球重量的同时，能够在重力发生微小变化的时候产生较大的位移，通过精确的位移探测，就可以测量重力的变化。

传统的超导悬浮结构在运动条件和稳定性方面存在不稳定性的问题，一般都固定在台站上进行定点测量。

发明内容

本发明的目的是克服传统的重力探测装置存在定点、不能连续移动测量等问题，提出一种静电超导混合支承的重力测量装置。

本发明装置中，由两组超导线圈的持续电流产生稳定电磁场，在磁场中感应电流产生的磁场与超导线圈产生的磁场相互作用，产生悬浮力。本发明利用该悬浮力悬浮真空腔中的球体，通过支承电极提供水平方向上的支承刚度，使球体具有水平方向的抗冲击能力，并通过垂直方向上较小的磁力梯度来敏感球体微位移变化，从而获得重力变化，因而本发明重力测量装置具有极宽的动态线性测量范围，并具有灵活可移动测量等特点。

本发明包括上超导悬浮线圈、下超导悬浮线圈、超导球、上电极、下电极、赤道电极、悬浮球腔、本体骨架、制冷机、减震波纹管、制冷机支承架、氦气腔、防辐射屏、低温容器，以及超导屏蔽层。

所述的制冷机放置在制冷机支承架上部。制冷机支承架放置在水平地面上。制冷机支承架的三条腿上安装有水平测量传感器，制冷机与低温容器通过减震波纹管密封连接。制冷机采用脉管制冷机，气体传导冷却。制冷机的一级冷头与防辐射屏无接触，圆筒状的防辐射屏由拉杆吊装在低温容器内部，防辐射屏的内部通过拉杆吊装有超导屏蔽层。制冷机的二级冷头和悬浮球腔无接触。制冷机的一级冷头与防辐射屏之间，制冷机的二级冷头和悬浮球腔之间均通过氦气热交换，无机械接触。二级冷头布置在氦气腔内，二级冷头上带有冷凝器，可进行氦气液化。

制冷机支承架为三条腿支架结构，制冷机支承架上端为一圆环结构，圆环中间放置制冷机。

所述的防辐射屏内布置有圆筒形状的超导屏蔽层。在超导屏蔽层内布置有本体骨架，本体骨架内部装有悬浮球腔。所述的本体骨架为圆柱形结构，布置在氦气腔底部，氦气腔位于超导屏蔽层的内部。超导屏蔽层、本体骨架、氦气腔和防辐射屏同轴布置。