扭擺實驗中磁阻尼優(yōu)化及電阻尼設計.pdf

1、扭擺系統由于其扭轉自由度極高的探測靈敏度而被廣泛應用于各類精密弱力測量實驗。在地面高精度引力實驗中通常利用懸絲懸掛檢驗質量構成的扭擺系統來測量吸引質量與檢驗質量之間的相互作用。但是在這類實驗中，扭擺系統除了扭轉自由度的運動外還存在單擺等模式運動，這些運動模式會導致出現“反常模式”引入誤差。為了抑制扭擺系統的“反常模式”，通常會采用磁阻尼這類無源的阻尼系統，利用渦流損耗的方式抑制單擺運動。然而磁阻尼系統的引入也會帶來諸多限制，尤其是在角加

2、速度法測G實驗中，傳統的磁阻尼系統貢獻了最大的偏差項。為了能夠在有效抑制“反常模式”的同時減小阻尼系統引入的誤差，我們亟需要對現有的磁阻尼進行優(yōu)化改進或尋求新的“反常模式”抑制方案。因此，深入研究阻尼扭擺“反常模式”并減小阻尼系統在實驗中引入的誤差對各類基于扭擺系統開展的精密弱力測量實驗有著重要的科學意義。
　　本文中對磁阻尼系統進行了深入的研究，給出了磁阻尼在阻尼單擺運動的過程中阻尼力與扭擺運動速度之間的關系。通過優(yōu)化磁阻尼系統

3、的各項設計參數，在保證阻尼效果的前提下將角加速度法測G實驗中磁阻尼引入的誤差控制在10ppm以內。為了進一步減小阻尼系統引入的誤差，我們討論和分析了電阻尼方案，并分別針對檢驗質量為方形和圓柱形的兩種電阻尼系統進行了理論建模計算和仿真。研究結果顯示，電阻尼系統能夠在有效抑制“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實驗中阻尼系統帶來的影響。本文還針對電阻尼系統進行了誤差分析和可行性論證，為實驗中“反常模式”阻尼系統的