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

1、扭擺系統(tǒng)由于其扭轉(zhuǎn)自由度極高的探測靈敏度而被廣泛應(yīng)用于各類精密弱力測量實(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)來測量吸引質(zhì)量與檢驗(yàn)質(zhì)量之間的相互作用。但是在這類實(shí)驗(yàn)中，扭擺系統(tǒng)除了扭轉(zhuǎn)自由度的運(yùn)動外還存在單擺等模式運(yùn)動，這些運(yùn)動模式會導(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”，通常會采用磁阻尼這類無源的阻尼系統(tǒng)，利用渦流損耗的方式抑制單擺運(yùn)動。然而磁阻尼系統(tǒng)的引入也會帶來諸多限制，尤其是在角加

2、速度法測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”的同時減小阻尼系統(tǒng)引入的誤差，我們亟需要對現(xiàn)有的磁阻尼進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)或?qū)で笮碌摹胺闯ＤＪ健币种品桨浮Ｒ虼?，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)中引入的誤差對各類基于扭擺系統(tǒng)開展的精密弱力測量實(shí)驗(yàn)有著重要的科學(xué)意義。
　　本文中對磁阻尼系統(tǒng)進(jìn)行了深入的研究，給出了磁阻尼在阻尼單擺運(yùn)動的過程中阻尼力與扭擺運(yùn)動速度之間的關(guān)系。通過優(yōu)化磁阻尼系統(tǒng)

3、的各項(xiàng)設(shè)計參數(shù)，在保證阻尼效果的前提下將角加速度法測G實(shí)驗(yàn)中磁阻尼引入的誤差控制在10ppm以內(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”的前提下將二級擺簡化成為一級擺，消除了角加速度法測G實(shí)驗(yàn)中阻尼系統(tǒng)帶來的影響。本文還針對電阻尼系統(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