基于triz的多功能引力波探測器的設(shè)計(jì)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于TRIZ的多功能引力波探測器的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)TRIZ推薦的8個(gè)發(fā)明原理作為技術(shù)進(jìn)化路線，使用前三個(gè)發(fā)明原理將賈民干涉儀進(jìn)化成邁克耳孫干涉儀，使用剩余的五個(gè)發(fā)明原理將邁克耳孫干涉儀進(jìn)化成多功能引力波探測器；該裝置包括激光器等器件，其特征在于，激光器產(chǎn)生的相干光束經(jīng)過半透明半反射玻璃分成兩個(gè)相干光束，由3個(gè)檢驗(yàn)質(zhì)量組成光學(xué)干涉儀的2個(gè)光臂，當(dāng)引力波來到時(shí)，作用于光臂的激光上，改變了激光的頻率，使干涉條紋發(fā)生移動(dòng)，通過光電二極管的光強(qiáng)發(fā)生變化，利用差分器和相關(guān)器計(jì)算光強(qiáng)與相位之間的關(guān)系，獲得待測引力波的值。該裝置在引力波的探測、地震監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、氣象研究等方面的應(yīng)用。
【專利說明】基于TRIZ的多功能引力波探測器的設(shè)計(jì)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及利用TRIZ和光學(xué)干涉原理實(shí)現(xiàn)的精密測量領(lǐng)域，尤其涉及一種基于TRIZ的多功能引力波探測器的設(shè)計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]愛因斯坦在創(chuàng)立廣義相對論時(shí)，預(yù)言了引力波的存在。運(yùn)用廣義相對論引力輻射理論推導(dǎo)出關(guān)于引力波的三個(gè)結(jié)論:(I)引力波是存在的，以光速傳播；(2)引力波是橫波，有兩種偏振態(tài)；(3)不存在單極和偶極的引力輻射，只要系統(tǒng)質(zhì)量四極矩的三階導(dǎo)數(shù)不為零，就有引力波被輻射。引力波帶有能量，因而可以被檢測。
[0003]天文學(xué)家已間接驗(yàn)證了引力波的存在。1993諾貝爾物理獎(jiǎng)得主是美國的泰勒(J.H.Taylor)和赫爾斯(R.A.Hulse)，得獎(jiǎng)原因是他們對脈沖雙星PSR1913+16的發(fā)現(xiàn)和研究，這個(gè)雙脈沖星系統(tǒng)成為存在引力波的第一個(gè)間接觀測證據(jù)。進(jìn)而人類更加渴望直接探測到引力波，引力波探測的主要目的是探測引力波動(dòng)效應(yīng)，這不僅是直接檢驗(yàn)愛因斯坦廣義相對論，提供引力波存在的直接證據(jù)，其更大目的是認(rèn)識(shí)宇宙的結(jié)構(gòu)和演化過程的新奧秘。目前所進(jìn)行的引力波探測活動(dòng)大部分集中在利用地面激光干涉引力波探測器探測高頻引力波，以及為預(yù)計(jì)能在2018年后實(shí)現(xiàn)的利用空間激光干涉引力波探測器探測中低頻引力波進(jìn)行的開發(fā)和準(zhǔn)備工作。
[0004]TRIZ是基于千百萬個(gè)高水平發(fā)明專利的統(tǒng)計(jì)而提煉出來的創(chuàng)新方法，是科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)研發(fā)和制造過程的精髓，是當(dāng)今世界最先進(jìn)的創(chuàng)新方法之一。在科學(xué)技術(shù)部、發(fā)展改革委、教育部和中國科協(xié)印發(fā)的《關(guān)于加強(qiáng)創(chuàng)新方法工作的若干意見》中，TRIZ作為重點(diǎn)推廣的創(chuàng)新方法。
