02  实验装置介绍

时钟的选取：
    频率越高意味着时间分辨率越高，当然，频率稳定性也十分重要，频率存在抖动和漂移现象的时钟显然不是好时钟。我们首先感兴趣的是激光光源，例如，现代高稳频的1030nm激光光源，采用深度冷却措施，线宽可以达到MHz，这已经相当不容易，不妨将线宽当作短期频率稳定度，其相对短稳为：△f/f =3.4×10↑-9（假设相对于1秒，实际达不到1秒，线宽是由原子的热运动引起的，导致光源频率分布于1MHz带宽范围，是无规则的噪音），而通常的恒温晶振短期频率稳定度即可达到10↑-10（相对于1秒）。长期频率稳定度方面，采用锁相稳频技术，目前最好的激光光源每小时频率漂移100MHz，这一指标也远不及恒温晶振，且不论体积与价格等等因素。就目前现状而言，两只独立的激光光源还不能得到稳定的干涉图像，所以，恒温晶振当前是最好的选择，特别是不受环境温度的影响。这里，我们将采用327.68MHz恒温晶振作为时钟。

图2.01   恒温晶体振荡器

   时钟主要特征参数（厂商提供）：

旋杆的制作安装
    用高频计数器测量差频波的宽度，首先，将正弦波变换为方波；高频计数器在80MHz主频的驱动下不断向上加1 ，在计数器的并行输出端口接有锁存器，上述方波的上升沿触发锁存动作，锁存计数器的当前值，处理器将本次值减去上次值即得到方波的净宽度。图2.02是旋杆上电路的框图，并指出了安装位置。

图2.02   旋杆上的功能电路及安装位置
A;B-时钟；T-传输线；F-混频器；L-滤波器；E-电压比较器；C-测量处理器记录电路。

    收到恒温晶振后即接上规定电源，加速其老化过程。为防止外界电磁干扰，要在安装好的恒温晶振外层加铜质屏蔽层和铁质屏蔽层，最外层包裹一定厚度的保温层，防止旋转导致温度变化。全部电路由固定在旋杆上的电池组供电，电池组工作于浮充状态，不旋转时接上插头充电，维持电路永远供电状态，避免断电重新启动过程。采集过程中，与外界唯一的联系就是驱动旋转，如果没有空气等阻力，驱动也是可以撤去的，实验装置完全是一个独立的系统。

将旋转圆周分为8个等分（地址）：
    测量得到的宽度数据，是按时钟运动方向分类保存的，分类的依据就是当时旋杆的位置（即包含了时钟的运动方向信息），如图2.03所示，在旋杆上安装有光电读头I，在固定座上安装8只挡光片S0-S7，光电读头I每次仅经过S0时，地址复位即回到0，而经过S1-S7中的任何一只时，地址加1，这样，当旋杆旋转时，地址依次为：0、1、2、3、4、5、6、7，不断循环。

图2.03   旋杆角度识别原理
I－光电读头；S0-7－挡光片（固定于支座上的铜片）。

工作过程：
    在旋转过程中，当处理器得到一个宽度数据时，立即查看旋杆的地址，并按地址分类保存数据，采集结束后，停止旋转，取下存储器，读入计算机分析。

图2.04   实验装置的俯视照片

                                        http://www.wlsyw.com   占礼葵 2007.6.18

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