专利名称：一种绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自由落体式绝对重力仪的落体舱系统。
背景技术：
绝对重力仪可获得观测点的绝对重力值及其变化，广泛应用于大地测量学、地球 物理学、地球动力学和地震学等领域。根据绝对重力仪的测量数据可建立国家重力基准、标 定相对重力仪、反演地球内部结构与运动信息、监测地壳及海平面变化等，同时也在军事、 航天、导航、资源勘探与开发等工程应用领域有广泛的应用，因此其既是基础科学研究仪 器，也是工程应用工具，一直倍受各国同行重视。目前，国际上成熟的绝对重力仪主要是自 由落体式绝对重力仪，一般包括落体舱、支架、光学干涉系统、震动隔离系统、激光器、原子 钟和控制器。落体舱内落体质量可自由下落，通过激光干涉仪测量落体质量下落的距离和 时间，测定重力加速度(g)。但是由于现有绝对重力仪的落体质量释放/提升系统都是机械 式，存在机械磨损大，故障率较高，需要定期更换耗材等缺陷。
发明内容本实用新型的目的是提供一种电磁驱动式绝对重力仪的落体舱系统，解决了现有 自由落体式绝对重力仪落体质量释放/提升系统因采用机式械驱动所造成的精度差、故障 率高等技术问题，为今后自由落体式绝对重力仪提供了一种新型的落体质量系统。为了实现上述目的，本实用新型采取如下的技术解决方案一种绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，包括顶盘、底盘、设于顶盘和底盘之间的至 少一根导轨和至少一根支撑轨、托架装置以及落体质量块；导轨至少一端设有驱动电磁阀， 落体舱底部设有用于探测落体质量块的传感器；导轨上套设有内设驱动电磁阀的滑动套， 托架装置通过滑动套滑动安装于导轨上；顶盘底壁上沿托架装置的运动方向设有导向定位 槽，导向定位槽上部设有至少两个电磁弹性夹头；落体质量块可分离地设于托架装置上，落 体质量块顶部设有可伸入导向定位槽中的导向杆，落体质量块设有角隅棱镜。所述位于导轨顶端的驱动电磁阀下方设置可容纳所述滑动套上部的容纳槽，所述 容纳槽侧壁上设置第一弹性电磁阀，所述滑动套上外侧壁设置径向突出部。所述顶盘底部设置至少一个落体质量块锁定装置，所述落体质量块锁定装置包括 压力电磁阀、设于压力电磁阀下方的压力弹簧、与压力弹簧连接的吸引板、设于吸引板下方 的第二弹性电磁阀以及设于吸引板底面上的压触头；所述压触头可与落体质量块的上表面 相接触。所述托架装置为箱体结构，落体质量块顶部设有伸出于托架装置外的连接杆，所 述连接杆顶端连接压板，所述压板上表面设有与所述导向定位槽位置相对应的导向杆；所 述压触头可与压板的上表面相接触。所述落体质量块锁定装置下方设有一容纳凹腔；所述导轨顶端的驱动电磁阀设于 所述容纳凹腔的内侧壁上，容纳凹腔内侧壁上还设有第一弹性电磁阀，所述第一弹性电磁阀位于所述支撑轨上方；托架装置外侧壁上设有与所述第一弹性电磁阀相互锁定的锁定槽。所述角隅棱镜上方设置透镜，所述托架装置相对的内侧壁上分别设有位置对应的 LED和探测器。所述角隅棱镜上方设置透镜，所述托架装置相对的内侧壁上分别设有位置对应的 LED和探测器；所述锁定槽分别位于LED和探测器的上方。所述落体质量块底部设有至少一个锥形定位突起，所述托架装置底壁上表面上设 有至少一个与锥形定位突起位置相对应的锥形槽。所述传感器设于所述支撑轨底部。一种绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，包括顶盘、底盘、设于顶盘和底盘之间的至 少一根导轨和至少一根支撑轨、托架装置以及落体质量块；其特征在于所述导轨至少一端设有驱动电磁阀，落体舱底部设有用于探测落体质量块的传感 器；所述导轨上套设有内设驱动电磁阀的滑动套，所述托架装置通过滑动套滑动安装 于所述导轨上；所述托架装置上沿托架装置的运动方向设有导向定位槽，所述导向定位槽上部设 有至少两个电磁弹性夹头；所述落体质量块位于所述托架装置下方，落体质量块的顶部设有可伸入所述导向 定位槽中的导向杆，落体质量块中设有角隅棱镜。由以上可见，本实用新型通过通电后电磁阀间的磁力作为托架装置的驱动力，通 过控制电流大小来控制托架装置的运动，解决了现有机械式绝对重力仪落体质量释放/提 升系统精度差、故障率高的缺陷。优选方案中可将驱动电磁阀将托架装置固定在顶盘上，同 时释放压力弹簧，再将落体质量块固定在托架装置上，方便运输。
