扭擺實(shí)驗(yàn)中磁阻尼優(yōu)化及電阻尼設(shè)計(jì).pdf

1、扭擺系統(tǒng)由于其扭轉(zhuǎn)自由度極高的探測(cè)靈敏度而被廣泛應(yīng)用于各類(lèi)精密弱力測(cè)量實(shí)驗(yàn)。在地面高精度引力實(shí)驗(yàn)中通常利用懸絲懸掛檢驗(yàn)質(zhì)量構(gòu)成的扭擺系統(tǒng)來(lái)測(cè)量吸引質(zhì)量與檢驗(yàn)質(zhì)量之間的相互作用。但是在這類(lèi)實(shí)驗(yàn)中，扭擺系統(tǒng)除了扭轉(zhuǎn)自由度的運(yùn)動(dòng)外還存在單擺等模式運(yùn)動(dòng)，這些運(yùn)動(dòng)模式會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)“反常模式”引入誤差。為了抑制扭擺系統(tǒng)的“反常模式”，通常會(huì)采用磁阻尼這類(lèi)無(wú)源的阻尼系統(tǒng)，利用渦流損耗的方式抑制單擺運(yùn)動(dòng)。然而磁阻尼系統(tǒng)的引入也會(huì)帶來(lái)諸多限制，尤其是在角加

2、速度法測(cè)G實(shí)驗(yàn)中，傳統(tǒng)的磁阻尼系統(tǒng)貢獻(xiàn)了最大的偏差項(xiàng)。為了能夠在有效抑制“反常模式”的同時(shí)減小阻尼系統(tǒng)引入的誤差，我們亟需要對(duì)現(xiàn)有的磁阻尼進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)或?qū)で笮碌摹胺闯ＤＪ健币种品桨?。因此，深入研究阻尼扭擺“反常模式”并減小阻尼系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)中引入的誤差對(duì)各類(lèi)基于扭擺系統(tǒng)開(kāi)展的精密弱力測(cè)量實(shí)驗(yàn)有著重要的科學(xué)意義。
　　本文中對(duì)磁阻尼系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，給出了磁阻尼在阻尼單擺運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中阻尼力與扭擺運(yùn)動(dòng)速度之間的關(guān)系。通過(guò)優(yōu)化磁阻尼系統(tǒng)

3、的各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)，在保證阻尼效果的前提下將角加速度法測(cè)G實(shí)驗(yàn)中磁阻尼引入的誤差控制在10ppm以?xún)?nèi)。為了進(jìn)一步減小阻尼系統(tǒng)引入的誤差，我們討論和分析了電阻尼方案，并分別針對(duì)檢驗(yàn)質(zhì)量為方形和圓柱形的兩種電阻尼系統(tǒng)進(jìn)行了理論建模計(jì)算和仿真。研究結(jié)果顯示，電阻尼系統(tǒng)能夠在有效抑制“反常模式”的前提下將二級(jí)擺簡(jiǎn)化成為一級(jí)擺，消除了角加速度法測(cè)G實(shí)驗(yàn)中阻尼系統(tǒng)帶來(lái)的影響。本文還針對(duì)電阻尼系統(tǒng)進(jìn)行了誤差分析和可行性論證，為實(shí)驗(yàn)中“反常模式”阻尼系統(tǒng)的