DETERMINATION OF THE PERIOD OF A TORSION PENDULUM BY THE FITTING METHOD IN REAL TIME

A phenomenological study on the fitting method in real time has been done, and the method was applied to process and analyze the extensive data of a long period torsion pendulum used to determine Newtonian gravitational constant G. The result shows that the fitting method in real time is effective to determine the period of a torsion pendulum with a relative precision of 10^-5 orders.     

微幅摆重力加速度仪的设计

微幅摆重力加速度仪采用容栅尺位移传感器测量摆长变化量,提高了测量精度,避免了摆球尺寸及重心偏移量的影响,微摆幅设计与高精度的计时装置,能使该仪器更准确地测量单摆的摆动周期,提高重力加速度的测量精度.     

精密扭摆研究

本研究旨在提高扭摆精度。扭摆采用大理石——这取自地球的天然材料作摆盘;通过试验,挑选了Q值高、内耗小、剪切模量温度系数接近于零的恒弹性合金丝作为吊丝。特别是,我们把Saxl类型的每周期吸合一次的间断振荡摆回复到小阻尼情况下的自由振荡摆,减少对摆振动的人为干预;增加真空条件,以减少周围环境干扰,延长了阻尼时间;同时在摆盘中央安放多面反射镜环,增加测量点,变一周期仅测一次时间为同一周期测四次以上。这就提供了用计算机求阻尼振荡方程θi=Ae^-t_i/τsin(ωt_i+φ)数值解的条件,不但可直接测得周期T的变化,而且可望计算得振幅A、阻尼时间τ、初相角φ的变化。另外,在光电接收方面也作了一些改进。通过这些措施,我室的精密扭摆对周期的探测精度已比美国Saxl 1964年发表第一篇文章时的扭摆精度提高100倍;比其运转17年,经一再改进的扭摆精度提高10倍。测量有效数字6位至7位,周期相对误差一般达2×10^-6,最佳状况可达8×10^-7,基本达到预期设计要求,为将来探测引力异常,“区分长期间与短期间内频率起伏”提供了可能性。 关键词：     

一个单摆周期近似公式

利用“局部常化”方法给出了一个精度较高的单摆周期公式.摆角在0°到90°范围内,其计算结果可以代替查椭圆积分表.     

单摆测重力加速度实验的改进

在单摆测重力加速度实验中,很难对摆长进行非常精确的测量,在较好的测量条件下其测量精度一般也只能达到毫米量级,所测得重力加速度的相对误差一般在1%左右.针对这一问题,本文通过对单摆实验装置进行改进,利用与摆线连接在一起的游标卡尺精确测量摆长的改变量而不直接测量单摆摆长,可将测量精度提高到0.02毫米.同时利用光电门测量摆球摆动周期,并对不同的摆线材质和直径进行了对比实验和分析,在最佳条件下可将重力加速度的测量误差控制在0.1%以内.     

扭摆法测转动惯量实验装置的研究

传统的扭摆法测转动惯量多使用单线摆、三线摆等,针对传统的扭摆法测转动惯量装置的一些缺陷,比如由于产生摆动、计时方法不科学使计时结果不准确、装置不能保持在水平面上转动等造成的测量误差较大的问题,研究制造了一种新的实验装置。这套装置用涡卷弹簧提供扭摆的动力,用光电对管配合单片机进行精确计时,并且采用了变面接触为线接触等多种减小摩擦的设计来提高测量精度,使误差大大减小了。整套装置具有测量结果精确、操作简单、体积小、能测量不规则的及难以直立的物体的转动惯量、能很好地验证平行轴定理等优点。     

近线性悬丝对扭摆周期的影响及其改善办法

本文从理论上分析了具有近线性弹性系数悬丝的扭摆在衰减振动时周期的变化规律,得到了与实验相符的结果,提出了如本底扣除法、双悬丝预应力法等几种消除周期变化影响、提高测量精度的方法。 关键词：     

热解析与催化发光联用技术测定空气中甲苯含量的方法研究

研究了甲苯在Y2O3粉体表面催化发光行为,发现基于这种催化剂的气体传感器对甲苯的检测具有较高灵敏度。在波长425nm处进行定量分析,催化发光强度与甲苯浓度在相当宽的范围内呈良好的线性关系,其线性范围为0.86—130mg/m3(r=0.9960);检出限为0.29mg/m3(信噪比=3)。对浓度为17.32mg/m3的甲苯气体平行测定了9次的发光强度,其相对标准偏差为5.4%。该传感器连续工作时间达85h以上,其发光信号没有明显下降,是一种长寿命的、性能稳定的气体传感器,并成功地实现了对空气中痕量甲苯的检测。     

单摆系统的振动研究

通过求解变张力弦振动微分方程的边值问题,给出摆线与摆球的质量比为任意值时单摆系统运动的一般解和本征频率满足的方程.利用该方程求得高精度的单摆系统周期数值解,特别是拟合出单摆系统作基频振动时一个范围大、精度高的周期近似公式.同时将理论与实验进行比较,结果二者相符.     

Existence of dual mass: Experimental evidence

This second article on dual mass investigates the physical evidence for the existence of dual mass. We discuss three possible observations that could be used to bound the amount of dual mass in the solar system: the Eotvos experiment, the relativistic pendulum, and planetary orbits. The Eotvos experiment is used to conclude that the ratio of dual mass to ordinary mass is a constant. Under this assumption the dual mass effects are proportional to a dimensionless parameter which is proportional to the ratio of dual to ordinary mass. We consider two effects: First we show that a pendulum swinging in the gravitational field of the earth would be subject to a precession of the plane of oscillation; second, we show that dual mass in the solar system creates a lifting of planetary orbits. Observations of a pendulum should yield to an accuracy of 10^–4 and limits on the detectability of the planetary lifting puts an upper bound on of about 10^–1.     

