光干涉绝对重力仪测量A类不确定度优化

李春剑; 吴书清; 粟多武; 冯金扬; 王启宇

doi:10.37188/OPE.2020.0566

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

光干涉绝对重力仪测量A类不确定度优化

现代应用光学 | 更新时间：2021-08-09

- 光干涉绝对重力仪测量A类不确定度优化
- Improvement method for type A uncertainty of interferometric gravimeter
- 光学精密工程 2021年29卷第7期页码：1527-1538
- 作者机构：
  
  1.中国计量科学研究院时间频率计量科学所，北京 100029
- 作者简介：
  
  [ "李春剑（1983-），女，河北保定人，硕士，副研究员，2009年于中国计量科学研究院获得硕士学位，主要从事绝对重力精密测量的研究。E-mail：lichj@nim.ac.cn" ]
  [ "吴书清（1979-），男，安徽合肥人，博士研究生，副研究员，2012年于中国计量科学研究院获得硕士学位，主要从事绝对重力精密测量的研究。E-mail：wushq@nim.ac.cn" ]
- 基金信息：
  
  科技部国家计量基标准资源共享服务平台项目(APT1901-8;APT2001-3);国家重点研发计划资助项目(2016YFF0200103;2018YFF0212401);中国计量科学研究院基本科研业务费资助项目(AKY1608)
- DOI：10.37188/OPE.2020.0566
  中图分类号：
扫描看全文
李春剑, 吴书清, 粟多武, 等. 光干涉绝对重力仪测量A类不确定度优化[J]. 光学精密工程, 2021,29(7):1527-1538.

Chun-jian LI, Shu-qing WU, Duo-wu SU, et al. Improvement method for type A uncertainty of interferometric gravimeter[J]. Optics and Precision Engineering, 2021,29(7):1527-1538.
李春剑, 吴书清, 粟多武, 等. 光干涉绝对重力仪测量A类不确定度优化[J]. 光学精密工程, 2021,29(7):1527-1538. DOI： 10.37188/OPE.2020.0566.

Chun-jian LI, Shu-qing WU, Duo-wu SU, et al. Improvement method for type A uncertainty of interferometric gravimeter[J]. Optics and Precision Engineering, 2021,29(7):1527-1538. DOI： 10.37188/OPE.2020.0566.

摘要

光干涉绝对重力仪采用迈克尔逊干涉仪监测被测落体的下落位移。干涉仪的参考棱镜需相对于地球中心静止，然而置于地面上的参考棱镜会随着地面振动，这将使干涉法所测的落体相对于地球的位移变化有偏差，直接影响重力仪单次测量数据的准确性，同时增大了多次测量数据的分散性。因此，针对NIM-3A型绝对重力仪提出了全新的测振补偿法，利用高精度测振传感器监测地面振动，并将它补偿到干涉法监测的被测落体下落位移上。实验结果表明：测量结果的A类不确定度优化了7.8倍，且未出现系统偏差。该方法在未出现系统偏差的情况下，有效提高了单次测量数据的准确性，减小了多次测量数据的分散性，优化了测量结果的A类不确定度。

Abstract

An interferometric gravimeter monitors the trajectory of a free-falling object using a Michelson laser interferometer. The reference mirror of the interferometer， relative to the center of the earth， must be static. However， its vibration， according to ground vibrations， is inevitable and causes a deviation between the dropper displacement relative to the center of the earth and that monitored via optical interferometry. This directly impacts the measurement accuracy for a single drop and many scattered drops. Therefore， a vibration compensation method， which compensates the dropper displacement measured via optical interferometry according to ground vibrations monitored by a high-precision ultra-low frequency vibration sensor， is proposed herein for a NIM-3A absolute gravimeter. Experimental results indicate that type A uncertainty of NIM-3A was 7.8 times optimized， without system deviations. The proposed method effectively improves the measurement accuracy for a single drop and many scattered drops and type A uncertainty of NIM-3A without system deviations.

关键词

干涉测量绝对重力仪测振补偿法A类不确定度分散性

Keywords

interferometric measurementabsolute gravimetervibration compensation methodtype A uncertaintydispersion

references

WILLIAMS S D P， BAKER T F， JEFFRIES G. Absolute gravity measurements at UK tide gauges［J］. Geophysical Research Letters， 2011， 28（12）： 2317-2320.

祝意青，梁伟锋，李辉，等. 中国大陆重力场变化及其引起的地球动力学特征［J］. 武汉大学学报·信息科学版， 2007， 32（3）： 246-250.

ZHU Y Q， LIANG W F， LI H ， et al. On gravity field variations and geodynamic characteristics in mainland of China［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University， 2007， 32（3）： 246-250.（in Chinese）

张为民，王勇，詹金刚，等. 中国地壳运动观测网络中的绝对重力测定［J］. 武汉大学学报·信息科学版， 2004， 29（3）： 227-230.

ZHANG W M， WANG Y， ZHAN J G， et al. Absolute gravity determination in the crustal movement observation network of China［J］. Geomatics and Information Science of Wuhan University， 2004， 29（3）： 227-230.（in Chinese）

JIANG Z， PALINKAS V ， FRANCIS O. On the gravimetric contribution to watt balance experiments［J］. Metrologia， 2013，50： 452-471.

ANDREAS L， ROLF K， ANDREA H. Investigation in the local gravity field of a force laboratory of PTB ［J］. Vdi Berichte， 2002.

MARSON I， FALLER J E. g-the acceleration of gravity： its measurement and its importance［J］. J.Phys.E， 1988， 19： 22-23.

