基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统研究

设计并实现了一种基于零长弹簧的超低频垂直隔振系统。利用零长弹簧倾斜悬挂摆杆,通过精细调节可实现固有周期为20 s的机械振荡。利用光电探测技术检测摆杆的微小位移,并对摆杆进行比例积分微分控制(Proportional-Integral-Derivative,PID),有效补偿温度变化及弹簧蠕变引起的系统漂移,提高系统的稳定性。深入分析控制参数对系统周期特性的影响,反馈控制的积分项(I项)可补偿系统漂移,反馈控制的比例项(P项)可调节系统的刚度,而微分项(D项)可用于控制系统的阻尼系数。通过设置合适的控制参数,可以将系统的固有周期调节至30 s以上。该系统理论上可以实现超低频垂直隔振,有望应用于高精度绝对重力测量等精密物理实验研究。

国产零长弹簧原理动态重力仪首次飞行试验及精度评估

CHZ-Ⅱ重力仪是首套完全国产零长弹簧原理航空重力仪,2018年4月在陕西渭南地区进行了首次飞行试验,共完成4个架次24条测线的有效飞行,标志着我国航空重力仪在自主研发的道路上又取得了长足的进步。利用飞行地区地面重力数据对CHZ-Ⅱ重力仪的测线扰动重力和格网扰动重力数据进行精度评估,其中空中测线在10 km分辨率条件下,精度达到1 mGal。采用地形辅助法对测量形成的5'测格网重力数据进行向下延拓,经延拓至地面后精度优于5 mGal,基本满足平原地区的测量需求。

建立零长弹簧传热等效模型

零长弹簧作为高精度重力敏感器的核心元件,其温度场分布直接影响重力敏感器的测量精度,由于弹簧结构特殊,为了研究其传热特性,提出建立零长弹簧传热的等效模型。首先通过实验测得零长弹簧电阻温度系数,再设计实验测量零长弹簧的分段阻值变化来反求各段平均温度变化,通过最优化方法计算求解零长弹簧的温度分布曲线,结果表明,该曲线为幂函数曲线。为使零长弹簧可以用等长等直径的圆柱体来代替,利用Ansys进行仿真并建立了一个适于工程应用的导热系数随温度变化表格。仿真结果表明,该表格能够达到用圆柱体代替零长弹簧来研究其传热特性的目的,最大相对误差为2.8%。

重力仪中零长弹簧的研制

本文较详细地介绍了重力仪中的零长弹簧的性能、作用,并且着重叙述了弹簧选材及制作工艺的全过程。总结了这方面工作的不少实际经验。

零长弹簧及其在移动式重力仪中的装配精度需求

阐述了零长弹簧的工作原理和装配方法,分析了在CHZ-Ⅱ型海洋重力仪和具有机械放大作用的斜拉弹簧重力仪中应用零长弹簧原理时,对探头装配和调节工艺的精度需求。当在垂直于弹簧的扰动达到100Gal的动基座上应用零长弹簧时,为使弹簧自重引起的系统误差不大于0.5mGal,典型情形下弹簧零长的补偿误差需在1mm以内。

CHZ-Ⅱ海洋重力仪研制与实践

海洋重力仪是获取高精度高分辨率海洋重力场的重要仪器,主要应用于资源勘探、大地水准面精化、海洋科学研究和重力辅助惯性导航等领域。我国现有的海洋重力仪主要依靠国外进口,不仅价格高,而且在仪器的引进、维护等方面存在诸多的不便。在科技部首批重大科学仪器专项的支持下,基于CHZ海洋重力仪成功研制出具有完全自主知识产权的CHZ-Ⅱ弹簧式海洋重力仪。该新型重力仪采用金属零长弹簧作为测量元件,其独特的轴对称垂直悬挂结构可克服交叉耦合效应;高精度伺服控制技术及强阻尼的应用可克服载体扰动的影响,确保仪器在不同海况下保持测量精度;高精度恒温技术及温度补偿技术可消除环境温度波动对仪器测量精度的影响。本文介绍了该仪器的工作原理、系统构成、技术特点及测试结果。静态试验表明其月漂移优于3 mGal;码头系泊试验表明其动态精度达到0.2 mGal,能清晰反映海潮的重力变化特征;总航程超过5万海里船载试验表明其综合测量精度优于1 mGal。仪器在精度和稳定性上达到与国内外同类仪器并跑水平,可替代当前国外进口的海洋重力仪。

流动式相对重力仪的研制与应用

地球重力场信息是进行地球物理研究的重要基础数据,对我国具有重要意义。作为陆上高精度重力测量的核心仪器,流动式相对重力仪因其技术门槛高,国内市场长期被国外产品所垄断。天津航海仪器研究所依托掌握的金属零长弹簧制备核心技术,成功研制出流动式相对重力仪,成为国内极少数掌握该项技术的单位,可全面满足包括陆上重力基线场在内的野外测量作业要求。由天津航海仪器研究所研制的流动式相对重力仪通过了国内最具权威用户组织中国地震局的入网测评,实测重复性标准差为3.1μGal,精度为3.5μGal,分辨力优于1μGal,整体性能达到国际先进水平。

S-Ⅱ型海洋重力仪的温度特性分析

阐述S-Ⅱ型海洋重力仪的特点以及部件的改进,结合重力传感器结构分析仪器的温度特性。在实际工作中依据仪器特性进行操作以达到减弱干扰加速度的影响,提高海洋重力测量数据精度的目的。

S型重力仪应用初探

S型重力仪是由美国拉科斯特——隆贝格公司生产的一种供航海和航空重力测量的仪器,现就S型重力仪的特点、性能和使用管理作一探讨。1 S型重力仪的特点1.1

康复外骨骼的人-机重力平衡策略

针对一种上肢康复外骨骼,提出了2种被动人-机重力平衡策略,以减小关节负载力矩、降低驱动电机功率.采用2套零初长弹簧单元作为重力平衡装置,以人-机系统在任意位姿下的势能总和保持恒定为理论依据,推导出人-机系统的完全重力平衡模型.为简化平衡系统及避免发生干涉,仅引入单套零初长弹簧单元,以人-机系统在给定运动范围内势能变化最小为优化目标,施以约束条件,对弹簧安装位置及劲度系数进行优化设计,实现人-机系统的部分重力平衡.通过计算人-机系统各位姿下的关节力矩,对2种平衡方式下的算例进行了对比分析.结果表明:完全平衡后各关节重力矩被完全消除,部分平衡后各关节重力矩被大部分消除,验证了2种平衡策略的合理性.

ZSGA-2型重力敏感器关键技术分析与试验验证

与国外主流海洋重力仪相比,国产海洋重力仪的分辨率低一个数量级,这制约了国产海洋重力仪的应用。针对国产海洋重力仪亟需提高分辨技术的需求,根据ZSGA-2型重力敏感器的工作原理,建立了弹性系统的力学模型,并开展了样机的静态性能测试。测试结果表明,经零位漂移和大地固体潮汐修正后的静态精度达到了0.03mGal,样机随重力仪进行楼层高差测量的重复性为0.15mGal。该型重力敏感器的分辨率已经达到了国外同类产品的技术水平,并具备了一定的动态适应性,为该型高分辨率零长弹簧重力敏感器开展高动态环境适应性技术研究奠定了坚实基础。