專利名稱：通過交換時鐘的位置測量時空參量的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明首次采用多時鐘系統(tǒng)測量空間不同位置的時間差異的裝置，盡管這一差異很微小。 從而確定引力紅移和重力場絕對加速度的值，尤其是原理同以往測試方法不同。提高了測量 精度和速度，降低了成本。可使用于航天、深層探礦、衛(wèi)星定位系統(tǒng)校正、空間場及重力場 基礎(chǔ)物理研究，可以定量測量重力場、電場和磁場的相對時間參數(shù)的裝置。
背景技術(shù)：
目前，比較空間兩點(diǎn)的時間差異需要嚴(yán)格對準(zhǔn)且要求同步的兩只時鐘，(物理學(xué)廣義時 鐘)，即使如此，由于無法確定測量開始和結(jié)束點(diǎn)、信號傳遞時間差等諸多實(shí)際問題，也不能 測量到地面不同高度存在的時間差異?？傊?，直接測量重力場時間差異目前是做不到的。在 物理學(xué)上，光波在重力場的紅移稱為引力紅移，引力紅移由穆斯堡爾實(shí)驗(yàn)證明，由于穆斯堡 爾實(shí)驗(yàn)需要超低溫以及實(shí)驗(yàn)成本極高，僅在高級實(shí)驗(yàn)所才能做，所以，很難做成一種通用儀 器，難以推廣使用。其次，從原理上，穆斯堡爾實(shí)驗(yàn)雖然定性證明了引力紅移存在，但不能 測量任意兩點(diǎn)的時間變化量，故不能方便地和精確地測定任意空間的參數(shù)，具有較大的局限 性，由此也不能對空間和重力場做更廣泛和深層次的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本裝置解決了對鐘問題，既不要求時鐘對準(zhǔn)，也不要求時鐘同步。對溫度無特殊要求。 通過不斷交換時鐘的位置測量其時間相對變化量，由于是測量拍頻變化量，所以極大地提高 實(shí)驗(yàn)精度。由于交換位置的次數(shù)和時間不受限制，從而可以快速地重復(fù)輸出同一參數(shù)，通過 求平均值或差異積累可以無限制提高測量精度。實(shí)驗(yàn)首次采用了兩個時鐘(信號源)，本裝置 可以精確測量空間任意兩點(diǎn)的時間差異，從而確定引力紅移的數(shù)值和快速精確測定重力加速 度數(shù)據(jù)。
技術(shù)方案
將兩只頻率相近的穩(wěn)定的時鐘(交變電磁波或光源)固定在一個旋桿的兩端，并且通過 傳導(dǎo)線(或光纖)將兩路信號引到中心的混頻器，通過濾波和整形，得到一個低頻方波信號， 再用脈沖寬度測量器測量此方波的寬度。顯然，如果兩個時鐘的頻率發(fā)生相對變化，其輸出 的方波寬度將發(fā)生更明顯的變化，可以達(dá)到極高的時間分辨率。驅(qū)動旋桿使其在某一個平面 旋轉(zhuǎn)，兩個時鐘的位置發(fā)生交換，比較不同位置時得到的方波寬度數(shù)據(jù)，從而確定此平面圓 周各點(diǎn)的時間相對關(guān)系。如在垂直面旋轉(zhuǎn)，當(dāng)然可以得到圓周上最高點(diǎn)和最低點(diǎn)(高度差) 的時間差異。
本發(fā)明的有益效果是
可以定量測定場中不同點(diǎn)的時間差，包括引力場不同高度的時間差，對環(huán)境無特殊要求， 結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于實(shí)施?？墒褂糜诤教?、深層探礦、衛(wèi)星定位系統(tǒng)校正、空間場、 重力場及基礎(chǔ)物理研究。由于可以方便及時提供重力場參數(shù)，可以對重力屏蔽研究提供及時 評價(jià)的工具；由于提供高精度重力場參數(shù)，可對深層探礦、地震預(yù)測提供有力工具。尤其在 基礎(chǔ)物理研究領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。


下面結(jié)合附圖對裝置樣機(jī)做進(jìn)一步說明。圖l是旋桿原理框圖。圖2是裝置整體結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
圖l是旋桿原理框圖，在圖1中，時鐘(1、 2)分別被安裝在旋桿的兩端，它們的頻率信 號通過傳導(dǎo)線傳輸?shù)交祛l器(F)， F的差頻輸出經(jīng)過低通濾波器(L)后得到一個低頻交流信 號，經(jīng)過電壓比較器(E)得到方波信號，并行鎖存器(C)數(shù)據(jù)端口上是主頻為/c的并行加 法計(jì)數(shù)器，當(dāng)E方波的下降沿信號到達(dá)C時，C立即鎖定計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)，通知并呈現(xiàn)在數(shù)據(jù)處理器 (CPU)端口上，CPU讀入端口數(shù)據(jù)并將本次得到的數(shù)據(jù)減去上次數(shù)據(jù)即得到本次方波的凈脈 沖寬度數(shù)據(jù)，寬度數(shù)據(jù)標(biāo)記為仏t
圖2是裝置整體結(jié)構(gòu)圖，在圖2中，拍頻提取及測量處理裝置(3)安裝在旋桿中部，旋桿 (4)連同上面的電路整體固定于主軸(8)上，主軸由驅(qū)動電機(jī)(7)通過皮帶驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。光 電讀識器(5)內(nèi)包含兩只光遮斷器，安裝在旋桿的一邊。擋光片(6)安裝在支座上。光電 讀識器和擋光片組成旋桿角度讀識系統(tǒng)，當(dāng)CPU得到一個脈沖寬度數(shù)據(jù)時，即查看旋桿旋轉(zhuǎn)的 角度，并按旋桿角度分類保存脈沖寬度數(shù)據(jù)。最終，這些數(shù)據(jù)保存在非易失存儲器上或直接 傳送到計(jì)算機(jī)處理。
