Encyclopedia idő

Egyetlen szabvány idő-frekvencia-hossza (ICP).

Állami elsődleges etalon idő, frekvencia és a helyi időskálán (GEVCH) lejátszására és tárolására:

  1. időegységekben - „nukleáris” második (s);
  2. jelentése egységek - hertz (Hz);
  3. atomi időskála - TA;
  4. összehangolt időskálán - UTC.

Szaporodás idő és frekvencia egységek (másodperc és Hertz) keletkezik, amelynek átlagos szórása nem több, mint 5 x 10 -14. ha nem kizárt a szisztematikus hiba eleme kisebb, mint 10 -14. Az ilyen pontosság reprodukciója egység ideje és gyakorisága megoldásához szükséges számos tudományos és gyakorlati problémák: távirányító űrhajó manőverek közel a távoli bolygók a Naprendszer, hogy elérjék a nagy pontosságú műholdas navigációs GPS és GLONASS, a fejlesztési nanotechnológia, a robotika és egyéb műszaki rendszerek.

Mielőtt hazai méréstechnikai feladat további javítása pontosságát reprodukció időegység és frekvencia, Itt van egy bizonyos különbség a világ 96 szinten.

1. Történelem A rendszer egységei idő - másodperc

Az első rendszer mértékegységek származik az ősi Babilon és ókori Egyiptom és nem annyira a rendszer egységek rendszere alkalmazott intézkedések egységek, azaz a azokat a természetes vagy mesterséges anyagból mintákat, amelyek meghatározzák egy mérendő. Így intézkedések bizonyos előnyökkel súlyzó, speciálisan gyártott konténer egy bizonyos mennyiségű ömlesztett és folyékony anyagok, a testrész mintegy azonos lineáris méretek, stb Hagyományos időegység, többek között az év, hónap, nap (éjjel-nappal), bár objektíve volt a intézkedés formájában forgó saját tengelye körül és a Föld körül keringő közös tömegközéppont űrrendszerekre Nap-Föld és a Föld-Hold, de nem volt ilyen intézkedések aki nem lehetett szabályozni kormánytisztviselők, és különben is, közben az ókori civilizációk még nem tanulmányozták. Ami a kisebb egységek az idő, ők elég homályos, és nem rendelkeznek saját intézkedéseket. Az első tudományos alapú rendszer fizikai egységek által kidolgozott tudományos bizottsága Tudományos Akadémia forradalmi Franciaországban nem volt idő egység.

Az első egység hosszúságú - második - megjelent a fejlett F. Gauss 1832-ben, a CGS rendszer - centiméteres - Gram - második, harmadik alapegysége a rendszer. És bár a második ebben az időben még nem volt az intézkedések már létezett, és jelentős előrelépést tett alakult 1676 Royal Greenwich Observatory kifejezetten határozza meg a pontos időt és a tárolás.

Második lehetőség, hogy egy intézkedés jött 1929-ben, amikor a National Bureau of Standards kezdte el használni a kvarcóra. Második intézkedés lehetne egy bizonyos számú kvarc oszcillátor, de a második nem volt újra, és annak értéke maradt összefüggő időtartama a nap.

Az első alkalommal egy stabil intézkedés időtartama, tenné a második intézkedés származik a találmány atomórák. Egy ilyen intézkedés, a meghatározása a Nemzetközi Bizottság Súly és Mértékügyi (1967) volt az időtartama 9102631770 közötti átmenet a két hiperfinom alapállapotú cézium-133 atom.

2. A történelem a rendszer egység hosszúságú - mérő

Az egységnyi hosszúságú - mérő - Franciaországban jelent meg először a francia forradalom idején. Egy speciális bizottság a Francia Tudományos Akadémia úgy döntött, hogy összekapcsolja az egység hosszúságú, természetes intézkedés - egy tízmilliomodik egy negyed részét a párizsi meridián, és hívja ezt a „hiteles és végleges meter» (metrevraietdefinitive). Annak érdekében, hogy ez a hossz méréseket egységnyi ívhossz a meridián között Dunkerque Párizsban és Barcelonában; eredményei alapján előállított egy mintában méteres platina vonalak mintegy 25 mm széles és 4 mm vastag. Ez az intézkedés azért került be a levéltár a Francia Köztársaság és vált ismertté, mint „levéltári méter.” De egyre precíziós geodéziai és csillagászati ​​méréseket kiderült, hogy a hossza egy 10/4 meridián frakció nem állandó marad. Ezért a „archív mérő” meglehetősen gyorsan elvesztette a méltóságát természetes hosszmértékek és jöttek kell tekinteni, mint egy mesterséges normál egység hosszúságú. Mindazonáltal „Archives meter” közel egy évszázada szolgált, mint egy nemzetközi szabvány a hosszát.