用微元法推导无阻尼单摆运动任意角度下的周期公式

对单摆运动进行了讨论。通过对单摆进行能量分析,得出了单摆角频率与角度的关系式,然后运用微元法,推导出了单摆的理论周期公式。计算结果表明,所得到的单摆运动周期的理论公式与展开公式符合得很好。     

如何实现宏观量子单摆

利用等效质心方法描写单摆运动,经典力学通过牛顿方程得到摆球在空间做周期振动,而量子力学却给出完全不同的结论:摆球做无"周期"的随机运动.本文分析了量子力学等效质心模型成立的条件,在此基础上计算了经典单摆过渡至量子单摆的实验条件,表明在目前的实验水平上观察宏观摆球(微米量级)的空间量子跃迁行为是简便易行的.     

Influence of the colored noise on determining the period of a torsion pendulum

Based on statistical properties, two typical models are considered to calculate the uncertainties for some random noise sequences on the period extraction of a torsion pendulum, which is important and instructive in the measurement of gravitational constant G with the time-of-swing method. An expression of the uncertainty for the period measurement is obtained, which is dependent on the ratio ?t/(1/λ) where ?t is the interval of the sample time and 1/λ is the length of the correlation time. The result of processing experimental data shows that as the interval of the sample time ?t gradually shortens, the uncertainty of the period becomes smaller, and further when the ratio ?t/(1/λ) is less than 1, the uncertainty remains substantially unchanged.     

用扭摆观测月食的结果

本文论述了观测引力异常现象的重要性及扭摆对考察引力异常的效用。我们用了一台精度大为提高的扭摆对1979年9月6日北京的月全食进行了观测,观测到显著的异常现象,与Saxl所观测到的现象相似。并提出了改进观测的方法。     

高分辨率CMOS相机沿轨长条带钟摆式搜索成像设计

为实现面阵相机对沿轨方向长条带区域一定重叠率的推凝视成像,设计了高分辨CMOS传感器的钟摆式搜索成像模型.通过长条带逐层区域划分和成像重叠率渐近变化构建,计算了钟摆式搜索成像参量和卫星实时推凝指向姿态,并利用多次小幅逼近的PD控制器分析了搜索成像姿态控制精度与成像像移失配量.利用高分CMOS原理样机和小卫星姿控仿真平台对P5型曲面LED靶标系统进行地面等比缩放的长条带钟摆式搜索成像仿真试验.结果表明:帧间重叠率大于85%的钟摆式搜索成像比全凝视成像区域扩大了4倍;控制周期为10 Hz时,其姿态控制精度优于0.05°,姿态稳定度优于0.003°/s,搜索成像对应的图像传递函数能够达到0.141 1.     

黄金分割法在物理实验中的应用--金割效应物理摆

“金割效应物理摆”是应用黄金分割法对物理摆进行研究的自制教学仪器,使用它可以进行物理摆周期极小值的测定等实验内容,实验装置采用计算机实时数据采集和处理等技术手段,教学效果更加理想。     

利用机械能守恒求解非惯性系单摆的振动周期

由于不同的非惯性系具有不同的加速度,导致单摆在不同的非惯性系中具有不同的振动周期,所以有必要掌握非惯性系下单摆振动周期的计算.基本的计算方法是利用非惯性系动力学方程,结合受力分析求解,但这种方法既要考虑惯性力,又需要进行力的分解,比较麻烦.本文通过引入惯性力势能,给出非惯性系机械能守恒定律,并利用机械能守恒定律对处于特定非惯性系中的单摆周期进行分析计算,得出非惯性系中单摆的振动周期不仅与单摆自身属性有关,而且与非惯性系的运动加速度或角速度有关的结论.     

Influence of the Earth's rotation on measurement of gravitational constant G with the time-of-swing method

In the measurement of the Newtonian gravitational constant G with the time-of-swing method,the influence of the Earth's rotation has been roughly estimated before,which is far beyond the current experimental precision.Here,we present a more complete theoretical modeling and assessment process.To figure out this effect,we use the relativistic Lagrangian expression to derive the motion equations of the torsion pendulum.With the correlation method and typical parameters,we estimate that the influence of the Earths rotation on G measurement is far less than 1 ppm,which may need to be considered in the future high-accuracy experiments of determining the gravitational constant G.     

Experimental control for initiating and maintaining rotation of parametric pendulum

In this paper, the authors have studied experimentally the control methods of a parametric pendulum excited harmonically to initiate and maintain a period one rotation – the most superior response for energy harvesting. For initiating the period one rotation inherent in the system, first the bang-bang method is applied. Then a new method where velocity is monitored is proposed and applied and finally the time-delayed feedback method with multi-switching is considered. Ultimately the problem of maintaining the rotation of the pendulum is addressed. For first time, robustness and sensitivity of the latter method to change of frequency and amplitude of excitation and added noise are studied. Finally, it has been demonstrated how the delayed feedback method can be applied in a system of two pendula to ensure synchronized rotation.     

利用智能手机磁传感器研究单摆运动

本文基于Phyphox手机App,利用智能手机中的磁传感器(电子罗盘)研究磁性单摆运动.结果表明,不同最大摆角测量出来的磁感应强度随时间变化规律不同.只有最大摆角小于1°时,单摆才可看作简谐振动.不同最大摆角的磁感应强度随时间变化曲线可以用磁偶极子模型结合大角度单摆公式来描述.利用磁传感器测量的当地重力加速度为9.868m/s 2,由于磁性摆空气阻尼较小,测得的实验误差仅为0.8%.