通過光電讀識器獲得旋轉(zhuǎn)角度采用常規(guī)方法，這里從略。
根據(jù)廣義相對論可以求出，地面上高度相差/米的時間差異為
<formula>complex formula see original document page 4</formula>
式中^一史瓦西半徑。/ —測試處到球心距離即半徑。
以在垂直面旋轉(zhuǎn)為例，僅比較上頂點(diǎn)和下端點(diǎn)，旋桿旋轉(zhuǎn)一周，將得到兩個脈沖寬度數(shù) 據(jù)(設(shè)時鐘l分別在上端為O弧度和下端為Jl弧度)，兩次讀數(shù)之差為
<formula>complex formula see original document page 4</formula>
設(shè)式2中時間r。4s，拍頻頻率/jlOHz，時鐘頻率/, =2000MHz,計(jì)數(shù)器主頻/e=200MHz，
可求得AD^ = 44，經(jīng)100轉(zhuǎn)積分得最終差異數(shù)為4400
由于可以做連續(xù)多次數(shù)據(jù)采集，并且可取多次平均值，時鐘的短期頻率漂移可以消除， 長期頻率漂移對結(jié)果幾乎無影響。通過樣機(jī)的實(shí)驗(yàn)，取得的數(shù)據(jù)大于上述理論值，是由于時 鐘朝向地面的面不斷改變，即存在交變應(yīng)力的影響，通過將內(nèi)移時鐘至半徑為零，或中部加 一組時鐘，可以求出應(yīng)力影響量，從而消除重力應(yīng)力的影響，最終其數(shù)據(jù)非常接近上述理論 值，所以實(shí)驗(yàn)證明方案是可行的。并且，提高樣機(jī)技術(shù)指標(biāo)有很大空間，例如使用穩(wěn)頻光源 做時鐘(信號源)，至少還可以將測量精度提高5個數(shù)量級。
方案特點(diǎn)l.首次使用兩個或以上時鐘做相對比較，以往通過一個光源(時鐘)的分支 信號則不能檢測到時間差異。2.不需要對鐘和要求嚴(yán)格同步，常規(guī)方法采用現(xiàn)代的原子鐘也 不能測定這一參數(shù)，3.此方法降低了對時鐘長期頻率穩(wěn)定度要求。4.由于可不斷重復(fù)，提高 了系統(tǒng)精度。5.成本低，易于普及。
時鐘可以使用晶體振蕩器、介質(zhì)振蕩器、磁控管、穩(wěn)頻激光光源等物理時鐘。傳導(dǎo)線 可以使用同軸電纜、波導(dǎo)管、光纖、真空傳播等電磁傳播途徑。
權(quán)利要求
1. 一種通過交換時鐘的位置測量時空參量的裝置，兩路或多路時鐘信號通過傳導(dǎo)線匯集于一處，通過混頻和濾波，測量并記錄差頻信號數(shù)據(jù)。其特征是有兩個或多個時鐘，其中至少有一個時鐘的空間位置不同，各路時鐘信號匯集于一處，交換時鐘位置，比較交換位置前后的數(shù)據(jù)變化關(guān)系，可以測量空間任意兩點(diǎn)時間差異的裝置。上述過程可以不斷重復(fù)，提高測量精度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過交換時鐘的位置測量時空參量的裝置，其特征是有兩個或多個時鐘，其中至少有一個時鐘不在同一空間位置，多路信號匯集于一處，此處有頻率比較及 處理裝置，通過交換時鐘的位置，測量它們交換位置前后的頻率變化關(guān)系。時鐘即物理學(xué)廣義時鐘，可以使用晶體振蕩器、介質(zhì)振蕩器、磁控管、穩(wěn)頻激光光源物理時鐘。傳導(dǎo)線指 傳遞相應(yīng)時鐘信號的線路，可以使用同軸電纜、波導(dǎo)管、光纖、真空傳播電磁波傳播途徑。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的通過交換時鐘的位置測量時空參量的裝置，其特征是可以多次重復(fù)或無限制積累測量數(shù)據(jù)，從而提高測量精度。
全文摘要
一種通過交換時鐘的位置測量時空參量的裝置。由兩個或兩個以上的時鐘，傳導(dǎo)線，換位機(jī)構(gòu)，空間位置調(diào)識別部分，數(shù)據(jù)處理記錄部分組成。其中至少有一個時鐘不在同一空間位置，時鐘信號匯集于一處，通過混頻，測量并記錄差頻波的寬度數(shù)據(jù)。交換時鐘的位置，比較交換位置前后差頻頻率的相對變化，可以定量測量空間兩點(diǎn)時間差異的裝置，樣機(jī)實(shí)驗(yàn)證明方案可行。而穆斯堡爾實(shí)驗(yàn)不能測量任意兩點(diǎn)的時間變量，且費(fèi)用高，本裝置對環(huán)境無特殊要求，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，易于實(shí)施。可應(yīng)用于航天、深層探礦、衛(wèi)星定位系統(tǒng)校正等領(lǐng)域，可以定量測量引力場、電場和磁場的相對時間變化量，推動基礎(chǔ)物理研究。
文檔編號G04F10/00GK101206456SQ20061016916
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月18日
發(fā)明者占禮葵 申請人:占禮葵