CN102723999B - 基于卡文迪许扭秤的引力通信装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于卡文迪许扭秤的引力通信装置及其方法，包括信源球、设于卡文迪许扭秤两端的信宿球，激光光源、反光镜、光信号接收管、光电转换器、信号采集卡以及PC机，信源球做周期往返运动，使得卡文迪许扭秤上的信宿球在交变引力场的作用下作受迫周期摆动，在信源球处用频率调制的方法将0、1码调制到信源球不同的运动频率上；反光镜能够将激光光源发出的连续光信号反射到光信号接收管中，被光信号接收管接收；光信号接收管将接收到的光信号传送至光电转换器中，光电转换器将光信号转换为电信号；通过信号采集卡对上述的电信号进行解码；PC机接收信号采集卡的解码信号，实现两点间的通信。

Description

基于卡文迪许扭秤的引力通信装置及其方法
技术领域
本发明涉及利用交变引力场实现两点间的通信技术，更具体地说是涉及一种基于卡文迪许扭秤的引力通信装置及其方法。
背景技术
卡文迪许实验告诉我们，有质量的物体相互之间有吸引力，这种吸引力就是万有引力。当小质量的物体处于大质量的物体的引力场中时，改变大质量物体的位置，即让大质量物体按照一定的振动频率运动，就会使得小质量物体在相应的交变引力场的作用下运动，利用这种引力场的动力学效应，可以用来进行穿越真空的通信。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于卡文迪许扭秤的引力通信装置及其方法。
为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
根据本发明的一方面，提供了一种基于卡文迪许扭秤的引力通信装置，包括信源球以及设于卡文迪许扭秤两端的信宿球，信源球沿卡文迪许扭秤中秤杆的轴向做往返周期运动，还包括激光光源、反光镜、光信号接收管、光电转换器、信号采集卡以及PC机，所述反光镜固设于卡文迪许扭秤中的扭丝上，所述反光镜的反射面与两个信宿球在同一个平面上；
当两个信宿球中的任意一个信宿球随信源球的往返周期运动达到最大正向偏转角或者最大反向偏转角时，所述光信号接收管能够接收到经过反光镜反射的激光光源的激光信号；
所述光电转换器的输入端与光信号接收管的输出端相连，接收光信号接收管发出的光信号；
所述信号采集卡的输入端与光电转换器的输出端相连，接收光电转换器发出的光电转换信号；
所述PC机与信号采集卡的输出端相连，接收信号采集卡发出的数字信号。
根据本发明的另一方面，还提供了一种基于卡文迪许扭秤的引力通信方法，该引力通信方法包括以下步骤：
A．信源球做周期往返运动，使得卡文迪许扭秤上的信宿球在交变引力场的作用下相应的同周期摆动，在信源球处用频率调制的方法将0、1码调制到不同的运动频率上；
B．当两个信宿球中的任意一个信宿球转动到最大正向偏转角或者最大反向偏转角时，卡文迪许扭秤上悬挂的反光镜能够将激光光源发出的连续激光信号反射到光信号接收管中，被光信号接收管接收；
C．光信号接收管将接收到的光信号传送至光电转换器中，光电转换器将光信号转换为电信号；
D．通过信号采集卡对上述的电信号进行解码；
E．PC机接收信号采集卡的解码信号，实现两点间的通信。
所述步骤D进一步包括以下步骤：在预设的采样周期内，由信号采集卡对步骤C中的电信号进行统计，若接收到的电信号数目与预设值相同，则采集信号为1，否则采集信号为0。
所述光信号接收管包括圆管、底座以及光接收器，所述圆管沿轴线开有通孔，所述圆管的管壁内侧涂有黑色涂层，所述圆管的内端外侧设有螺纹，所述底座与圆管内端螺纹连接；所述光电转换器设于底座内，所述光接收器设于圆管内端的通孔内，所述光接收器与光电转换器相连。
所述圆管通孔的直径小于0.5cm。
本发明的技术效果如下：
