原子干涉重力测量中的三维主动隔振研究

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1、分类号学号M201270183学校代码10487密级硕士学位论文原子干涉重力测量中的三维主动隔振研究学位申请人：熊鑫学科专业：精密测量物理指导教师：胡忠坤教授副指导教师：周敏康副教授答辩日期：2015.05.27AThesisSubmittedinFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofPhysicsResearchonThree-dimensionActiveVibrationIsolationinAtomInterferometryGravi

2、metersCandidate:XinXiongMajor:PrecisionMeasurementPhysicsSupervisor:Prof.Zhong-kunHuCo-Supervisor:Ass.Prof.Min-kangZhouHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan,Hubei,430074,P.R.ChinaMay,2015独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容

3、外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适

4、用本授权书。本论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日华中科技大学硕士学位论文摘要重力加速度的高精度测量具有重要的科学意义和实用价值。冷原子干涉型重力仪是近年来发展起来的高精度绝对重力仪，因其可以高精度和长时间的连续稳定测量而备受关注。原子干涉重力仪利用在重力场中自由下落的冷原子作为检验质量，通过测量原子相对于Raman光反射镜的加速度来获得当地实时的重力加速度g。当反射镜本身存在一个竖直方向的振动加速度a时，反射镜是惯性加速度为a的非惯性系。根

5、据等效原理，实验上无法区分干涉仪测量信号中的重力加速度g和反射镜的振动加速度a，所以由实验平台引入的振动噪声直接限制了原子干涉绝对重力仪分辨率的进一步提高。振动噪声的有效隔离是原子干涉绝对重力仪的关键技术和难点。本课题来源于我们实验室开展的冷原子干涉重力测量对隔振的需求。本人硕士期间的主要工作是在课题组前期一维主动隔振的工作基础之上，设计并搭建了三维主动反馈隔振系统。本文详细介绍了三维主动隔振的隔振原理和系统设计，包括机械结构设计和反馈滤波设计，并描述了系统各组成部件的基本工作原理。该三维主动隔振系统采用

6、主动与被动相结合的隔振技术，实现了竖直和水平方向的同时主动反馈控制。隔振系统闭环后，竖直和水平方向上等效的共振周期分别为100s和12s。在竖直方向上，主动隔振后的残余振动噪声从0.2Hz到2Hz频段被压制了50倍；水平方向上被压制了5倍。为了评估隔振系统所能达到的极限振动噪声水平，我们测试并分析了微震仪、信号放大电路、数据采集与信号输出卡、电压控制电流源以及音圈电机等反馈环路关键元器件的电子噪声对隔振系统的影响。测试结果表明，在竖直方向的振动噪声基本达到微震仪本底电子噪声水平，水平方向的振动噪声仍有很大

7、的提高潜力。微震仪探头的电子本底噪声是限制竖直方向振动噪声的主要因素，水平方向的反馈增益受制于竖直对水平方向的振动耦合。关键词：重力测量原子干涉重力仪三维主动隔振残余振动噪声I华中科技大学硕士学位论文AbstractPrecisionmeasurementofgravityaccelerationhasbothimportantscientificsignificanceandwideapplicationvalue.Coldatominterferometrygravimetersarehigh-pre

8、cisionabsolutegravimetersdevelopedinrecentyears.Becauseofitshighprecisionandthecapabilityoflong-termcontinuousmeasurements,atomgravimeterisoneofthedevelopmentdirectionsaboutabsolutegravimeters.Theatominterferometryg