一种时间关联计算重力仪及测量方法_2

文档序号:9431273阅读:来源:国知局
逻辑单元,另一路输出将该光场调制矩阵信号加 载到数字微镜阵列DMD(2)上,控制多个微镜阵列发生不同角度的偏转,微镜阵列反射光源 (1)照射的光束形成调制光场,将该调制光场入射至透镜(3),数字微镜阵列DMD似放置于 透镜(3)的焦平面上,经透镜(3)的调制光场变成平行光束,照射到第一分束器(5)上;
[0023] (2)第一分束器(5)将入射的平行光束分光成两路分别是透射光束和反射光束, 将第一分束器(5)分光得到的透射光束舍弃,将第一分束器(5)分光得到的反射光束沿竖 直向上方向入射至应力传感器化),应力传感器(6)上设置有透光通孔,将第一分束器巧) 分光得到的沿竖直向上方向传输的反射光束透过,入射到待下落棱镜(7)上,应力传感器 (6)放置于待下落棱镜(7)的正下方,经过应力传感器(6)竖直向上传播的光束在待下落棱 镜(7)中发生回射,沿竖直向下方向传播,再次入射至应力传感器化),应力传感器(6)将在 待下落棱镜(7)中发生回射的光束经过应力传感器(6)入射到参考棱镜(8)上,参考棱镜 (8)放置于第一分束器巧)的下方偏右,参考棱镜(8)和下落棱镜一样用于回射光束,将入 射到参考棱镜(8)上的光束平行回射;
[0024] 做经参考棱镜做回射后的回射光束照射到第二分束器(9)上,第二分束器巧) 将入射的回射光束分成两路分别是透射光束和反射光束,将第二分束器(9)分光得到的透 射光束舍弃,将第二分束器(9)分光得到的反射光束反射到CCD(10)上,形成第一信号送至 符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元,符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单 元记录该第一信号;
[0025] (4)符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和 记录的第一信号,进行时间符合测量逻辑计算,具体为通过设定一个时间阔值,如果光场调 制矩阵信号和记录的第一信号差大于或等于该阔值,就计数,如果小于该阔值,就舍弃不计 数,得到一个时间关联计数结果;
[0026] 妨调整延时器的延时,并且将该延时结果发送到计算单元,返回步骤(1)、 (2)和(3),符合测量逻辑单元将储存的新的光场调制矩阵信号和记录的新的第一信号,再 次进行时间符合测量逻辑计算,得到一个新的时间关联计数结果,同时将该新的时间关联 计数结果发送至计算单元;
[0027] (6)重复步骤巧)N次,计算单元将接收到的N对延时和对应的时间关联计数结果 描绘成第一关联结果曲线,其中横坐标为记录的N个延时器(12)的延时时间,纵坐标为N 个时间关联计数结果,将每个延时器(12)记录的N个延时所对应的N个时间关联计数结 果连接成一条曲线,寻找第一关联结果峰值所对应的延时器(12)延时Ti,并记录该延时 T1;
[00測 (7)控制待下落棱镜(7)开始做自由落体运动,同时原子钟(蝴记录控制待下落 棱镜(7)下落的初位置时刻ti,待下落棱镜(7)沿竖直向下下落到应力传感器化),应力传 感器(6)将信号传递到原子钟(13),同时原子钟(13)记录下末位置时刻t2;
[0029] 做待下落棱镜(7)自由下落到应力传感器(6)上后,重新开始步骤(1)和似, 经参考棱镜(8)回射后的回射光束照射到第二分束器(9)上,第二分束器(9)将入射的回 射光束分成两路分别是透射光束和反射光束,将分束器(9)分光后的透射光束舍弃,将分 束器(9)分光后的反射光束反射到CCD(IO)上,形成第二信号,符合测量逻辑模块(11)的 符合测量逻辑单元记录该第二信号;
[0030] (9)符合测量逻辑模块(11)的符合测量逻辑单元将储存的光场调制矩阵信号和 记录的第二信号,进行时间符合测量逻辑计算,得到一个时间关联计数结果,同时将延时器 (12)延时和对应的时间关联计数结果发送至计算单元;
[0031] (10)调整延时器(12)的延时,返回步骤(8),符合测量逻辑单元将储存的新的光 场调制矩阵信号和记录的新的第二信号,再次进行时间符合测量逻辑计算,得到一个新的 时间关联计数结果,同时将延时器(12)延时和对应的新的时间关联计数结果发送至计算 单元;