图Ia为当托架装置与落体质量块下落时本实用新型第一实施例的结构示意图；图Ib为图Ia的侧视图；图2a为当托架装置与落体质量块锁定于顶盘时本实用新型的局部示意图；图2b为图2a的侧视图；图3为沿图Ia中B-B线的剖视图；图4为本实用新型第二实施例的结构示意图；图5为本实用新型第三实施例的结构示意图；图6为本实用新型第四实施例的结构示意图。
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
作进一步详细的说明。
具体实施方式
如图Ia及图Ib所示，本实用新型包括顶盘1、底盘26、设于顶盘1和底盘26之间 的导轨、落体质量块18和托架装置24。本实用新型的整个系统安放在密封真空舱内。本实施例中，顶盘1和底盘26之间通过两根相对设置的导轨Ila和两根相对设置的支撑轨lib 连接，导轨Ila和支撑轨lib连接顶盘1与底盘26形成一个框架整体，其中，导轨Ila为托 架装置24上下运动的导轨，导轨Ila的两端分别设有驱动电磁阀8 ；支撑轨lib仅起支撑 作用，支撑轨lib底端装有用于探测托架装置24的传感器27。顶盘1的中心位置处沿托架装置24的运动方向设置一导向定位槽9，导向定位槽 9上部安装有两个电磁弹性夹头2。以导向定位槽9为中心，顶盘1上还分布设置了四个落 体质量块锁定装置，该落体质量块锁定装置包括压力电磁阀3、设于压力电磁阀3下方的压 力弹簧4、设于压力弹簧4下方的吸引板5、设于吸引板5下方的第二弹性电磁阀6以及压 触头7。顶盘1上还设有一位于落体质量块锁定装置下方的容纳凹腔1A，导轨Ila顶端的 驱动电磁阀8位于容纳凹腔IA的侧壁上，容纳凹腔IA侧壁上设有第一弹性电磁阀10，本实 施例中，该第一弹性电磁阀10位于支撑轨lib的上方，第一弹性电磁阀10用于将托架装置 锁定于导轨顶部，方便运输。同时参照图2a和图2b，两根导轨Ila上分别套设有滑动套19，托架装置24通过 滑动套19滑动安装于导轨Ila上，滑动套19内也设有驱动电磁阀(未图示)。落体质量块 18可动地安装在托架装置24内，落体质量块18与托架装置24可无接触分离。托架装置 24相对的两侧框架侧壁上分别设有LED16和探测器23，托架装置24的框架上还设有可与 第一弹性电磁阀10相互锁定的锁定槽15 (图lb、图2b)，本实施例中，锁定槽15位于LED16 和探测器23的上方。落体质量块18顶部设有通过连接杆14连接的压板13，压板13上表面的中心位置 处设有一导向杆12，导向杆12可伸入顶盘1的导向定位槽9中。落体质量块18底部设有 锥形定位突起21，托架装置24底壁上也设有与锥形定位突起21位置相对应的锥形槽22， 用于保证每次完成下落后落体质量块18与托架装置24保持正确的空间位置；同时保证落 体质量块18顶部的导向杆12能正确插入顶盘1的导向定位槽9中。落体质量块18中设 有角隅棱镜20，角隅棱镜20上方设置透镜17，通过透镜17、LED16与探测器23可监视落体 质量块18与托架装置24底部距离，从而判断二者在下落过程中是否互相分离。滑动套19内的驱动电磁阀(未图示)和位于顶盘1和底盘26间的驱动电磁阀8 组成本实用新型的电磁驱动系统，作用是在托架装置24下落末段使其逐渐减速至零，并反 向将托架装置24推至导轨上部，准备第二次下落。