知 识 产 权

    为了保护投资者利益，本实验装置已申请专利，下面是专利说明书（与提交文件不完全一致），可参考论文的第12章。

（专利申请号：2006101691642）

发  明  专  利  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，成本很低。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，由于穆斯堡尔实实验需要超低温和实验成本极高，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，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，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2是装置整体结构图。 具体实施方式
    图2是装置整体结构图，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，其差频输出经过低通滤波器后得到一个低频交流信号，经过电压比较器得到方波信号，通过精确测量方波的宽度，可以确定两只时钟的频率相对变化。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）及安装在支座上的挡光片（6）。组成旋杆位置识别系统，确定获得数据时旋杆的位置。
   由于改变时钟在重力场中的姿态，会导致时钟发生明显的变化，并且可以做不断采集、积累数据，短期频率漂移可通过取平均值消除，长期频率漂移对结果无影响。通过样机的实验，证明方案是可行的。并且，提高样机技术指标还有很大的空间。
    方案特点：1.首次使用两个或以上时钟做相对比较，以往通过一个光源（时钟）的分支信号则不能检测到时间差异。2.不需要对钟和要求严格同步，常规方法采用现代的原子钟也不能测定这一参数，3.此方法降低了对时钟长期频率稳定度要求。4.由于可不断重复，提高了系统精度。5.成本低，易于普及。
时钟可以使用：晶体振荡器、介质振荡器、磁控管、稳频激光光源等物理时钟。传导线可以使用：同轴电缆、波导管、光纤、真空传播等电磁传播途径。时钟位置交换方式可以通过圆周运动、特定轨道实现。

   发明专利说明书附图

图2   装置整体结构图

1、2．时钟。  3.拍频提取及测量处理装置。  4.旋杆。  5.光电读识器。  6.档光片。
7.驱动电机。  8.主轴。  9.支座。

http://www.wlsyw.com    占礼葵 2007.6.18

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