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仪器测量精度与测量环境有关 精选

已有 6915 次阅读 2013-8-4 22:26 |个人分类:地球物理及仪器|系统分类:科研笔记| 仪器, 测量, 重力仪

   最近注意到博主朱寅质疑汤克云等人发表的关于引力场传播速度论文的博文。博文中很重要的一个观点是认为PET重力仪的测量精度不够。我认为论文作者之一池顺良先生的回复很有道理,在特点环境下仪器的测量精度确实可以提高。

   池顺良先生认为,将PET重力仪放在气温变化很小的山洞内,再加上密封防止气压波动的影响,可以极大提高重力仪的测量精度。这是一个很有说服力的说法。 现代仪器采用了很多提高仪器测量精度的措施,最重要的措施是对环境温度引起的仪器测量结果变化进行补偿。 重力仪里面的恒温装置对提高重力仪的测量精度非常关键,人们对此研究了数十年才实现重力仪的小型化和便携性。

   对时间和频率的测量可以说是现代测量的基石。从GPS到无线通讯,从全国性电网同步到微弱信息检测,没有高精度的时间测量作为保障一切都免谈。 这里面要解决的问题和重力仪面临的问题一样,就是如何最大限度减弱和补偿温度变化对测量精度的影响。

   当我们对温度变化进行补偿时候,我们通常考虑的是仪器在日常温度变化条件下所能达到的观测精度。 比如,当温度变化范围为-40°~70°时仪器所满足的测量精度。 然而,当环境温度变化只有0.1°、0.01°、甚至0.0001°时,仪器的测量精度就会大幅度提高。 法国科学家曾经做过一个实验,把普通的晶体振荡器放在深达5000米的海底后,由于海底温度没有什么变化,普通晶体振荡器的频率精度比正常环境下的精度提高了10万倍以上! 在这种环境里根本没有必要采用恒温晶体振荡器。

   这就是PET重力仪要放在山洞里观测的原因。当山洞的深度足够深,并阻止气流流动后,山洞里面的环境基本上没有变化。 这个时候仪器的测量精度提高100-1000倍是可能的。 测量精度的提高也很容易测量,可以放几台仪器在同样环境里测量,再计算它们的一致性误差就很容易把测量精度估计出来。

   称出地球质量的实验物理大师卡文迪许最早意识到环境对精密测量的影响。他通过不断分析和控制环境因素对测量结果的影响,最终以极高的精度测量出了地球的质量。 再根据牛顿的万有引力公式,太阳和其它行星的质量也就很容易测量了。 卡文迪许是精密测量的开拓者,现在人们还在用卡文迪许的思想来提高测量精度。就是通过改进测量原理和控制环境因素来提高测量精度。

   当前,我们的科研落后最直接的体现就是精密测量仪器的落后。 国家对科研经费的投入有很大份额变成进口各种精密仪器费用。 纵观世界科技发展史,只有极少重大科研成果是通过商品化测量仪器获得的。原创性的重大科研成果往往使用的是科研人员根据科研需要首次研制成功的仪器样机。 取得多项重大科学发现的哈勃望远镜不是商品化的仪器,卡文迪许称地球质量用的仪器更不是商品。 如果我们的科研还是依赖进口仪器,注定搞不出原创性的重大科研成果。 只有我们能够根据科研的需要及时研制对应的精密仪器样机, 我国的科研水平才会真正有质的飞跃。 朱寅博主的博文表明很多科研人员只能机械地使用进口仪器,并不能让进口仪器发挥最大效能。

     



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