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：
  
  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： TB934
- 收稿日期：2020-11-03，
  
  修回日期：2021-01-05，
  
  纸质出版日期：2021-07-15
- 稿件说明：
移动端阅览
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(07):1527-1538.

LI Chun-jian,WU Shu-qing,SU Duo-wu,et al.Improvement method for type A uncertainty of interferometric gravimeter[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(07):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(07):1527-1538. DOI： 10.37188/OPE.2020.0566.

LI Chun-jian,WU Shu-qing,SU Duo-wu,et al.Improvement method for type A uncertainty of interferometric gravimeter[J].Optics and Precision Engineering,2021,29(07):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

Keywords

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 ( 1 A): 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

1438

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

基于双棱镜的全视场外差干涉测量

空间望远镜的设计仿真和低温波前测试

面向绝对重力仪的光束垂直性快速调节