随机共振和平滑数据处理在引力实验中的应用研究

论文摘要

在引力实验中譬如万有引力常数G 的测量、牛顿反平方定律的检验、弱等效原理的实验检验、引力波探测等,其检测效应一般都极其微弱。其噪声一般可以分为两类:一类是外部干扰源的影响,另一类是受到本征噪声的影响。外部干扰,譬如电磁力、实验室周围环境温度的变化、地面振动等等,这些影响都可以采取一定的措施(例如电磁屏蔽、恒温处理、隔振等)将它们的效应尽量减小; 但是系统的本征噪声是无法消除的,它们给引力实验(特别是常温实验)的测量设置了基本的限制。一般情况下噪声对于信号的测量是有害的,但是它在一定的条件下也能起积极的作用,如通过随机共振器这样的非线性装置,通过调节参数或增加噪声强度可以提高系统输出信号的信噪比。本人在硕士期间主要围绕噪声问题做了如下的工作: (1) 对各种类型的噪声进行了广泛的调研,简单介绍了热噪声、低频噪声、散烁噪声的物理性质,并在所阅读的英文文献基础上对机械系统热噪声的理论计算做了相应的概述。(2) 对随机共振产生的机理做了详细的介绍,应用此技术从理论上检测出被强色噪声淹没的已知频率的弱正弦信号,并初步将此技术应用于光子静止质量的上限检验这一零检验实验中。(3) 在宏观旋转物体等效原理实验中,分别讨论了低通滤波和时域平滑处理对抑制高频噪声的影响。理论计算表明使用低通滤波会引起伪加速度差,其物理原因,在于多项式不是谐振的,包含有丰富的频率成分,且低通滤波做的是非等权平均; 时域平滑处理不仅会抑制高频噪声,还不会引起伪加速度差,且将高频噪声引起加速度差的不确定度从2 μGal抑制到0.05 μGal,其物理原因在于时域平滑处理是做等权平均的,与多项式拟合无关。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 噪声
• 1.1 热噪声
• 1.2 1/f 噪声
• 1.3 散粒噪声
• 1.4 本章小结
• 第二章 随机共振在弱信号检测中的应用
• 2.1 随机共振的基本理论
• 2.2 随机共振技术在微弱信号检测中的应用
• 2.3 随机共振技术在零检验实验中的应用
• 2.4 本章小结
• 第三章 时域平滑对宏观旋转物体等效原理实验的重要性
• 3.1 时域平滑处理的概述
• 3.2 时域平滑方法的实质
• 3.3 时域平滑处理对等效原理的重要性
• 3.4 本章小结
• 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间完成的学术论文
• 附录 程序A
• 附录 程序B