中科院研制出铷-85冷原子绝对重力仪,并参加重力仪国际比对

   日期:2019-07-24     浏览:39    
核心提示:近日,中科院武汉物数所研究团队成功研制出铷-85冷原子绝对重力仪,并参加了重力仪国际比对,测量结果获得了国际计量局的认可。
  近日,武汉物数所研究团队成功研制出铷-85冷原子绝对重力仪,并参加了重力仪国际比对,测量结果获得了国际计量局的认可。

  绝对重力仪

  绝对重力仪是国际上研制用来直接测量重力加速度值的主要精密计量仪器,精确的重力值g对大地测量、地球物理和精密计量具有十分重要的意义。

  目前国际上主要研制的绝对重力仪分为两类,一类是经典绝对重力仪、另一类是原子干涉绝对重力仪。这两类绝对重力仪利用当代先进的电子技术、激光技术和原子干涉技术使绝对重力值测量水平提高到新的高度。

  绝对重力仪是探测地球重力场信息的重要手段,是人类社会认识地球不可缺少一个方面。它在国家重力基准点建立、地震与海平面监测、大地水准面的精确测定、地壳垂直形变以及国防建设等方面将发挥越来越多的作用。

  绝对重力仪的测长系统由迈克尔逊干涉仪和氦氖激光器组成。干涉仪的两个棱镜一个装在落体内、另一个作为参照点固定在干涉仪上。落体的下落运动会造成两棱镜之间的光程变化,每移动半波长距离,干涉条纹将出现一个明暗交替变化,由此记录干涉条纹数便可以实现精确的长度测量。

  绝对重力仪是国际上从七十年代开始研究的一种集光、电、计算机、真空技术于一体化的精密仪器,只有美国等少数国家能制造。在地球物理环境、地震、石油勘探、测量等领域有广泛应用,我国只有一台实验样机,市场上没有产品。该产品综合使用了激光、真空、自动控制、精密机械、电子和计算机等先进技术。美国、德国等少数国家的绝对重力仪为自由下落式。国内正在研制的绝对重力仪大部分是上抛式的,具有更高的精度和综合性能。

  国际绝对重力仪关键比对

  全球绝对重力仪国际比对活动从1981年起每隔4年在法国国际计量局举办。重力仪测量结果决定了很多领域的测量结果,重力仪国际比对能够帮助确认测量的结果,保证测量结果的全球等效一致。

  中国计量院获得2017年全球绝对重力仪关键比对主办权。在法国巴黎国际计量局(BIPM)召开的第14届国际计量委员会质量及相关量咨询委员会(CIPM-CCM)会议上,中国计量科学研究院(NIM),以下简称“中国计量院”昌平院区被正式批准为2017年全球绝对重力仪关键比对(ICAG-2017)主办地,中国计量院为ICAG-2017主导实验室。这是该重要国际关键比对自开始组织的30多年以来,首次移出欧洲举办。

  绝对重力测量仪器的国际关键比对是确定全球重力量值溯源地和源头的权威性国际活动,被誉为重力测量领域的“奥运会”。全球绝对重力仪关键比对(ICAG)是由国际计量委员会(CIPM)和国际大地测量协会(IAG)共同组织,每4年举办1届,至今已举办了8届,其中从1981年至2009年都在BIPM举办。2010年,BIPM宣布,将ICAG活动交由各个签署《国家计量基标准和国家计量院颁发的校准和测量证书互认协议》(CIPM-MRA)的米制公约成员国申办。2010年12月,中国计量院向CIPM递交了主办ICAG-2017的申请。2012年9月,中国计量院以“压倒性多数”的投票结果,赢得了与俄罗斯计量局(VNIIM)、法国国家计量研究院(LNE)的竞争,被推荐为ICAG-2017主办地。

  测量原理

  经典绝对重力仪的测量原理是在高真空条件下测量物体在竖直方向自由运动所经历的时间和距离,根据牛顿第二定律计算重力值g。物体所做的自由运动又细分为上抛运动和自由下落运动。绝对重力测量就是利用物体一次“上抛”或“下落”,测量多点位的运动时间和距离,通过牛顿第二定律,用最小二乘法拟合出物体所受到的重力值g,“上抛法”由于其属于对称运动,可以抵消一部分外界因素产生的误差;但是“上抛法”的结构复杂,目前国际上只有意大利和波兰的仪器采用“上抛”法。与“上抛法”相比,“自由下落法”实现方法简单,现在大多数国家均采用“自由下落法”。

  重力加速度g

  重力加速度g是随着时间和地点变化的物理量,对其进行精密测量在计量科学、国防军事、地质勘探、地质研究及地震预报等领域有着广泛而深远的影响。

  测量方法

  经典绝对重力仪所采用的主要技术是:用铷(或铯)原子频标作为测量时间的标准,用高稳定度的激光作为测量长度的标准,用高分辨率的时间间隔测量仪测量微小时间段,用长周期弹簧悬挂参考棱镜来隔离地面震动,采用落体在高真空中多次下落测量多点位法得到精确的重力值。

  绝对重力仪的测长系统由迈克尔逊干涉仪和氦氖激光器组成。干涉仪的两个棱镜一个装在落体内、另一个作为参照点固定在干涉仪上。落体的下落运动会造成两棱镜之间的光程变化,每移动半波长距离,干涉条纹将出现一个明暗交替变化,由此记录干涉条纹数便可以实现精确的长度测量。在测量时先预设固定的条纹数,当记录干涉条纹数的计数器值达到预设的条纹数时,用高分辨率的时间间隔测量仪测量出所对应的微小时间段,这样就得到多组时间和距离的参数,最后通过最小二乘法拟合得到所需要的重力值。

  
 
日期: 2019-07-24
标签: 中科 中科院 武汉 武汉物数所
 
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