万有引力常数G是与理论物理,地球物理和天体物理密切相关的基本物理常数.虽然测G已有200多年的历史,G值的高精度绝对测量是非常困难的,在目前的各种基本物理常数测量值中,G值的精度最低,这除了与万有引力信号非常微弱以及它的不可屏蔽特点有关外,还因为在实验上极大程度地受到几何测量精度的限制.诸如使用的检验质量、吸引质量的几何尺寸和它们的相对位置的测量在很大程度上限制了G值精度的提高.该文围绕扭秤周期法测G实验中吸引质量间距的精确测量这一主题,详细阐述了驱动量块法的实验装置的设计,吸引质量间距的测量,并阐述了在测量球面间距的基础上发展起来的测量球直径的技术,技术的核心是激光干涉测量、计算机控制技术和微位移驱动技术.利用该课题设计的试验装置对由四个吸引质量球形成的三个间距的测量精度分别为0.33μm,0.31μm,0.35μm,它们对测G的误差为7.3ppm.同时对球直径的测量精度为0.52μm.这对将来以更高精度测G实验奠定了基础.最后对实验装置提出了一些改进意见,主要有接触检测系统,温度测量和温度控制.如果下一步工作在这两方面有所提高的,则测球心间距和测球直径的精度有望达到0.2μm.该研究工作先后得到国家自然科学基金重点项目(19835040),国家自然科学基金创新群体(10121503)的资助.