用于测量$G$的实验的静电反馈设计

位于国际计量局（BIPM）测量引力常数$G$装置核心的扭摆，采用两种方法测量源质量组件与测试质量组件之间的引力转矩。在卡文迪什方法中，摆自由运动。在静电伺服方法中，通过施加与摆上任何引力转矩大小相等、方向相反的静电力矩，将摆维持在恒定角度。静电力矩由伺服系统产生。本文描述了在美国国家标准与技术研究院对该伺服系统的设计与实现。我们使用带卡尔曼滤波的数字伺服环路，实现了与开环相当的测量性能。我们表明，使用三个电极进行反馈控制的实验有可能实现较小的测量不确定度。