FALLER J E. The measurement of little g： A fertile ground for precision measurement science ［J］. Journal of Research of the National Institute of Standards and Technology， 2005， 110： 559-581.

NIEBAUER T M， SASAGAWA G S， FALLER J E， et al. A new generation of absolute gravimeters［J］. Metrologia， 1995， 32： 159-180.

王启宇，冯金扬，李春剑，等. 面向绝对重力仪的光束垂直性快速调节［J］. 光学精密工程， 2019， 27（1）： 1-7.

WANG Q Y， FENG J Y， LI CH J， et al. Fast alignment of beam verticality for absolute gravimeters［J］. Opt. Precision Eng.， 2019， 27（1）： 1-7.（in Chinese）

HU H， SVITLOV S， ROTHLEITNER C， et al. Improvements of the MPG-2 transportable absolute ballistic gravimeter［J］. Metrologia， 2010， 47： 575-582.

VITOUCHKINE A L， FALLERJ E. Measurement results with a small cam-driven absolute gravimeter［J］. Metrologia， 2002， 39 （5）： 465-469.

胡华，伍康，申磊，等. 新型高精度绝对重力仪［J］. 物理学报， 2012， 61（9）： 542-549.

HU H， WU K， SHEN L， et al. A new high precision absolute gravimeter［J］. Acta Physica Sinica， 2012， 61（9）： 542-549.（in Chinese）

吴琼，郭有光，滕云田，等. 绝对重力仪设计中的一种新型落体控制方式［J］. 地球物理学进展， 2011， 26（2）： 443-449.

WU Q， GUO Y G， TENG Y T， et al. A new method of controlling the falling body in absolute gravimeter design［J］. Progress in Geophysics， 2011， 26（2）： 443-449.（in Chinese）

吴书清，徐进义，李春剑，等.NIM-3型绝对重力仪的研制［C］.中国国际地球物理仪器及应用学术研讨会，北京，2012.

WU SH Q， XU J Y， LI CH J， et al. Development of NIM-3 Absolute Gravimeter［C］. China International Symposium on Geophysical Instruments and Applications ， Beijing， 2012. （in Chinese）

郑森林，林强. 分析原子干涉仪的矩阵方法［J］. 光学学报， 2005， 25（6）： 860-864.

ZHENG S L， LIN Q. The matrix method in treating atom interferometer［J］. Acta Optica Sinica， 2005， 25（6）： 860-864.（in Chinese）

任利春，周林，李润兵，等. 不同序列拉曼光脉冲对原子重力仪灵敏度的影响［J］. 物理学报， 2009， 58（12）： 8230-8235.

REN L CH， ZHOU I， LI R B， et al. Dependence of sensitivity of atom interferometer gravimeters on the Raman laser pulse sequences［J］. Acta Physica Sinica， 2009， 58（12）： 8230-8235.（in Chinese）

周敏康. 原子干涉重力测量原理性实验研究［D］. 武汉：华中科技大学， 2011.

ZHOU M K. Study of Atomic Interference Gravity Measurement Principle Experiment ［D］. Wuhan： Huazhong University of Science and Technology， 2011. （in Chinese）

ROTHLEITNER C，SVITLOV S，MÉRIMÈCHE H， et al. A method for adjusting the centre of mass of a freely falling body in absolute gravimetry ［J］. Metrologia， 2007， 44： 234-241.

冯金扬，吴书清，李春剑，等.基于双干涉仪的自由落体绝对重力测量［J］.光学精密工程，2015， 23（10）： 2740-2746.

FENG J Y， WU SH Q， LI CH J， et al. Free-fall absolute gravity measurement based on double interferometers ［J］. Opt. Precision Eng.， 2015， 23（10）： 2740-2746. （in Chinese）

BICH W， D’AGOSTINO G， PENNECCHI F， et al. Uncertainty due to parasitic accelerations in absolute gravimetry ［J］. Metrologia， 2011， 48： 212-218.

GERMAK A， DESOGUS S， ORIGLIA C. Interferometer for the IMGC rise-and-fall absolute gravimetry［J］. Metrologia， 2002， 39： 471-475.

LI G， HU H， WU K， et al. Ultra-low frequency vertical vibration isolator based on LaCoste spring linkage［J］. Review of Scientific Instruments， 2014， 85 （10）： 104502-1：104502-6.

NAGOMYI V D. A new approach to absolute gravimeter analysis［J］. Metrologia， 1995， 32： 201-208.

FATTORI M， LAMPORESI G， PETELSKI T， et al. Towards an atom interferometric determination of the Newtonian gravitational constant［J］. Physics Letters A， 2003， 318：184-191.

BROWN J M， NIEBAUER T M， KLINGELE E. Towards a dynamic absolute gravity system［C］. In Gravity， Geoid and Geodynamics 2000. Proceeding of the GGG2000 IAG International Symposium Banff， Canada， 2001.

VITOUCHKINE A L， FALLER J E. A direct and sensitive method for positioning the centre of mass of a dropping object at the optical centre of the enclosed corner cube in ballistic absolute gravimeters［J］. Metrologia， 2004， 41： 19-21.

FRANCIS O, BAUMANN H, ULLRICH C, et al. CCM.G-K2 key comparison[J].Metrologia, 2015,52 (1A): 07009-07009.

WU S, FENG J, LI C, et al. The results of CCM.G-K2.2017 key comparison[J].Metrologia, 2020,57(1A):7002.

浏览量

129

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

面向绝对重力仪的光束垂直性快速调节