专利名称：一种精细结构常数变化测量方法及应用该方法的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及原子频标技术领域，特别涉及一种精细结构常数变化测量方法及应用该方法的系统。
背景技术：
精细结构常数是原子或分子之间相互作用强度的一个基本物理常数，其定义为:
权利要求
1.一种精细结构常数变化测量方法，其特征在于，包括以下步骤: 原子钟组内原子钟物理系统的输出频率信号经过隔离放大器后，一路输出至与原子钟对应的计数器组用于测频，所述计数器组将测得的频率输出到微控制器；经隔离放大后的输出频率信号另一路送至频稳测试仪中，与高稳信号源输出的高稳时钟信号做对比，得到原子钟的输出频率漂移量Clf1输出至微控制器； 微控制器根据接收到每日的输出频率漂移量Clf1与存储在微控制器内部对应原子钟的每日平均输出频率漂移量;F做对比； 如果Clf1与不相等且Clf1与处于同一个数量级时，微控制器根据存储的每台原子钟的“每日平均输出频率漂移量瓦与平均电压控制量 ”的参照关系，选择与原子钟的每日平均输出频率漂移量亚对应的平均电压控制量If，平均电压控制量 数字信号经D/A转换模块转换成模拟信号后送至恒流源中，所述恒流源将电压信号转换为电流信号，电流信号作用于原子钟物理系统内的c场，相应原子钟每日的输出频率漂移量修正到;F5从而对原子钟组的频率漂移进行修正； 微控制器通过计数器组对经过频率漂移修正后的原子钟组内不同种类的原子钟的输出频率进行测量，将每台原子钟每天输出的频率分别用精细结构常数的幂级数表示，探测出精细结构常数随时间变化的情况。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤: 所述Clf1与Ir不相等、Clf1与Ir不在同一个数量级且 /(Jf1为整数时，需要对原子钟进行多次频率漂移修正；第一次修正时，原子钟需要的频率漂移量为ClfJdf2，微控制器根据存储的每台原子钟的“每日输出频率漂移量df与电压控制量U”的参照关系，选择与Clffdf2所对应的电压控制量U”电压控制量U1数字信号经D/A转换模块转换为模拟信号后送至恒流源模块，作用 于原子钟物理系统内的C场，相应原子钟每日的输出频率漂移量修正到ClfJdf2 ;第二次修正时，原子钟需要的频率漂移量为(14+2(1 ，微控制器根据所述参照关系选择与(14+2(1 所对应的电压控制量U2,以下步骤如第一次修正所述，直到相应原子钟每日的输出频率漂移量修正到(14+2(1 ;微控制器根据所述参照关系保持输出M次电压控制量，每次需要的原子钟频率漂移量为上一次需要的原子钟频率漂移量基础上加上df2，步骤如第一次修正所述，直到原子钟每日的输出频率漂移量修正到亚为止，其中，所述M= df Zdfi，所Idi =( -ClfiVM，所述M的取值范围为1<M〈11，其中M为自然数。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤: 所述(If1与■不相等、dfj与巫不在同一个数量级且di /df丨不为整数时，需要对原子钟进行多次频率漂移修正；第一次修正时，原子钟需要的频率漂移量为Cif1+ ( cf-dfj ) /M fi控制器根据所述参照关系选择与dfi+i df-dfi) /M所对应的电压控制量U3，电压在制量U3数字信号经D/A转换模块转换为模拟信号后送至恒流源模块，恒流源模块将电压信号转换为电流信号，电流信号作用于原子钟物理系统内的C场，相应原子钟每日的输出频率漂移量修正到Cif1+ ( Idf1 ) /M丨微控制器根据所述参照关系保持输出M次电压控制量U，每次需要的原子钟频率漂移量为上一次需要的原子钟频率漂移量基础上增加(^Ldf1) /M，步骤如第一次修正所述，直到原子钟每日的输出频率漂移量调整到亚为止，其中，所述M= ( tf/dfd+i,此时(iiF/dfW取整数部分；所述μ的取值范围为1〈M〈11，其中M为自然数。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述原子钟组包括N台不同种类的原子钟，所述计数器组包括N个计数器；其中，所述原子钟的台数与所述计数器的个数一一对应，所述N为大于I的自然数。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述原子钟的种类为铷原子钟、氢原子钟、铯喷泉钟、汞原子钟或汞离子钟、钙原子钟。
6.一种应用1-5任意一项所述方法的系统，其特征在于，包括由至少2台原子钟组成的原子钟组、由至少2个计数器组成的计数器组； 原子钟包括原子钟物理系统、隔离放大器、频稳测试仪、高稳信号源、微控制器、D/Α转换模块、恒流源模块； 所述原子钟组内的每台原子钟与所述计数器组内的每个计数器一一对应连接，所述计数器组输出与所述微控制器连接； 所述原子钟物理系统输出与所述隔离放大器输入连接，所述隔离放大器输出与所述原子钟对应的计数器连接，所述计数器与所述微控制器连接，所述隔离放大器输出还与所述频稳测试仪输入连接，所述高稳信号源的输出与所述频稳测试仪连接，所述频稳测试仪输出与所述微控制器输入连接，所述微控制器输出与所述D/Α转换模块连接，所述D/Α转换模块与所述恒流源模块输入连接，所述恒流源模块输出与所述原子钟物理系统连接。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述原子钟组包括N台不同种类的原子钟，所述原子钟的台数与所述计数器的个数对应相等；所述N为大于I的自然数。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述原子钟组内N台原子钟可以共用一台微控制器，所述微控制器为存储有原子钟组内每台原子钟的“每日平均输出频率漂移量 与平均电压控制量If”参照关系及“每日输出频率漂移量df与电压控制量U”参照关系的微控制器。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述原子钟的种类为铷原子钟、氢原子钟、铯喷泉钟、汞原子钟或汞离子钟、钙原子钟。
全文摘要
本发明公开了一种测量精细结构常数变化情况的方法及应用该方法的系统，属于原子频标技术领域。包括由至少两台原子钟组成的原子钟组、由至少两个计数器组成的计数器组；原子钟包括原子钟物理系统、隔离放大器、频稳测试仪、高稳信号源、微控制器、D/A转换模块、恒流源模块。本发明中，微处理器通过计数器组对经过频率漂移修正后的原子钟组内不同种类的原子钟的输出频率进行测量，将每台原子钟每日输出的频率分别用精细结构常数的幂级数表示，探测出精细结构常数随时间变化的情况。本发明能真实反映多台原子钟的输出频率的变化，进而精密测量出精细结构常数的变化情况。
文档编号H03L7/26GK103152041SQ201310040768
公开日2013年6月12日 申请日期2013年1月31日 优先权日2013年1月31日
发明者雷海东 申请人:江汉大学