Végén a XIX században, úgy döntöttünk, hogy tisztázza a szabvány. Erre a célra 31 szabványok formájában rudak egy platina-irídium ötvözet előállításának egy X-alakú rész két stroke letétbe a „archív mérő”. A leginkább pontos egyezés „archív meter” (a mérési pontosság) azt mutatta, hivatkozási № 6 0 ° C hőmérsékleten, és 1889-ben, az I. Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia, és venni, mint egy prototípus mérő. Ez tárolja a Nemzetközi Súly- és Mértékügyi Hivatal a Sèvres (Párizs közelében). A fennmaradó 30 előírások 28 osztottak ki sokat az országok között a konferencián részt vevő 1889-ben, és a két marad, mint „normál másolat” és a „standard-tanú”. Magyarország kapott két szabványos mérő: 11-es szám és szám 28. Az utolsó rendelet a CPC 1918-ben legalizálták, mint a nemzeti szabvány vagy prototípus mérő a Szovjetunióban. Tárolják (eddig) a VNIIM. D. I. Mendeleeva Budapesten, és csak akkor kell használni, hogy hasonlítsuk össze azt a másodlagos szabványoknak vagy előírásoknak példányban.

A fejlesztés a pontos módszerek interferometrikus méréseknél kifejezni egy ötlet méter hosszúak a fényhullámok és 1927 g. VII Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia úgy döntött, hogy feltételezzük, hogy a hossza 1 méter 1553 164,13 hullámok kadmium piros vonalak bizonyos körülmények között (hőmérséklet, nyomás, stb.) A 30. évben a huszadik század, precíziós interferometrikus méréseknél meghaladta a szélessége a stroke a hagyományos mérővel és másolatait. 1960-ban godu XI Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia elfogadott egy új meghatározása a mérő lett egyenlő hosszúságú 1650 763,73 sugárzás hullámok vákuumban, a narancssárga vonal megfelelő kripton izotóp atomtömegűnél 86 (86 Kr). Ez a vonal sokkal szűkebb, mint a kadmium sorban. Az új meghatározás a mérő emelte a standard precíziós 100-szor. Azonban viszonylag legalább négy nagyságrenddel kisebb, mint a pontosság érhető el a referencia-időpontban. Ez különösen a korlátozott mérési pontossága a fénysebesség, mert a fény sebessége mérésével határoztuk fény terjedési idő alapján ismert hosszúságú, így a mérési pontosság korlátozott volt a pontosság kripton standard hossz, nem pontos idő mérése.

A módja, hogy növelje a mérés pontosságát hossz megnyitotta használatát feltalált 1960 lézerek.

Azt találtuk, hogy a gáz lézer eluálószerként hélium és neon (He-Ne) generálhat egy rendkívül keskeny spektrális vonal (az úgynevezett hosszanti módok) - sokkal szűkebb, mint a standard kripton. Azonban chastóty ezeket a sorokat is „float” megváltoztatni ellenőrizetlen módon (például, változása miatt a rezonátor hossza). Ezért, hogy a fényforrás sokkal jobb, mint a kripton lámpa, szükséges, hogy stabilizálják a frekvenciáját a lézersugarat. Az ilyen stabilizáció alkalmazásával elért molekuláris abszorpciós vonalak bizonyos gázok, amelyben a frekvencia az egyik abszorpciós vonalak közel a frekvenciáját a lézersugárzás. Például, egy hélium-neon lézeres tud generálni három hullámhosszon: 0,63, 1,15 és 3,39; ahol a vonal hullámhosszúságú 0,63 mikron nagyon pontosan megfelel a abszorpciós vonalát a molekuláris jód gőzök J2. egy vonal hullámhosszúságú 3,39 mikron - abszorpciós vonalát metán CH4 molekulák. Cell egy abszorbeáló gáz belsejében van elhelyezve a lézer rezonátor. Ha változik a rezonátor hossza módosításával a lézer frekvenciája középpontjában a spektrális vonal az abszorbeáló gáz, a lézersugárzás megjelenik a rezonancia csúcs egy rendkívül keskeny spektrális szélessége. Ezt az állapotot folyamatosan a rendszer által támogatott zárva a hossza a rezonátor. Lézerek He-Ne / J2 127 és főleg nem-Ne / CH4 generáció egy nagyon keskeny emissziós vonalak gyakorisága stabilitását ugyanabban a sorrendben, mint a normák az idő. Természetesen az ötletet, hogy stabilizált lézerek hossza referenciaszabványokra helyett kripton. Ezt megkönnyítette egy körülmény.

A korai 1970-es években az Amerikai Egyesült Államok, Anglia, USSR, kísérletet végeztünk, hogy finomítani a fénysebesség vákuumban, alapját független mérését a frekvencia ν, és l a hullámhossz a rendkívül stabil lézer (egyenlő a termék a νλ). Feldolgozása az ezen kísérletek eredményeit adjuk értéke = 299 792 458 ± 1,2 m / s egy bizonytalanság 4.10 -9. Előtt ezeket a kísérleteket, ez volt egyenlő 3.10 -7. azaz mérése a fény sebessége a stabilizált lézerek nagyobb pontosság körülbelül két nagyságrenddel. De további tisztázására értékek nem volt lehetséges, mivel az értéke 4.10 -9 szinte teljes hiánya miatt a pontosság kripton hosszúságú szabvány, melyekhez képest a számított hullámhossz λ. Ki ez a helyzet nem volt egészen váratlan és eredeti. Úgy döntöttek, hogy nem próbálja meg tisztázni és elfogadni a kapott érték 299 792 458 m / s az egyetemes állandók. Mivel a sebesség összeköti a távolság és az idő is lehetséges, hogy egy új meghatározása a mérő - egységnyi idő alatt. És 1983-ban a XVII Általános Súly- és Mértékügyi Konferencia úgy határozott, hogy „meter - a megtett távolság, amelyet a fény vákuumban 1/299 alatt 792 458 a második.”

