專利名稱：通過交換時鐘的位置測量時空參量的制作方法
技術領域：
本發明首次采用多時鐘系統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、衛星定位系統校正、空間場及重力場 基礎物理研究，可以定量測量重力場、電場和磁場的相對時間參數的裝置。
背景技術：
目前，比較空間兩點的時間差異需要嚴格對準且要求同步的兩只時鐘，(物理學廣義時 鐘)，即使如此，由于無法確定測量開始和結束點、信號傳遞時間差等諸多實際問題，也不能 測量到地面不同高度存在的時間差異。總之，直接測量重力場時間差異目前是做不到的。在 物理學上，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驗證明，由于穆斯堡 爾實驗需要超低溫以及實驗成本極高，僅在高級實驗所才能做，所以，很難做成一種通用儀 器，難以推廣使用。其次，從原理上，穆斯堡爾實驗雖然定性證明了引力紅移存在，但不能 測量任意兩點的時間變化量，故不能方便地和精確地測定任意空間的參數，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。
發明內容
本裝置解決了對鐘問題，既不要求時鐘對準，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 實驗精度。由于交換位置的次數和時間不受限制，從而可以快速地重復輸出同一參數，通過 求平均值或差異積累可以無限制提高測量精度。實驗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的時間差異，從而確定引力紅移的數值和快速精確測定重力加速 度數據。
技術方案
將兩只頻率相近的穩定的時鐘(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生相對變化，其輸出 的方波寬度將發生更明顯的變化，可以達到極高的時間分辨率。驅動旋桿使其在某一個平面 旋轉，兩個時鐘的位置發生交換，比較不同位置時得到的方波寬度數據，從而確定此平面圓 周各點的時間相對關系。如在垂直面旋轉，當然可以得到圓周上最高點和最低點(高度差) 的時間差異。
本發明的有益效果是
可以定量測定場中不同點的時間差，包括引力場不同高度的時間差，對環境無特殊要求， 結構簡單，成本低廉，易于實施。可使用于航天、深層探礦、衛星定位系統校正、空間場、 重力場及基礎物理研究。由于可以方便及時提供重力場參數，可以對重力屏蔽研究提供及時 評價的工具；由于提供高精度重力場參數，可對深層探礦、地震預測提供有力工具。尤其在 基礎物理研究領域有著廣闊的應用前景。
下面結合附圖對裝置樣機做進一步說明。圖l是旋桿原理框圖。圖2是裝置整體結構圖。
具體實施例方式
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 號通過傳導線傳輸到混頻器(F)， F的差頻輸出經過低通濾波器(L)后得到一個低頻交流信 號，經過電壓比較器(E)得到方波信號，并行鎖存器(C)數據端口上是主頻為/c的并行加 法計數器，當E方波的下降沿信號到達C時，C立即鎖定計數數據，通知并呈現在數據處理器 (CPU)端口上，CPU讀入端口數據并將本次得到的數據減去上次數據即得到本次方波的凈脈 沖寬度數據，寬度數據標記為仏t
圖2是裝置整體結構圖，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，主軸由驅動電機(7)通過皮帶驅動旋轉。光 電讀識器(5)內包含兩只光遮斷器，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，當CPU得到一個脈沖寬度數據時，即查看旋桿旋轉的 角度，并按旋桿角度分類保存脈沖寬度數據。最終，這些數據保存在非易失存儲器上或直接 傳送到計算機處理。
通過光電讀識器獲得旋轉角度采用常規方法，這里從略。
根據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。
以在垂直面旋轉為例，僅比較上頂點和下端點，旋桿旋轉一周，將得到兩個脈沖寬度數 據(設時鐘l分別在上端為O弧度和下端為Jl弧度)，兩次讀數之差為
<formula>complex formula see original document page 4</formula>
設式2中時間r。4s，拍頻頻率/jlOHz，時鐘頻率/, =2000MHz,計數器主頻/e=200MHz，
可求得AD^ = 44，經100轉積分得最終差異數為4400
由于可以做連續多次數據采集，并且可取多次平均值，時鐘的短期頻率漂移可以消除， 長期頻率漂移對結果幾乎無影響。通過樣機的實驗，取得的數據大于上述理論值，是由于時 鐘朝向地面的面不斷改變，即存在交變應力的影響，通過將內移時鐘至半徑為零，或中部加 一組時鐘，可以求出應力影響量，從而消除重力應力的影響，最終其數據非常接近上述理論 值，所以實驗證明方案是可行的。并且，提高樣機技術指標有很大空間，例如使用穩頻光源 做時鐘(信號源)，至少還可以將測量精度提高5個數量級。
方案特點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格同步，常規方法采用現代的原子鐘也 不能測定這一參數，3.此方法降低了對時鐘長期頻率穩定度要求。4.由于可不斷重復，提高 了系統精度。5.成本低，易于普及。
時鐘可以使用晶體振蕩器、介質振蕩器、磁控管、穩頻激光光源等物理時鐘。傳導線 可以使用同軸電纜、波導管、光纖、真空傳播等電磁傳播途徑。
權利要求
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線匯集于一處，通過混頻和濾波，測量并記錄差頻信號數據。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據變化關系，可以測量空間任意兩點時間差異的裝置。上述過程可以不斷重復，提高測量精度。
2. 根據權利要求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系。時鐘即物理學廣義時鐘，可以使用晶體振蕩器、介質振蕩器、磁控管、穩頻激光光源物理時鐘。傳導線指 傳遞相應時鐘信號的線路，可以使用同軸電纜、波導管、光纖、真空傳播電磁波傳播途徑。
3. 根據權利要求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或無限制積累測量數據，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，傳導線，換位機構，空間位置調識別部分，數據處理記錄部分組成。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據。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時間差異的裝置，樣機實驗證明方案可行。而穆斯堡爾實驗不能測量任意兩點的時間變量，且費用高，本裝置對環境無特殊要求，結構簡單，成本低廉，易于實施。可應用于航天、深層探礦、衛星定位系統校正等領域，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 優先權日2006年12月18日
發明者占禮葵 申請人:占禮葵