提出了一种测量交变引力场的引力通信装置及其方法，原理如下：本发明的引力通信装置及其方法是卡文迪许测量万有引力常数实验的改进实验，其中采用大铅球作为信源球做周期往返运动，在卡文迪许扭秤的信宿球处产生交变的引力场，交变的引力场使卡文迪许扭秤产生周期性的扭动，扭秤的运动规律类似于周期受迫振动，可以用受迫振动的力学分析方法来进行分析。用光电系统测量信号，选取两个不同频率分别表示0、1，就可实现在信源和信宿之间的编码通信，特别是，能够实现越过真空的编码通信。
与卡文迪许实验的不同是：大铅球由两个变为一个，引力产生的扭矩会减半，但这并不会改变引力产生扭矩的数量级。
附图说明
图1是本发明的一种基于卡文迪许扭秤的引力通信装置的原理示意图；
图2是本发明的一种基于卡文迪许扭秤的引力通信装置的结构示意图；
图3是图2中光信号接收管的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的技术方案。
本发明的原理是对卡文迪许实验进行改进，将用做往返周期运动的大质量球（吸引质量）做信源，用卡文迪许扭秤两端的小质量球做信宿，信源质量球产生的交变引力会作用于小质量球，从而使得扭秤与信源以同频率振动。在信源球处用频率调制的方法将0、1码调制到信源球两个不同的频率上，在信宿端用光电系统测量信号，实现在真空中两点的信息通过引力场效应进行通信。
请参阅图1、图2所示的一种基于卡文迪许扭秤的引力通信装置，包括信源球11以及设于卡文迪许扭秤两端的信宿球12，信源球11沿卡文迪许扭秤中秤杆22的轴向做往返周期运动，还包括激光光源（图中未示出）、反光镜13、光信号接收管14、光电转换器15、信号采集卡16以及PC机17，反光镜13固设于卡文迪许扭秤中的扭丝21上，反光镜13的反射面与两个信宿球12在同一个平面上，当两个信宿球中的任意一个信宿球随信源球的往返周期运动达到最大正向偏转角或者最大反向偏转角时，所述光信号接收管14能够接收到经过反光镜13反射的激光光源的激光信号18；
光电转换器15的输入端与光信号接收管14的输出端相连，接收光信号接收管发出的光信号；
信号采集卡16的输入端与光电转换器15的输出端相连，接收光电转换器发出的光电转换信号；
PC机17与信号采集卡16的输出端相连，接收信号采集卡发出的数字信号，PC机上可用Labview软件搭建虚拟仪器进行查看,并记录、解码、存储信息。
在图1中，信源球11在平行于卡文迪许扭秤的X轴方向上做往返周期运动，周期按信号调制。当信源球11运动至靠近图中左侧的信宿球12时，会对该信宿球产生吸引力，使扭秤沿顺时针方向转动（从上往下看）；当信源球11运动至靠近图中右侧的信宿球12时，同样地，会对该信宿球产生吸引力，使扭秤沿逆时针方向转动（从上往下看），这样就使得卡文迪许扭秤在信源球11产生的交变引力场作用下来回周期摆动，且摆动周期与信源运动周期相同。
再请请参阅图3所示的光信号接收管14包括圆管141、底座142以及光接收器143，圆管141的管长为1m，圆管141沿轴线开有通孔，通孔的直径小于0.5cm，圆管的管壁内侧涂有黑色涂层，用来吸收散射的光以及避免斜射入的光通过内壁反射被光接收器143接收。圆管的内端外侧设有螺纹144，底座142与圆管内端螺纹连接，光电转换器15设于底座142内，光接收器143设于圆管内端的通孔内，光接收器143与光电转换器15相连。当光信号被光接收器143接收后，通过光电转换器15将光信号转换为电信号，然后将转换好的电信号通过导线L1和L2导出，通过信号采集卡16将信号送至PC机上进行信号处理。
本发明还提供了一种基于卡文迪许扭秤的引力通信方法，该引力通信方法包括以下步骤：
A．信源球11做周期往返运动，使得卡文迪许扭秤上的信宿球12在交变引力场的作用下相应的同周期摆动，在信源球处用频率调制的方法将0、1码调制到不同的运动频率上；
B．当两个信宿球12中的任意一个信宿球转动到最大正向偏转角或者最大反向偏转角时，卡文迪许扭秤上悬挂的反光镜13能够将激光光源发出的连续激光信号18反射到光信号接收管14中，被光信号接收管接收；
C．光信号接收管14将接收到的光信号传送至光电转换器15中，光电转换器将光信号转换为电信号；
D．通过信号采集卡16对上述的电信号进行解码；
E．PC机17接收信号采集卡16的解码信号，实现两点间的通信。