3. Ki kell dolgozni egy közös szabványos idő-frekvencia hosszúságú

A fenti meghatározás a mérő teljesen megszünteti a kripton standard hossz és általában teszi a mérő nem függ semmilyen fényforrás. De ez ad, hogy a függőség a mérete egy második, és ezért Hertz - A frekvencia. Így volt az első alkalom a kapcsolatot az időt és gyakoriságát. Ez a kapcsolat vezetett az ötlet, hogy hozzon létre egy szabványos idő - frekvencia - hossza (ICP), arány alapján λ = c / ν, ahol λ - hullámhossz stabilizált lézer, ν - gyakorisága. Termékenységét ez a gondolat, hogy a frekvencia mérhető pontossággal által biztosított modern standard arány (mondjuk, 10 -13 vagy kisebb). És mint egy fix érték, és az értéke λ azt állapítja meg, és ugyanolyan pontossággal, hogy legalább négy nagyságrenddel pontosabb, mint ha az előző kripton hosszúságú szabvány.

Azonban a frekvencia szabvány, az atomi meghatározza, másrészt - a cézium oszcillátor, melynek jelentése rejlik a rádiót. És annak érdekében, hogy mérni a lézer frekvenciája ν összehasonlítása a referencia frekvencia, szükséges, hogy az átmenet a referencia frekvencia az optikai tartományban, azaz szorozza meg az optikai értékeket. Azonban, a referencia frekvencia van egy nem-egész érték és kényelmetlen a transzformációkra. Ezért jellemzően cézium oszcillátor helyett egy kisfrekvenciás kristály oszcillátor egy kényelmes frekvencia értéket, például 5 MHz-es. De egy ilyen generátor jóval alacsonyabb frekvencia stabilitás önmagában mintául nem. Meg kell stabilizálni cézium frekvenciaetalonból, így ez ugyanaz a stabilitást.

Ezt használja a fáziszárt hurok áramkör. Egy kisfrekvenciás kristály oszcillátor FKV növekszik rádiós eszközök számos (n) idők és kivonjuk a frekvencia keverő cézium szabvány FET. Kiválasztása Az n közelebbi értéke és FKV különbség frekvencia (FET - NFkB) lehet megközelítőleg egyenlő a frekvenciáját a kvarc oszcillátor (FET - NFkB) = FKV.

különbség frekvenciájú jelet (FET - NFkB) erősítés után szállítjuk egyik bemenetére a fázisdetektor, és másik bemeneti jel tápláljuk FKV jelentése a kvarc oszcillátor. A kimenet a fázis detektor egy feszültség nagyságát és előjelét, amely függ a különbség frekvenciatávolsága frekvencia FKV. Ez a feszültség jut a vezérlőegység gyakorisággal kvarc oszcillátor csúsztatva fel, amíg nem válik pontosan megegyezik a különbség frekvencia. Más szavakkal, bármilyen mismatch frekvenciák (FET - NFkB) és FKV okoz vezérlőjel, amely csökkenti a mismatch nullára, miáltal a kristály oszcillátor frekvencia automatikusan állandó értéken tartjuk, és stabilitását válik közel azonos a stabilitása a standard cézium. Most lehet továbbítani ezt a frekvenciát az optikai tartományban.

Erre a célra egy híd radiooptical frekvencia (ROCHM), ahol a többszörösen lánc segítségével a különböző mikrohullámú generátorok és a lézerek közbenső submillimeter és infravörös szekvenciálisan hajtjuk végre megszorozzuk a referencia frekvencia 5 MHz értékei 1014 Hz-. Ez létrehoz frekvenciaetalonok az optikai sávban - optikai frekvencia szabványoknak. Mint ilyen jóváhagyott normák öt stabilizált gázlézereket.

Következésképpen, a hossza egy referencia-reprodukáló mérő annak új definíció révén hajtják végre atomi (cézium) idő és gyakoriság kiegészített ROCHM. Ez a komplex és a jelentése egyszeres szabványos ICP. Jellemző, hogy a méretek az összes egység - időegység (második) frekvencia (Hz), és a hossza (m) - által meghatározott csak két természetes állandók: rezonancia frekvenciája atomátmenetű cézium-133 és a fény sebessége vákuumban.

Etalon 95 (francia etalon - minta intézkedés) - mérőberendezések és jóváhagyta a szaporodásra és / vagy tárolására és továbbítására a mérés vagy skála mértékegysége méretű mérőműszereket. Standardok célja egységességének biztosítása mérések egy adott területen a tudomány, valamint más területeken az emberi tevékenység.