支撑轨lib下部的传感器27在落体质 量块18下落至传感器位置时将信号反馈至如计算机等控制系统，电磁驱动系统按预定程 序通电工作。顶盘1的容纳凹腔IA用于容纳托架装置24的上部与压板13。在驱动电磁阀8的 驱动下，托架装置24与落体质量块18可沿导轨Ila上下滑动。参照图2a和图2b，是托架装置24和落体质量块18锁定于顶盘1上的局部示意 图。顶盘1上部的落体质量块锁定装置在仪器不工作时可将落体质量块18与托架装置24 紧紧锁定在顶盘1下部；当仪器处于工作状态时，落体质量块锁定装置处于非工作状态，不 干扰正常测量。托架装置24与落体质量块18锁定在顶盘1下部的步骤是平时落体质量 块锁定装置第二弹性电磁阀6将吸引板5卡于上方，压力弹簧4收缩；锁定时容纳凹腔IA 侧壁上的第一弹性电磁阀10断电弹出，插入托架装置24两侧框架的锁定槽15内，将托架 装置24与顶盘1固定在一起；然后第二弹性电磁阀6通电收起时，压力电磁阀3断电，释放压力弹簧4，将落体质量块18压在托架装置24上，从而保证系统在搬运或运输过程中的安全。导向定位槽9上的电磁弹性夹头2在电磁阀的控制下可夹住或放开落体质量块18 的导向杆12，电磁弹性夹头2通电后可夹紧插入的导向杆12，每次下落都是电磁驱动系统 先断，使托架装置24下落一小段距离后，电磁弹性夹头2再松开导向杆12，从而使托架装 置24与落体质量块18相互分离。托架装置24上的探测器23可探测托架装置24与落体 质量块18的位置，从而判断下落过程中二者是否完全相互分离。以下对本实用新型的工作过程作进一步的说明测量时，首先驱动电磁阀8将托架装置24和落体质量块18依次解锁，即导向定位 槽9上部电磁弹性夹头2通电，将落体质量块18夹住，而驱动电磁阀8断电，托架装置24 下落；当托架装置24下落一小段距离后，导向定位槽9上的电磁弹性夹头2断电，释放落体 质量块18，此时可保证托架装置24与落体质量块18相互分离，落体质量块18顶部的导向 杆12保证落体质量块18下落姿态正确，不偏转；当托架装置24下落经过底盘26上的传感器27时，驱动电磁阀8通电，托架装置 24逐渐减速至零再反向向上运动至顶盘1下，完成一次测量；驱动电磁阀8将托架装置24托举至导轨Ila顶部后，导向定位槽9内电磁弹性夹 头2夹紧落体质量块18，准备下一次落体测量，若测量结束，则由锁定装置将托架装置24和 落体质量块18固定在顶盘1上。为防止电磁力干扰测量结果，本实用新型中使用的电磁铁和吸引板均由电工纯铁 制成，其余部件由非磁性材料制作。参照图4，为本实用新型的第二实施例，与第一实施例不同的地方在于滑动套19 上外侧壁设置径向突出部190，驱动电磁阀8下方设置容纳槽80、容纳槽80侧壁上设置第 一弹性电磁阀10。落体质量块18中设有角隅棱镜20，顶部设有导向杆12，底部设有锥形定 位突起21。当托架装置24被托举至导轨Ila顶部时，滑动套19顶部伸入容纳槽80中，第 一弹性电磁阀10断电弹出，卡在径向突出部190的下方，可将托架装置24固定于顶部。其 它工作方式与第一实施例中的相同。参照图5，为本实用新型的第三实施例，与第一实施例不同的地方在于第三实施 例中托架装置不用锁定于导轨顶部，导轨Ila两端设置驱动电磁阀8，用于托运托架装置 24，运输时，将托架装置24置于导轨底部即可。其它工作方式与第一实施例中的相同。参照图6，为本实用新型的第四实施例，与第一实施例不同的地方在于导轨Ila 两端设有驱动电磁阀8，用于探测落体质量块18的传感器27设在落体舱底部位置；导轨 Ila上套设有内设驱动电磁阀的滑动套19，托架装置24通过滑动套19滑动安装于导轨Ila 上。导向定位槽9设在托架装置24，导向定位槽9上部也设有两个电磁弹性夹头2。落体 质量块18位于托架装置24的下方，落体质量块18的顶部设有可伸入导向定位槽9中的导 向杆12，落体质量块18中设有角隅棱镜20。传感器27测量到落体质量块18落下后，将信 号反馈至如计算机等控制系统，电磁驱动系统按预定程序通电工作，驱动电磁阀8工作，使 托架装置24向下运动，落体质量块18的导向杆12插入托架装置24的导向定位槽9中，电 磁弹性夹头2将导向杆12夹住，托架装置24向上运动时，将落体质量块18运至顶端。测 量时，电磁弹性夹头2断电将导向杆12松开，落体质量块18下落。
