專利名稱：離子型加速度計的制作方法
在力的作用下，物體會產(chǎn)生加速度，加速度的大小同所受作用力的大小成正比，同物體的慣性質(zhì)量成反比，加速度的方向與作用力的方向相同。加速度計是測量物體在力作用下產(chǎn)生的加速度的大小和方向的儀器，在航空航天、導(dǎo)彈發(fā)射、交通運輸、機器制造、海洋探測、物理探礦、地球物理測量等領(lǐng)域都有廣泛的用途。
地球重力加速度計即地球重力儀是最常見的一類加速度計。地球重力儀是在地球表面或近地空間測量地球重力加速度的儀器。地球重力重力儀分為絕對重力儀和相對重力儀。在真空中讓物體作自由落體運動或垂直上拋運動，通過測量落體或上拋物體的運動時間和距離來測量重力加速度的是絕對重力儀。美國Faller和Hammond發(fā)明的激光干涉重力儀就是一種絕對重力儀，中國計量科學(xué)研究院也研制出自由落體式可移動絕對重力儀。運用現(xiàn)代激光干涉、原子鐘技術(shù)等，可以獲得高精度(10-15微伽)的絕對重力值，在地球物理測量、物理勘探中得到廣泛的應(yīng)用。在真空中將一慣性體與彈簧或壓電晶體相連，慣性體在力的作用下運動，使相連的彈簧或壓電晶體發(fā)生形變，形變的大小與作用力的大小成線性或其他非線性關(guān)系，測量形變的大小可以確定重力加速度的變化，這是相對重力儀。美國Lacoste-Ramberg公司，加拿大Scitrex公司生產(chǎn)的相對重力儀被廣泛應(yīng)用。相對重力儀中的彈簧由于機械疲勞而產(chǎn)生零點漂移，讀數(shù)不夠穩(wěn)定，壓電晶體式相對加速度儀的精度低，適用于強加速運動中的加速度測量。超導(dǎo)重力儀也是一種相對重力儀。在低溫超導(dǎo)環(huán)境中，線圈中電流產(chǎn)生的永久磁場相當(dāng)于上述彈簧，作為慣性體的超導(dǎo)小球懸浮在磁場中，通過測量超導(dǎo)小球的位移量，可以確定重力加速度的相對變化。由于真空超導(dǎo)狀態(tài)下電流和磁場的高穩(wěn)定性，超導(dǎo)重力儀的零點漂移很小，精度很高，但超導(dǎo)重力儀結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積和重量都較大，只適合于固定臺站的測量。
在上述重力儀中，都有一個質(zhì)量和體積較大的慣性體。在測量加速度的過程中，要同時測量慣性體的位置和相應(yīng)時間。顯然，測量精度與慣性體的線度有關(guān)，對大線度的慣性體，準(zhǔn)確測量位置和時間的難度較大。
本發(fā)明提出一種離子型加速度計設(shè)計方案。下面結(jié)合


設(shè)計方案。圖1是離子型加速度計結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是重力加速度計測量原理示意圖。
如圖1所示的這種加速度計，包括離子槍[1]、靶屏[2]和無磁性真空腔[3]，其特征在于離子槍[1]和靶屏[2]固定在無磁性真空腔[3]中，離子槍[1]的發(fā)射方向與靶屏[2]平面之間有一固定夾角。上述的離子槍[1]中，設(shè)置有強度和方向確定并已知的電場和磁場，離子或離子束[4]由離子槍[1]的槍口射出。
在圖2所示的重力加速度計測量原理示意圖中，當(dāng)啟動測量開關(guān)時，從離子槍[1]發(fā)射出的能量(速度)和質(zhì)量已知的離子或離子束[4]，會受到重力場的作用，離子束[4]發(fā)生偏轉(zhuǎn)，打在靶屏[2]上，落點的位置可由激光、微電子或光電子方法測定，或靶屏[2]本身就是一個刻有坐標(biāo)編碼的數(shù)字化屏，當(dāng)離子[4]打在靶屏[2]上時，可自動記錄下落點的數(shù)字化坐標(biāo)。
如圖2所示，在離子槍[1]中，強度和方向確定并已知的電場使出射離子[4]的速度(能量)被精確確定，在磁場的聚焦作用下，出射離子[4]的方向被精確確定。
本發(fā)明的優(yōu)勢在于第一，由于離子槍[1]與靶屏[2]是固定在一起的，即離子[4]飛行的水平距離S∥是已知的，而離子[4]的速度又是已知的，則離子[4]的飛行時間是已知的，這就避免了高精度時間測量的困難，只要測量離子[4]在靶屏[2]平面上的垂直偏移量S⊥就可以算出離子相對于靶屏的加速度了；第二，離子[4]的線度極小，定位的精度可以大大提高；第三，本發(fā)明不用彈簧等形變器件，避免了由機械疲勞引起的零點漂移和由非線性形變引起的讀數(shù)誤差。
將該加速度儀安置在地面，測得的就是當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭。該加速度儀也可安置在空間飛行器上，測得的加速度是離子相對于空間飛行器的加速度，如能測得或知道空間飛行器相對于地球的加速度就可以推算出當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣攘??？傊?，本發(fā)明設(shè)計的加速度儀可以在非超導(dǎo)條件下，在一個較小空間內(nèi)，在極短時間內(nèi)，實施高精度的加速度測量。
圖1是說明書摘要附圖。
權(quán)利要求
1.一種加速度計，包括離子槍[1]、靶屏[2]和無磁性真空腔[3]，其特征在于離子槍[1]和靶屏[2]固定在無磁性真空腔[3]中，離子槍[1]的發(fā)射方向與靶屏[2]平面之間有一固定夾角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的離子槍[1]中，設(shè)置有強度和方向確定并已知的電場和磁場，離子或離子束[4]由離子槍[1]的槍口射出。
全文摘要
本發(fā)明提出一種離子型加速度計設(shè)計方案。離子槍[1]、靶屏[2]固定在無磁性真空腔[3]中，離子槍[1]的發(fā)射方向與靶屏[2]平面之間有一固定夾角。離子或離子束[4]由離子槍[1]射出。從離子槍[1]發(fā)射出的能量(速度)和質(zhì)量已知的離子或離子束[4]，會受到重力場的作用，離子束[4]發(fā)生偏轉(zhuǎn)，打在靶屏[2]上，落點的位置可由激光、微電子或光電子方法測定。本發(fā)明的優(yōu)勢在于第一，由于離子槍[1]與靶屏[2]是固定在一起的，即離子[4]飛行的水平距離是已知的，而離子[4]的速度又是已知的，則離子[4]的飛行時間是已知的，這就避免了高精度時間測量的困難，只要測量離子[4]在靶屏[2]平面上的垂直偏移量就可以算出離子相對于靶屏的加速度了；第二，離子[4]的線度極小，定位的精度可以大大提高；第三，本發(fā)明不用彈簧等形變器件，避免了由機械疲勞引起的零點漂移和由非線性形變引起的讀數(shù)誤差。
文檔編號G01P15/00GK1490624SQ02147630
公開日2004年4月21日 申請日期2002年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月15日
發(fā)明者湯克云 申請人:中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所