[0005]本發(fā)明利用TRIZ和光學(xué)干涉原理設(shè)計(jì)了一種基于TRIZ的多功能引力波探測器的設(shè)計(jì)方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明涉及利用TRIZ和光學(xué)干涉原理實(shí)現(xiàn)的精密測量領(lǐng)域的儀器，尤其涉及一種基于TRIZ的多功能引力波探測器的設(shè)計(jì)方法，根據(jù)TRIZ推薦的8個(gè)發(fā)明原理作為技術(shù)進(jìn)化路線，使用前三個(gè)發(fā)明原理將賈民干涉儀進(jìn)化成邁克耳孫干涉儀，使用剩余的五個(gè)發(fā)明原理將邁克耳孫干涉儀進(jìn)化成多功能引力波探測器。該儀器包括激光器(I)、循環(huán)鏡
(2)、半透明半反射玻璃(3)、相位調(diào)節(jié)器(4)、反射鏡(5)、相位調(diào)節(jié)器(6)、反射鏡(7)、光電二極管(8)、差分器(9)和相關(guān)器(10)，其技術(shù)特征在于，激光器產(chǎn)生的相干光束經(jīng)過半透明半反射玻璃分成兩個(gè)相干光束，由3個(gè)檢驗(yàn)質(zhì)量組成光學(xué)干涉儀的2個(gè)光臂，當(dāng)引力波來到時(shí)，作用于光臂的激光上，改變了激光的頻率，使干涉條紋發(fā)生移動(dòng)，通過光電二極管的光強(qiáng)發(fā)生變化，利用差分器和相關(guān)器計(jì)算光強(qiáng)與相位之間的關(guān)系，得到相位的變化，獲得待測引力波的值。一般光臂長為幾千米，高頻引力波(10 Hz-10 kHz)是高頻引力波測量裝置最敏感的頻帶。該裝置在技術(shù)上涉及到激光物理、極弱信號(hào)分析與檢測、強(qiáng)磁場技術(shù)、真空技術(shù)、晶體光學(xué)、信息技術(shù)、隔振技術(shù)、大容量計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)及圖像處理等，因此，它在引力波的探測、信息技術(shù)、地震監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、氣象研究、空間技術(shù)和國防軍事等方面有廣泛的應(yīng)用。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)效果是:簡單實(shí)用，操作方便，便于科研。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。
[0009]圖1是賈民(Jiman)干涉儀光路圖。
[0010]圖2是邁克爾孫干涉儀光路圖。
[0011]圖3是引力波探測裝置光路圖。
[0012]圖1中S為激光器以及兩塊等厚度的玻璃塊。
[0013]圖2中1.激光器；2.透明玻璃；3.半透明半反射玻璃；4.透明玻璃；5.反射鏡；6.透明玻璃；7.反射鏡；8.毛玻璃屏。
[0014]圖3中1.激光器；2.循環(huán)鏡；3.半透明半反射玻璃；4.相位調(diào)節(jié)器；5.反射鏡；
6.相位調(diào)節(jié)器；7.反射鏡；8.光電二極管；9.差分器；10.相關(guān)器。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明提出了利用TRIZ和光學(xué)干涉原理研究光學(xué)干涉儀的技術(shù)進(jìn)化路線。多功能引力波探測器是由邁克耳孫干涉儀進(jìn)化而成的，邁克耳孫干涉儀是由賈民(Jiman)干涉儀進(jìn)化而成的。1880年，美國物理學(xué)家邁克耳孫在柏林大學(xué)的H.V.亥姆霍茲實(shí)驗(yàn)室，探測地球在“以太”中運(yùn)動(dòng)時(shí)，將賈民干涉儀改進(jìn)成邁克耳孫干涉儀。在圖1中，我們通過實(shí)驗(yàn)對賈民(Jiman)干涉儀進(jìn)行分析，賈民(Jiman)干涉儀的干涉條紋明亮度比較高，但是兩相干光束A和B分開的間隔與平行玻璃板厚度有關(guān)，這一間隔通常比較小，限制了一些實(shí)驗(yàn)，因此儀器系統(tǒng)的適應(yīng)性較差。根據(jù)2008TRIZ矛盾矩陣表，應(yīng)該改善儀器系統(tǒng)的“適應(yīng)性”，然而減弱(惡化)干涉條紋的“明亮度”?！斑m應(yīng)性”和“明亮度”的工程參數(shù)序號(hào)分別為32及23，在矩陣表中，第32行與23列交叉處所對應(yīng)的矩陣元素的數(shù)字為推薦的發(fā)明原理序號(hào)，即1，32，35，24，17，19，28，26。根據(jù)TRIZ推薦的8個(gè)發(fā)明原理作為技術(shù)進(jìn)化路線，使用前三個(gè)發(fā)明原理將賈民干涉儀進(jìn)化成邁克耳孫干涉儀，使用剩余的五個(gè)發(fā)明原理將邁克耳孫干涉儀進(jìn)化成多功能引力波探測器。
