[发明专利]通过交换时钟的位置测量时空参量

说明书

所属技术领域

本发明首次采用多时钟系统测量空间不同位置的时间差异的装置，尽管这一差异很微小。从而确定引力红移和重力场绝对加速度的值，尤其是原理同以往测试方法不同。提高了测量精度和速度，降低了成本。可使用于航天、深层探矿、卫星定位系统校正、空间场及重力场基础物理研究，可以定量测量重力场、电场和磁场的相对时间参数的装置。

背景技术

目前，比较空间两点的时间差异需要严格对准且要求同步的两只时钟，(物理学广义时钟)，即使如此，由于无法确定测量开始和结束点、信号传递时间差等诸多实际问题，也不能测量到地面不同高度存在的时间差异。总之，直接测量重力场时间差异目前是做不到的。在物理学上，光波在重力场的红移称为引力红移，引力红移由穆斯堡尔实验证明，由于穆斯堡尔实验需要超低温以及实验成本极高，仅在高级实验所才能做，所以，很难做成一种通用仪器，难以推广使用。其次，从原理上，穆斯堡尔实验虽然定性证明了引力红移存在，但不能测量任意两点的时间变化量，故不能方便地和精确地测定任意空间的参数，具有较大的局限性，由此也不能对空间和重力场做更广泛和深层次的研究。

发明内容

本装置解决了对钟问题，既不要求时钟对准，也不要求时钟同步。对温度无特殊要求。通过不断交换时钟的位置测量其时间相对变化量，由于是测量拍频变化量，所以极大地提高实验精度。由于交换位置的次数和时间不受限制，从而可以快速地重复输出同一参数，通过求平均值或差异积累可以无限制提高测量精度。实验首次采用了两个时钟(信号源)，本装置可以精确测量空间任意两点的时间差异，从而确定引力红移的数值和快速精确测定重力加速度数据。

技术方案

将两只频率相近的稳定的时钟(交变电磁波或光源)固定在一个旋杆的两端，并且通过传导线(或光纤)将两路信号引到中心的混频器，通过滤波和整形，得到一个低频方波信号，再用脉冲宽度测量器测量此方波的宽度。显然，如果两个时钟的频率发生相对变化，其输出的方波宽度将发生更明显的变化，可以达到极高的时间分辨率。驱动旋杆使其在某一个平面旋转，两个时钟的位置发生交换，比较不同位置时得到的方波宽度数据，从而确定此平面圆周各点的时间相对关系。如在垂直面旋转，当然可以得到圆周上最高点和最低点(高度差)的时间差异。

本发明的有益效果是

可以定量测定场中不同点的时间差，包括引力场不同高度的时间差，对环境无特殊要求，结构简单，成本低廉，易于实施。可使用于航天、深层探矿、卫星定位系统校正、空间场、重力场及基础物理研究。由于可以方便及时提供重力场参数，可以对重力屏蔽研究提供及时评价的工具；由于提供高精度重力场参数，可对深层探矿、地震预测提供有力工具。尤其在基础物理研究领域有着广阔的应用前景。

附图说明

下面结合附图对装置样机做进一步说明。图1是旋杆原理框图。图2是装置整体结构图。

具体实施方式

图1是旋杆原理框图，在图1中，时钟(1、2)分别被安装在旋杆的两端，它们的频率信号通过传导线传输到混频器(F)，F的差频输出经过低通滤波器(L)后得到一个低频交流信号，经过电压比较器(E)得到方波信号，并行锁存器(C)数据端口上是主频为fc的并行加法计数器，当E方波的下降沿信号到达C时，C立即锁定计数数据，通知并呈现在数据处理器(CPU)端口上，CPU读入端口数据并将本次得到的数据减去上次数据即得到本次方波的净脉冲宽度数据，宽度数据标记为：Dat

图2是装置整体结构图，在图2中，拍频提取及测量处理装置(3)安装在旋杆中部，旋杆(4)连同上面的电路整体固定于主轴(8)上，主轴由驱动电机(7)通过皮带驱动旋转。光电读识器(5)内包含两只光遮断器，安装在旋杆的一边。挡光片(6)安装在支座上。光电读识器和挡光片组成旋杆角度读识系统，当CPU得到一个脉冲宽度数据时，即查看旋杆旋转的角度，并按旋杆角度分类保存脉冲宽度数据。最终，这些数据保存在非易失存储器上或直接传送到计算机处理。

通过光电读识器获得旋转角度采用常规方法，这里从略。

根据广义相对论可以求出，地面上高度相差l米的时间差异为：