7[0047]本实用新型具有以下优点1、采用磁场驱动托架装置运动，相对于电动马达等机械式托动，具有结构简单，可 靠性好的优点；2、通过顶盘的导向定位槽和落体质量块上的导向杆、以及落体质量块底部的锥形 定位突起和托架装置底壁上的锥形定位槽，可保证落体质量块下落时姿态的旋转量，以免 对测量精度产生影响；3、通过设置锁定装置，在搬运过程中将托架装置和落体质量块锁定于落体舱的顶 部，方便运输；4、本实用新型无磨损较大部件，无需定期更换耗材，故障率低，降低了维护成本。当然，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对其限制，尽管参照上 述实施例对本实用新型进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以 对本实用新型的具体实施方式
进行修改或者等同替换，而未脱离本实用新型精神和范围的 任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围之中。
权利要求一种绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，包括顶盘(1)、底盘(26)、设于顶盘(1)和底盘(26)之间的至少一根导轨(11a)和至少一根支撑轨(11b)、托架装置(24)以及落体质量块(18)；其特征在于所述导轨(11a)至少一端设有驱动电磁阀(8)，落体舱底部设有用于探测落体质量块(18)的传感器(27)；所述导轨(11a)上套设有内设驱动电磁阀的滑动套(19)，所述托架装置(24)通过滑动套(19)滑动安装于所述导轨(11a)上；所述顶盘(1)底壁上沿托架装置(24)的运动方向设有导向定位槽(9)，所述导向定位槽(9)上部设有至少两个电磁弹性夹头(2)；所述落体质量块(18)可分离地设于所述托架装置(24)上，落体质量块(18)顶部设有可伸入所述导向定位槽(9)中的导向杆(12)，落体质量块(18)设有角隅棱镜(20)。
2.根据权利要求1所述的绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，其特征在于所述位于导 轨(Ila)顶端的驱动电磁阀(8)下方设置可容纳所述滑动套(19)上部的容纳槽(80)，所述 容纳槽(80)侧壁上设置第一弹性电磁阀(10)，所述滑动套(19)上外侧壁设置径向突出部 (190)。
3.根据权利要求1所述的绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，其特征在于所述顶盘(1) 底部设置至少一个落体质量块锁定装置，所述落体质量块锁定装置包括压力电磁阀(3)、设 于压力电磁阀(3)下方的压力弹簧(4)、与压力弹簧(4)连接的吸引板(5)、设于吸引板(5) 下方的第二弹性电磁阀(6)以及设于吸引板(5)底面上的压触头(7)；所述压触头(7)可 与落体质量块(18)的上表面相接触。
4.根据权利要求3所述的绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，其特征在于所述托架装 置(24)为箱体结构，落体质量块(18)顶部设有伸出于托架装置(24)外的连接杆(14)，所 述连接杆(14)顶端连接压板(13)，所述压板(13)上表面设有与所述导向定位槽(9)位置 相对应的导向杆(12)；所述压触头(7)可与压板(13)的上表面相接触。
