基于TRIZ的多功能引力波探测器的设计方法技术

本发明专利技术公开一种基于TRIZ的多功能引力波探测器的设计方法，根据TRIZ推荐的8个发明专利技术原理作为技术进化路线，使用前三个发明专利技术原理将贾民干涉仪进化成迈克耳孙干涉仪，使用剩余的五个发明专利技术原理将迈克耳孙干涉仪进化成多功能引力波探测器；该装置包括激光器等器件，其特征在于，激光器产生的相干光束经过半透明半反射玻璃分成两个相干光束，由3个检验质量组成光学干涉仪的2个光臂，当引力波来到时，作用于光臂的激光上，改变了激光的频率，使干涉条纹发生移动，通过光电二极管的光强发生变化，利用差分器和相关器计算光强与相位之间的关系，获得待测引力波的值。该装置在引力波的探测、地震监测、噪声监测、气象研究等方面的应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开一种基于TRIZ的多功能引力波探测器的设计方法，根据TRIZ推荐的8个专利技术原理作为技术进化路线，使用前三个专利技术原理将贾民干涉仪进化成迈克耳孙干涉仪，使用剩余的五个专利技术原理将迈克耳孙干涉仪进化成多功能引力波探测器；该装置包括激光器等器件，其特征在于，激光器产生的相干光束经过半透明半反射玻璃分成两个相干光束，由3个检验质量组成光学干涉仪的2个光臂，当引力波来到时，作用于光臂的激光上，改变了激光的频率，使干涉条纹发生移动，通过光电二极管的光强发生变化，利用差分器和相关器计算光强与相位之间的关系，获得待测引力波的值。该装置在引力波的探测、地震监测、噪声监测、气象研究等方面的应用。【专利说明】基于TRIZ的多功能引力波探测器的设计方法
本专利技术涉及利用TRIZ和光学干涉原理实现的精密测量领域，尤其涉及一种基于TRIZ的多功能引力波探测器的设计方法。
技术介绍
爱因斯坦在创立广义相对论时，预言了引力波的存在。运用广义相对论引力辐射理论推导出关于引力波的三个结论:(I)引力波是存在的，以光速传播；(2)引力波是横波，有两种偏振态；(3)不存在单极和偶极的引力辐射，只要系统质量四极矩的三阶导数不为零，就有引力波被辐射。引力波带有能量，因而可以被检测。天文学家已间接验证了引力波的存在。1993诺贝尔物理奖得主是美国的泰勒(J.H.Taylor)和赫尔斯(R.A.Hulse)，得奖原因是他们对脉冲双星PSR1913+16的发现和研究，这个双脉冲星系统成为存在引力波的第一个间接观测证据。进而人类更加渴望直接探测到引力波，引力波探测的主要目的是探测引力波动效应，这不仅是直接检验爱因斯坦广义相对论，提供引力波存在的直接证据，其更大目的是认识宇宙的结构和演化过程的新奥秘。目前所进行的引力波探测活动大部分集中在利用地面激光干涉引力波探测器探测高频引力波，以及为预计能在2018年后实现的利用空间激光干涉引力波探测器探测中低频引力波进行的开发和准备工作。TRIZ是基于千百万个高水平专利技术专利的统计而提炼出来的创新方法，是科学发现、技术研发和制造过程的精髓，是当今世界最先进的创新方法之一。在科学技术部、发展改革委、教育部和中国科协印发的《关于加强创新方法工作的若干意见》中，TRIZ作为重点推广的创新方法。本专利技术利用TRIZ和光学干涉原理设计了一种基于TRIZ的多功能引力波探测器的设计方法。
技术实现思路
本专利技术涉及利用TRIZ和光学干涉原理实现的精密测量领域的仪器，尤其涉及一种基于TRIZ的多功能引力波探测器的设计方法，根据TRIZ推荐的8个专利技术原理作为技术进化路线，使用前三个专利技术原理将贾民干涉仪进化成迈克耳孙干涉仪，使用剩余的五个专利技术原理将迈克耳孙干涉仪进化成多功能引力波探测器。该仪器包括激光器(I)、循环镜(2)、半透明半反射玻璃(3)、相位调节器(4)、反射镜(5)、相位调节器(6)、反射镜(7)、光电二极管(8)、差分器(9)和相关器(10)，其技术特征在于，激光器产生的相干光束经过半透明半反射玻璃分成两个相干光束，由3个检验质量组成光学干涉仪的2个光臂，当引力波来到时，作用于光臂的激光上，改变了激光的频率，使干涉条纹发生移动，通过光电二极管的光强发生变化，利用差分器和相关器计算光强与相位之间的关系，得到相位的变化，获得待测引力波的值。一般光臂长为几千米，高频引力波(10 Hz-10 kHz)是高频引力波测量装置最敏感的频带。该装置在技术上涉及到激光物理、极弱信号分析与检测、强磁场技术、真空技术、晶体光学、信息技术、隔振技术、大容量计算机数据及图像处理等，因此，它在引力波的探测、信息技术、地震监测、噪声监测、气象研究、空间技术和国防军事等方面有广泛的应用。