[0016]表I 2008TRIZ矛盾矩陣表
【權(quán)利要求】
1.基于TRIZ的多功能引力波探測器的設(shè)計(jì)方法，包括激光器(I)、循環(huán)鏡(2)、半透明半反射玻璃(3)、相位調(diào)節(jié)器(4)、反射鏡(5)、相位調(diào)節(jié)器(6)、反射鏡(7)、光電二極管(8)、差分器(9)和相關(guān)器(10)，其技術(shù)特征在于，激光器產(chǎn)生的相干光束經(jīng)過半透明半反射玻璃分成兩個(gè)相干光束，由3個(gè)檢驗(yàn)質(zhì)量組成光學(xué)干涉儀的2個(gè)光臂，當(dāng)引力波來到時(shí)，作用于光臂的激光上，改變了激光的頻率，使干涉條紋發(fā)生移動(dòng)，通過光電二極管的光強(qiáng)發(fā)生變化，利用差分器和相關(guān)器計(jì)算光強(qiáng)與相位之間的關(guān)系，得到相位的變化，獲得待測引力波的值，一般光臂長為幾千米，高頻引力波(10 Hz-10 kHz)是多功能引力波測量裝置最敏感的頻帶。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多功能引力波測量裝置，其特征在于:該裝置在技術(shù)上涉及到激光物理、極弱信號(hào)分析與檢測、強(qiáng)磁場技術(shù)、真空技術(shù)、晶體光學(xué)、信息技術(shù)、隔振技術(shù)、大容量計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)及圖像處理等，因此，它在引力波的探測、信息技術(shù)、地震監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、氣象研究、空間技術(shù)和國防軍事等方面有廣泛的應(yīng)用。
3.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置設(shè)計(jì)涉及TRIZ和光學(xué)干涉原理的設(shè)計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟:本發(fā)明提出利用TRIZ和光學(xué)干涉原理研究光學(xué)干涉儀的技術(shù)進(jìn)化路線，多功能引力波探測器是由邁克耳孫干涉儀進(jìn)化而成的，邁克耳孫干涉儀是由賈民(Jiman)干涉儀進(jìn)化而成的；在圖1中，我們通過實(shí)驗(yàn)對賈民(Jiman)干涉儀進(jìn)行分析，賈民(Jiman)干涉儀的干涉條紋明亮度比較高，但是兩相干光束A和B分開的間隔與平行玻璃板厚度有關(guān)，這一間隔通常比較小，限制了一些實(shí)驗(yàn)，因此儀器系統(tǒng)的適應(yīng)性較差；根據(jù)2008TRIZ矛盾矩陣表，應(yīng)該改善儀器系統(tǒng)的“適應(yīng)性”，然而減弱(惡化)干涉條紋的“明亮度”；“適應(yīng)性”和“明亮度”的工程參數(shù)序號(hào)分別為32及23，在矩陣表中，第32行與23列交叉處所對應(yīng)的矩陣元素的數(shù)字為推薦的發(fā)明原理序號(hào)，即1，32，35，24，17，19，28，26;根據(jù)TRIZ推薦的8個(gè)發(fā)明原理作為技術(shù)進(jìn)化路線，使用前三個(gè)發(fā)明原理將賈民干涉儀進(jìn)化成邁克耳孫干涉儀，使用剩余的五個(gè)發(fā)明原理將邁克耳孫干涉儀進(jìn)化成多功能引力波探測器；表1 2008TRIZ矛盾矩陣表
【文檔編號(hào)】G01V7/00GK103675934SQ201310663214
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年12月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月10日
【發(fā)明者】吳壽煜, 張宇紅, 吳佳蓬 申請人:江南大學(xué)