5.根据权利要求3或4所述的绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，其特征在于所述落 体质量块锁定装置下方设有一容纳凹腔(IA)；所述导轨(Ila)顶端的驱动电磁阀(8)设于 所述容纳凹腔(IA)的内侧壁上，容纳凹腔(IA)内侧壁上还设有第一弹性电磁阀(10)，所述 第一弹性电磁阀(10)位于所述支撑轨(lib)上方；托架装置(24)外侧壁上设有与所述第一弹性电磁阀(10)相互锁定的锁定槽(15)。
6.根据权利要求1所述的绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，其特征在于所述角隅 棱镜(20)上方设置透镜(17)，所述托架装置(24)相对的内侧壁上分别设有位置对应的 LED (16)和探测器(23)。
7.根据权利要求5所述的磁悬浮式自由落体绝对重力仪，其特征在于所述角隅棱镜 (20)上方设置透镜(17)，所述托架装置(24)相对的内侧壁上分别设有位置对应的LED (16) 和探测器(23)；所述锁定槽(15)分别位于LED(16)和探测器(23)的上方。
8.根据权利要求1所述的绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，其特征在于所述落体质 量块(18)底部设有至少一个锥形定位突起(21)，所述托架装置(24)底壁上表面上设有至 少一个与锥形定位突起(21)位置相对应的锥形槽(22)。
9.根据权利要求1所述的绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，其特征在于所述传感器 (27)设于所述支撑轨(lib)底部。
10.一种绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，包括顶盘(1)、底盘(26)、设于顶盘(1)和底 盘(26)之间的至少一根导轨(Ila)和至少一根支撑轨(lib)、托架装置(24)以及落体质量 块(18)；其特征在于所述导轨(Ila)至少一端设有驱动电磁阀(8)，落体舱底部设有用于探测落体质量块 (18)的传感器(27)；所述导轨(Ila)上套设有内设驱动电磁阀的滑动套(19)，所述托架装置(24)通过滑动 套(19)滑动安装于所述导轨(Ila)上；所述托架装置(24)上沿托架装置(24)的运动方向设有导向定位槽(9)，所述导向定位 槽(9)上部设有至少两个电磁弹性夹头(2)；所述落体质量块(18)位于所述托架装置(24)下方，落体质量块(18)的顶部设有可伸 入所述导向定位槽(9)中的导向杆(12)，落体质量块(18)中设有角隅棱镜(20)。
专利摘要一种绝对重力仪的磁悬浮落体舱系统，包括顶盘、底盘、设于顶盘和底盘之间的至少一根导轨和至少一根支撑轨、托架装置以及落体质量块；导轨两端分别设有驱动电磁阀，落体舱底部设有用于探测落体质量块的传感器；导轨上套设有内设驱动电磁阀的滑动套，托架装置通过滑动套滑动安装于导轨上；顶盘底壁上沿托架装置的运动方向设有导向定位槽，导向定位槽上部设有至少两个电磁弹性夹头；落体质量块可分离地设于托架装置上，落体质量块顶部设有可伸入导向定位槽中的导向杆，落体质量块设有角隅棱镜。本实用新型通过通电后电磁阀间的磁力作为托架装置的驱动力，通过控制电流大小来控制托架装置的运动，精度高、故障率低。
文档编号G01V7/02GK201698037SQ20102016993
公开日2011年1月5日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者何志堂, 岳建利, 杨建华, 杨志强, 白贵霞, 解俊涛 申请人:长安大学;国家测绘局第一大地测量队