本专利技术的技术效果是:简单实用，操作方便，便于科研。【专利附图】【附图说明】下面结合附图对本专利技术专利进一步说明。图1是贾民(Jiman)干涉仪光路图。图2是迈克尔孙干涉仪光路图。图3是引力波探测装置光路图。图1中S为激光器以及两块等厚度的玻璃块。图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.反射镜；6.透明玻璃；7.反射镜；8.毛玻璃屏。图3中1.激光器；2.循环镜；3.半透明半反射玻璃；4.相位调节器；5.反射镜；6.相位调节器；7.反射镜；8.光电二极管；9.差分器；10.相关器。【具体实施方式】本专利技术提出了利用TRIZ和光学干涉原理研究光学干涉仪的技术进化路线。多功能引力波探测器是由迈克耳孙干涉仪进化而成的，迈克耳孙干涉仪是由贾民(Jiman)干涉仪进化而成的。1880年，美国物理学家迈克耳孙在柏林大学的H.V.亥姆霍兹实验室，探测地球在“以太”中运动时，将贾民干涉仪改进成迈克耳孙干涉仪。在图1中，我们通过实验对贾民(Jiman)干涉仪进行分析，贾民(Jiman)干涉仪的干涉条纹明亮度比较高，但是两相干光束A和B分开的间隔与平行玻璃板厚度有关，这一间隔通常比较小，限制了一些实验，因此仪器系统的适应性较差。根据2008TRIZ矛盾矩阵表，应该改善仪器系统的“适应性”，然而减弱(恶化)干涉条纹的“明亮度”。“适应性”和“明亮度”的工程参数序号分别为32及23，在矩阵表中，第32行与23列交叉处所对应的矩阵元素的数字为推荐的专利技术原理序号，即1，32，35，24，17，19，28，26。根据TRIZ推荐的8个专利技术原理作为技术进化路线，使用前三个专利技术原理将贾民干涉仪进化成迈克耳孙干涉仪，使用剩余的五个专利技术原理将迈克耳孙干涉仪进化成多功能引力波探测器。表I 2008TRIZ矛盾矩阵表【权利要求】1.基于TRIZ的多功能引力波探测器的设计方法，包括激光器(I)、循环镜(2)、半透明半反射玻璃(3)、相位调节器(4)、反射镜(5)、相位调节器(6)、反射镜(7)、光电二极管(8)、差分器(9)和相关器(10)，其技术特征在于，激光器产生的相干光束经过半透明半反射玻璃分成两个相干光束，由3个检验质量组成光学干涉仪的2个光臂，当引力波来到时，作用于光臂的激光上，改变了激光的频率，使干涉条纹发生移动，通过光电二极管的光强发生变化，利用差分器和相关器计算光强与相位之间的关系，得到相位的变化，获得待测引力波的值，一般光臂长为几千米，高频引力波(10 Hz-10 kHz)是多功能引力波测量装置最敏感的频带。2.如权利要求1所述的一种多功能引力波测量装置，其特征在于:该装置在技术上涉及到激光物理、极弱信号分析与检测、强磁场技术、真空技术、晶体光学、信息技术、隔振技术、大容量计算机数据及图像处理等，因此，它在引力波的探测、信息技术、地震监测、噪声监测、气象研究、空间技术和国防军事等方面有广泛的应用。3.一种使用如权利要求1所述装置设计涉及TRIZ和光学干涉原理的设计方法，其特征在于包括如下步骤:本专利技术提出利用TRIZ和光学干涉原理研究光学干涉仪的技术进化路线，多功能引力波探测器是由迈克耳孙干涉仪进化而成的，迈克耳孙干涉仪是由贾民(Jiman)干涉仪进化而成的；在图1中，我们通过实验对贾民(Jiman)干涉仪进行分析，贾民(Jiman)干涉仪的干涉条纹明亮度比较高，但是两相干光束A和B分开的间隔与平行玻璃板厚度有关，这一间隔通常比较小，限制了本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于TRIZ的多功能引力波探测器的设计方法，包括激光器（1）、循环镜（2）、半透明半反射玻璃（3）、相位调节器（4）、反射镜（5）、相位调节器（6）、反射镜（7）、光电二极管（8）、 差分器（9）和相关器（10），其技术特征在于，激光器产生的相干光束经过半透明半反射玻璃分成两个相干光束，由3个检验质量组成光学干涉仪的2个光臂，当引力波来到时，作用于光臂的激光上，改变了激光的频率，使干涉条纹发生移动，通过光电二极管的光强发生变化，利用差分器和相关器计算光强与相位之间的关系，得到相位的变化，获得待测引力波的值，一般光臂长为几千米，高频引力波(10 Hz一10 kHz)是多功能引力波测量装置最敏感的频带。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴寿煜，张宇红，吴佳蓬，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32