[发明专利]一种绝对重力仪时间测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及时间测量装置，尤其是涉及一种绝对重力仪时间测量装置。

背景技术

地球表面上任意一点的绝对重力值，是该点单位质量的物体受到整个地球质量的引力与地球自转在该点所产生的惯性离心力的合力，它等于该点的重力加速度值。绝对重力仪是目前国际上研制用来直接测量重力加速度值的主要精密计量仪器，在地球物理环境、地震、石油勘探、测量等领域有广泛应用，常见绝对重力仪的基本原理是利用迈克尔逊激光干涉仪方法在高真空条件下测量物体(落体棱镜)在垂直方向自由运动所经历的时间和距离，由迈克尔逊激光干涉仪原理可知，落体棱镜下落距离等于1/2nλ，其中n为激光干涉条纹数，λ为激光器波长。对激光干涉条纹计数的同时测定落体下落时间，根据牛顿第二定律计算重力值。因此，时间测量装置是绝对重力仪的重要部件之一。美国Micro-G公司生产的FG5是一种进入商品化的绝对重力仪，绝对重力仪测量的相对不确定度可达到2×10^-9，其早期版本的测时系统采用SR620通用时间间隔计数器，后期版本采用通用时间采集PCI接口卡，其不足之处在于：通用时间测量装置体积大，价格昂贵。电子计数法是一种简单的时间测量方法，已经在许多领域获得了实际应用，其测量原理是时间测量装置启动后计数器开始对量化时钟计数，设量化时钟频率为f₀，对应的周期T₀＝1/f₀，当某一事件到来时计数器的读书N，刚被测时刻测量值T_x＝N*T₀。测量量化误差最大值为一个量化时钟周期T₀，产生的原因是待测脉冲上升沿与量化时钟上升沿的不一致，该误差称为电子计数法的原理误差，即电子计数法的±1问题。除了原理误差之外，电子计数法还存在时标误差，时标误差可以采用高稳定度的时钟来克服，比如铷原子频率标准。提高量化时钟的频率可有效降低原理误差，但这带来的问题是时钟频率越高对电路的要求越高，并且相应的芯片也很难选择。例如，当要求1ns的测量精度时，时钟频率需要提高到1GHz，此时一般的计数器芯片很难正常工作，同时也会带来电路板的布线、材料选择以及加工等诸多问题。提高电子计数法的测量精度的做法通常是对小于一个量化时钟周期T₀的量化误差t进行高精度测量，对微小时间间隔测量已有商用专用芯片出售，如德国Acam公司的TDC-GPX芯片，该芯片最高精度模式能够达到2通道10ps分辨率，峰峰误差70ps的高精度测量，但测量范围只10us左右，量程太小不能满足绝对重力仪时间测量的要求。

发明内容

为了克服上述不足，本发明提供一种绝对重力仪时间测量装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种绝对重力仪时间测量装置由光电转换器、分频器、计数器锁存器、微测时芯片、时钟源、反相器、D触发器、微处理器组成，光电转换器与分频器相连，分频器与微测时芯片的START端口相连，分频器与触发器的D端口相连，时钟源与反相器相连，时钟源与计数器锁存器的CLK端口相连，时钟源与微测时芯片的STOP端口相连，反相器与D触发器相连，D触发器与计数器锁存器的锁存触发端口RCLK相连，D触发器与微处理器相连，计数器锁存器与微处理器相连，微测时芯片与微处理器相连，分频器与微处理器相连。计数器锁存器是带锁存功能的计数器，或由计数器加锁存器构成，可根据需要由多个芯片级联扩展数据位宽度。