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[中国矿业报]让精密仪器更精准

发表时间:2003-09-04编辑:网站编辑:路明点击:次

    本报讯(通讯员 宁薇)假如你体重70公斤,从东向西走约3米,知道你会将地球压倾斜多少吗?告诉你,大约是4×107 弧度。测出这一结论的是中国地质大学(武汉)程永进教授研制出的一种新型高精度激光倾斜仪。

地球表面由于受到太阳、月亮等天体的影响会发生周期的倾斜运动,地球内部的地震、岩浆运动等也会产生各种随机的大地倾斜运动;虽然大地倾斜的角度很小(107108弧度),但这种地球表面的倾斜运动足以对陆基的大型精密测量仪器产生不可忽视的影响,例如:大型天文观测仪器,卫星测控设备,激光干涉仪引力波测量天线等,为了提高测量精度,必须尽量减少或消除大地倾斜对仪器的影响。


程永进教授研制出的这种新型高精度激光倾斜仪及其伺服控制系统“体态娇小”,仅1个立方米,重约80公斤。它可以对大地的倾斜情况进行实时监测;同时利用陶瓷压电晶体作为驱动器进行伺服控制,抑制或消除大地倾斜噪声对大型精密测量仪器的影响。


  该仪器采用激光束走偏式倾斜仪测量地面的倾斜,它由二维逆摆、两个反射镜、激光源、光电二极管、信号放大器等组成;两个反射镜分别被固定在逆摆的检测质量和与地面紧密相连的支架上,两者基本平行放置。激光束从一个反射镜的边缘射入两个反射镜之间,并在两反射镜面上来回多次反射,最终射出,照射到光电二极管上;当地面倾斜时,固定在支架上的反射镜发生一个微小的角位移,这将引起光电管上激光束斑点一个非常大的横向位移,产生位移信号,然后由信号放大器进行放大,并经模数转换,变成数字信号,存入计算机,从而实现对地倾斜的实时的监测。


由倾斜仪获得的地面倾斜的数字信号经数据处理和数模转换,作为控制信号反馈到若干个压电晶体驱动器中,这些驱动器分别安装在需要控制的精密测量系统的支架下面;当大地倾斜时,这些驱动器将按与地倾斜相反的方向运动,构成一个活动的隔振系统,从而抑制或消除大地倾斜对需控制系统的影响。


实验表明,在1赫兹以上的频段,该仪器测量的灵敏度达到了1011 弧度。在大地倾斜测量方面,目前尚未见到高于这一测量灵敏度倾斜仪的报道。程永进教授研究成果的相关论文发表在了美国的《Classical and Quantum Gravity(《经典与量子引力》)杂志上。


    据了解,高精度激光倾斜仪与伺服控制系统可应用于抑制或消除大地倾斜噪声对陆基大型精密测量仪器的影响、固体地球物理测量、大型水电站大坝基岩形变和山体滑坡的实时监测等,在地学研究、大地和天文精密测量、重大地质灾害的实时监测与预警、高精密测量仪器的制造等各方面具有重要意义。


 

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