成果名称：高精度绝对重力测量系统的研究

申请单位：清华大学

鉴定编号：鉴字[教SW2012 ]第016 号

鉴定日期：2012-9-20

学 科：09仪器仪表

成果简介：

高精度的绝对重力测量（g，常用值9.81 ms^-2）在计量、测绘、地质、地震、国防、资源勘探等领域具有重要应用。在20世纪70-80年代，由于军事和资源勘探的需要，当时世界上主要国家包括美国、俄罗斯、中国、意大利、法国等都大力发展绝对重力测量技术。其中以美国JILA实验室的研制工作最为成熟，并最终实现了绝对重力仪的商品化。目前，美国Micro-g公司的FG-5型绝对重力仪在国际上占主导地位，其测量不确定度达到微伽量级（1μGal = 10^-8 ms^-2）。

由于高精度绝对重力测量系统综合了激光测量、精密机械、真空技术、隔振技术等多学科技术，自主研发难度很大，国际上绝大多数国家都已经采购FG-5重力仪。中国计量科学研究院曾经自主研制NIM 型绝对重力仪，但后来由于种种原因致使这方面的工作几乎停顿。自从1995年以来，国家测绘局、中国地震局、中科院测量与地球物理研究所先后引进了3台FG-5型绝对重力仪，用于开展各自领域的高精度绝对重力测量任务。然而，购买FG-5不仅在仪器维修、保养等方面存在许多问题和不便，重力测量数据的可靠性和溯源问题也无法保障。

近年来，清华大学在绝对重力测量的关键技术研究方面取得突破，并研制完成高精度绝对重力测量系统。该系统采用自由落体方案，其基本原理是通过激光干涉测量技术，精确测量某物体在高真空度环境下的自由落体运动轨迹，根据测量得到的时间和位移数据，通过数学多项式拟合的方法，计算下落物体的运动加速度，即绝对重力加速度值。

与国内外常用的技术方案相比，该系统在多项关键技术方面进行了重大改进和创新：

（1）提出并实现用机械弹簧下落构件悬挂方法完成自由下落物体的释放和承接，避免了国内外常用方法中马达高速转动的影响，提高了重力测量准确度。

（2）设计并研制出具有光束垂直度精确调节功能的小型化激光干涉测量装置，使得测量光束的校准更加简单精确。

（3）提出了一种全数字式条纹信号处理技术，可精确拟合出重力加速度值，消除了国外传统方法采用复杂电路可能导致的测量偏差。

该系统在清华大学、中国计量科学研究院昌平园区进行过多次高精度绝对重力观测，并参加了2011年欧洲绝对重力仪比对。结果表明，该系统在12小时内分组重复测量的均值标准差小于1×10^-8 m/s²（1微伽），测量结果的复现性为3×10^-8 m/s²，系统的合成标准不确定度评估为5×10^-8 m/s²，整体技术达到国际先进水平。