[0032] (11)多次调整延时器(12)的延时,并且将该N个延时结果发送到计算单元,,重 复步骤(10)N次,符合测量逻辑单元将储存的N个新的光场调制矩阵信号和记录的N个新 的第二信号,多次进行时间符合测量逻辑计算,得到N个新的时间关联计数结果,同时将该 N个新的时间关联计数结果发送至计算单元;计算单元将接收到的N对延时和对应的时间 关联计数结果绘成第二关联结果曲线,寻找第二关联结果峰值所对应的延时X2,并记录该 延时T2;
[003引计算单元将步骤(6)和步骤(11)记录的I1和I2做差计算得到延时差AI =X2-X1,步骤(7)记录的ti和12做差计算得到待下落棱镜(7)下落时间差At= 12-ti, 根据该延时差AT和待下落棱镜(7)下落时间差At,解算出重力加速度J= 式中 C为真空中光速。
[0034] 与现有技术相比,总结归纳本发明具有W下几个优点:
[0035] (1)本发明在整体外观和光学系统上类似传统上抛-下落重力仪装置,但是又有 本质区别。相比传统上抛-下落重力仪装置,用数字微镜阵列代替了传统重力仪光源,光 学系统变化不大,在数据采集和处理方面增加了时间符合测量逻辑计算和图像处理,运两 部分也可W集成到传统重力仪数据处理里面,完全保持了传统重力仪的光学系统和整体外 观,具有操作简单,技术成熟度高,可实现性强等优点,在工程实现上较为容易。
[0036] (2)本发明将量子成像技术中的计算时间二阶关联探测方法引入重力仪的设计 中,时间二阶关联探测方法计算的是时间的二阶关联特性,跟传统重力仪测量原理完全不 同,能有效减小空气扰动等因素引起的测量误差,提高系统的灵敏度和稳定性。
[0037] (3)本发明是基于计算强度关联成像原理,可将具有空间分辨力的CCD替换成点 探测器,目前市面上的光电管价格低廉,使用方便,操作简单,可用于本方案作为信号探测 装置。另外,随着具有单光子灵敏度单光子探测器的广泛应用,还可进一步提高本方案的性 能。
【附图说明】
[0038] 图1为测量光束的垂直度调节方法;
[0039] 图2为本发明的系统原理图。
【具体实施方式】
[0040] 下面将结合附图对本发明的一种时间关联计算重力仪的【具体实施方式】做进一步 详细的说明。
[OOW如图1所示,图中:5、第一分束器;7、待下落棱镜;9、第二分束器;14、激光;15、水 槽;16、校准回射棱镜;17、白屏;
[0042] 在搭建如图2所示的系统时,为得到更准确的测量结果,先用一种时间关联计算 重力仪测量光束的垂直度调节系统对测量光束的垂直度调节,该一种时间关联计算重力仪 测量光束的垂直度调节系统,包括:激光14、第一分束器5、待下落棱镜7、水槽15、第二分束 器9、校准回射棱镜16、白屏17;
[0043] 激光14发出的光直接照射到第一分束器5上,一部分激光被第一分束器5反射 (称作第一光束或第一调整光束),一部分激光被第一分束器5透射(称作第二光束或第二 调整光束);第一光束沿竖直向上方向传输到待下落棱镜7上,经待下落棱镜7回射后,沿 竖直向下方向传输,照射到水槽15液面上,经过水槽15液面的反射后,沿原路返回,照射到 待下落棱镜7,经待下落棱镜7回射后,沿竖直向下方向传输,照射到第一分束器5上,第一 分束器5将第一光束分成两束,分别是第一透射光束和第一反射光束,将第一反射光束舍 弃,保留第一透射光束;经第一分束器5透射的第二光束,照射到第二分束器9,第二分束器 9将第二光束分成两束,分别是透射光束和反射光束,将透射光束舍弃,保留反射光束,反射 光束沿竖直向上方向传输,照射到校准回射棱镜16上,经校准回射棱镜16回射后,沿原路 返回到第二分束器9,第二分束器9将回射光束分成两束,分别是透射光束和反射光束,将 透射光束舍弃,保留反射光束,经第二分束器9反射的光束照射到第一分束器5上,第一分 束器5将第二光束分成两束,分别是第二透射光束和第二反射光束,将第二透射光束舍弃, 保留第二反射光束;第一透射光束和第二反射光束在第一分束器5上相遇并发生干设,在 白屏17上出现干设条纹;反复调节第一分束器5和第二分束器9控制测量光束方向,直到 在白屏17上观测到均匀的圆形干设条纹为止,就认为测量光束沿绝对竖直方向向上传输。 在调节过程中,不需要移动原有的光学器件,因此该调节方法简单易行,可W用来调节本发 明光路,W确保测量结果的稳定性和准确性。
[0044] 为得到更准确的测量结果,先用一种时间关联计算重力仪测量光束的垂直度调节 方法对测量光束的垂直度调节,该一种时间关联计算重力仪测量光束的垂直度调节方法, 步骤如下:
[0045] (1)激光14发出的光直接照射到第一分束器5上,
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