所述步骤D进一步包括以下步骤：在预设的采样周期内，由信号采集卡对步骤C中的电信号进行统计，若接收到的电信号数目与预设值相同，则采集信号为1，否则采集信号为0。例如，我们定义信号采集卡16接收到的电信号预设值为3，那么只有当信号采集卡在一个采样周期内连续接收到电信号为111时，才能解码为数字信号的1，否则为0。
光信号接收管14包括圆管141、底座142以及光接收器143，圆管141的管长为1m，圆管141沿轴线开有通孔，通孔的直径小于0.5cm，圆管的管壁内侧涂有黑色涂层，用来吸收散射的光以及避免斜射入的光通过内壁反射被光接收器143接收。圆管的内端外侧设有螺纹144，底座142与圆管内端螺纹连接，光电转换器15设于底座142内，光接收器143设于圆管内端的通孔内，光接收器143与光电转换器15相连。当光信号被光接收器143接收后，通过光电转换器15将光信号转换为电信号，然后将转换好的电信号通过导线L1和L2导出，通过信号采集卡16将信号送至PC机17上进行信号处理。
需要指出的是，本发明所述的引力通信装置与本发明所述的引力通信方法在原理和实现过程上是相同或类似的，故其重复部分在此不再赘述。
本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (5)

1.一种基于卡文迪许扭秤的引力通信装置，包括信源球以及设于卡文迪许扭秤两端的信宿球，信源球沿卡文迪许扭秤中秤杆的轴向做往返周期运动，其特征在于：
还包括激光光源、反光镜、光信号接收管、光电转换器、信号采集卡以及PC机，所述反光镜固设于卡文迪许扭秤中的扭丝上，所述反光镜的反射面与两个信宿球在同一个平面上；
当两个信宿球中的任意一个信宿球随信源球的往返周期运动达到最大正向偏转角或者最大反向偏转角时，所述光信号接收管能够接收到经过反光镜反射的激光光源的激光信号；
所述光电转换器的输入端与光信号接收管的输出端相连，接收光信号接收管发出的光信号；
所述信号采集卡的输入端与光电转换器的输出端相连，接收光电转换器发出的光电转换信号；
所述PC机与信号采集卡的输出端相连，接收信号采集卡发出的数字信号；
所述光信号接收管包括圆管、底座以及光接收器，所述圆管沿轴线开有通孔，所述圆管的管壁内侧涂有黑色涂层，所述圆管的内端外侧设有螺纹，所述底座与圆管内端螺纹连接；所述光电转换器设于底座内，所述光接收器设于圆管内端的通孔内，所述光接收器与光电转换器相连。
2.根据权利要求1所述的引力通信装置，其特征在于：
所述圆管通孔的直径小于0.5cm。
3.一种基于卡文迪许扭秤的引力通信方法，其特征在于：
该引力通信方法包括以下步骤：
A.信源球做周期往返运动，使得卡文迪许扭秤上的信宿球在交变引力场的作用下相应的同周期摆动，在信源球处用频率调制的方法将0、1码调制到不同的运动频率上；
B.当两个信宿球中的任意一个信宿球转动到最大正向偏转角或者最大反向偏转角时，卡文迪许扭秤上悬挂的反光镜能够将激光光源发出的连续激光信号反射到光信号接收管中，被光信号接收管接收；
C.光信号接收管将接收到的光信号传送至光电转换器中，光电转换器将光信号转换为电信号；
D.通过信号采集卡对上述的电信号进行解码；
E.PC机接收信号采集卡的解码信号，实现两点间的通信；
其中，所述光信号接收管包括圆管、底座以及光接收器，所述圆管沿轴线开有通孔，所述圆管的管壁内侧涂有黑色涂层，所述圆管的内端外侧设有螺纹，所述底座与圆管内端螺纹连接；所述光电转换器设于底座内，所述光接收器设于圆管内端的通孔内，所述光接收器与光电转换器相连。
4.根据权利要求3所述的引力通信方法，其特征在于：
所述步骤D进一步包括以下步骤：在预设的采样周期内，由信号采集卡对步骤C中的电信号进行统计，若接收到的电信号数目与预设值相同，则采集信号为1，否则采集信号为0。
5.根据权利要求3所述的引力通信方法，其特征在于：
所述圆管通孔的直径小于0.5cm。
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