质量量子基准新方案—测量惯性质量的摆动周期法研究

　　“清华大学优秀博士学位论文丛书”（以下简称“优博丛书”）介绍了一种质量量子基准新方案及其试验论证过程。通过设计一种摆动天平装置，以时间测量为纽带，建立惯性质量和普朗克常数间的联系，实现对砝码质量的绝对测量。本书基本反映了作者近年来在质量量子基准研究方面的研究成果，并提供了详尽的参考资料。

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第 1章引言 . 1

1.1质量量子基准研究的意义 . 1

1.1.1 质量量子基准研究是建立基本物理常数为基础的 SI新体制的需要 1
1.1.2 质量量子基准研究是建立精密基本物理常数新体系的需要 . 7
1.2质量量子基准研究现状 9

1.2.1 质量量子基准研究方法概述 . 9

1.2.2 电天平法原理及进展 . 10

1.2.3 硅球方案原理及进展 . 16

1.2.4 两种方案测量的结果及存在的问题 . 17

1.3本论文主要研究内容 . 18

第 2章摆动周期法的基本原理 . 21

2.1摆动周期法的基本思路 21

2.1.1 精密测量砝码惯性质量 21

2.1.2 建立质量-时间-电学量的精密联系 22

2.1.3 摆动周期法设计 27

2.2摆动周期法求解普朗克常数 . 29

2.2.1 摆动天平微分方程 . 29

2.2.2 摆动周期法的基本方程 31

2.2.3 替代法求解普朗克常数 33

2.3双 Kelvin电容器系统准弹性理论 . 34

2.3.1 Kelvin电容器模型概述 . 34

2.3.2恢复力矩主分量求解 . 35

2.3.3静电恢复力矩残差分量的求解 36

2.4摆动周期法的非线性分析 . 42

2.4.1相平面稳定域 . 42

2.4.2相平面极限环方程 . 44

2.4.3摆动周期方程的解及其非线性 45

2.5本章小结 46

第 3章实现摆动周期法的试验装置和测量系统研制 . 49

3.1试验装置概述 . 49

3.2传感器系统 . 50

3.2.1位移传感器 . 51

3.2.2速度传感器 . 57

3.3负阻能量补偿系统 . 60

3.3.1执行器 . 60

3.3.2负阻能量补偿的设计 . 62

3.4双 Kelvin电容器系统 64

3.5直流电压源的研制 . 67

3.6悬挂电极定位系统 . 74

3.7摆动周期测量系统 . 77

3.8自动加、减砝码系统 79

3.9自动化测量平台 80

3.10本章小结 81

第 4章试验结果及其不确定度分析 83

4.1天平灵敏度和等臂性验证 . 83

4.2摆动周期的测量结果 . 85

4.3弹性系数的测量结果 . 89

4.4电压测量结果 . 92

4.5普朗克常数测量结果 . 93

目录 19
4.6不确定度评估 . 95

4.7本章小结 97
第 5章结论与展望 . 99

5.1结论 . 99

5.2展望 101
参考文献 107
后记 .117