Enciclopedia timpului

SINGLE STANDARD TIME FRECVENȚĂ lungime (ICP).

Statul primar standard de timp, frecvența și scara ora locală (GEVCH) pentru redare și depozitare:

  1. unități de timp - al doilea „nuclear“ (e);
  2. unități de frecvență - hertz (Hz);
  3. scara timpului atomic - TA;
  4. coordonat interval de timp - UTC.

timpul de reproducere și unități de frecvență (secunde și hertz) este produs cu o deviație standard medie de cel mult 5 x 10 -14. atunci când nu exclude componenta de eroare sistematică mai mică de 10 -14. O astfel de reproducere de precizie a unităților de timp și frecvența necesară pentru a rezolva multe probleme științifice și practice: de control de la distanță a manevrelor de nave spațiale lângă planete îndepărtate ale sistemului solar, pentru a obține de înaltă precizie de navigație prin satelit GPS și GLONASS, dezvoltarea nanotehnologiei, robotica si alte sisteme tehnice.

Înainte de sarcină metrologie internă a îmbunătăți în continuare precizia unităților de reproducere de timp și frecvență, ca aici există o anumită diferență de 96 de niveluri ale lumii.

1. Istoria unităților de sistem de timp - secunde

Primul sistem de unități de măsură originea în Babilon antic și Egiptul antic și nu au fost atât de mult un sistem de unități ca un sistem de măsuri de unități utilizate, adică acele probe naturale sau artificiale materiale care definesc un măsurand. Astfel de măsuri au anumite avantaje gantere, special fabricate container pentru o anumită cantitate de produse vrac și substanțe lichide, porțiunea de corp având aproximativ aceleași dimensiuni liniare etc. Unitate convențională de timp, cum ar fi anul, luna, zi (zi și noapte), cu toate că au avut în mod obiectiv măsura în forma de rotație în jurul propriei sale axe a Pământului și orbitează în jurul unui centru comun al sistemelor spațiale de masă Soare-Pământ și Pământ-Lună, dar a fost astfel de măsuri care nu au putut fi controlate de oficiali guvernamentali, și, în plus, în timpul civilizațiile antice nu au fost încă bine studiate. În ceea ce privește unitățile mai mici de timp, acestea au fost destul de vagi și nu au propriile lor măsuri. În primul sistem bazat științific de unități fizice, elaborat de către comitetul științific al Academiei de Științe a Franței revoluționare ca nu a existat nici o unitate de timp.

Prima unitate de lungime - a doua - a aparut in dezvoltat F. Gauss în 1832, sistemul CGS - centimetru - gram - a doua, a treia unitate de bază a sistemului. Și, deși a doua la acest moment nu a avut încă măsurile existau deja și-a făcut progrese semnificative stabilit în 1676 Observatorul Regal Greenwich este special conceput pentru a determina timpul și depozitarea exactă.

În al doilea rând posibilitatea de a da o măsură a venit în 1929, când Biroul Național de Standarde a inceput sa foloseasca un ceas de cuarț. A doua măsură ar putea fi un anumit număr de oscilator de cuarț, dar al doilea nu a fost redefinit, iar valoarea sa a ramas asociat cu durata zilei.

Pentru prima dată, o măsură stabilă de durată, ar face a doua măsură are originea cu inventarea de ceasuri atomice. O astfel de măsură, prin definirea Comitetului Internațional de Măsuri și Greutăți (1967) a fost durata 9,102,631,770 tranzițiilor între cele două niveluri hiperfine ale stării fundamentale a atomului de cesiu 133.

2. Istoricul unității sistemului de lungime - metru

Unitatea de lungime - m - a apărut pentru prima dată în Franța, în timpul Revoluției Franceze. O comisie specială a Academiei Franceze de Științe a decis să lega unitatea de lungime, cu o măsură naturală - una de zece milioane de o parte sfert de meridianul de la Paris și numesc aceasta „autentic și definitiv metru» (metrevraietdefinitive). Pentru obținerea acestor măsurări de lungime au fost realizate pe unitatea de lungime a arcului de meridianul între Dunkerque Paris și Barcelona; pe baza rezultatelor obținute într-un eșantion metru linii de platină de aproximativ 25 mm lățime și 4 mm grosime. Această măsură a fost pusă în arhivele Republicii Franceze și a devenit cunoscut sub numele de „metru de arhivă.“ Dar cu creșterea măsurătorile geodezice și astronomice de precizie dovedit că lungimea unei zece directii fracțiune meridian nu rămâne constantă. Prin urmare, „contorul de arhivă“ a pierdut destul de repede demnitatea măsurilor naturale de lungime și a ajuns să fie considerată ca fiind o unitate standard artificială de lungime. Cu toate acestea, „Arhivele metru“ timp de aproape un secol a servit ca un standard internațional de lungime.

La sfârșitul secolului al XIX-lea, am decis să clarifice standardul. În acest scop, 31 standarde sub formă de tije dintr-un aliaj de platină-iridiu a fost fabricat cu o secțiune în formă de X, cu două lovituri depuse folosind „contorul de arhivă“. Meciul cea mai exactă „metru de arhivă“ (în precizia de măsurare) a arătat referință № 6 la 0 ° C, iar în 1889, la Conferința I generală privind greutățile și măsurile pe care le și luate ca un metru prototip. Acesta este stocat la Biroul Internațional de Măsuri și Greutăți în Sèvres (lângă Paris). Din cele 30 de standarde de restul de 28 au fost distribuite prin tragere la sorți între țările participante la conferință în 1889, iar cei doi sunt lăsate ca „standard copy“ și „standard-martor.“ România a primit doi metri standard: numărul 11 ​​și numărul 28. Ultimul decret al CPP în 1918, a fost legalizat ca un standard național sau metru prototip pentru URSS. Acesta este stocat (până în prezent), în VNIIM. D. I. Mendeleeva în București și este utilizat numai pentru comparație cu ele standarde secundare sau standardele de copii.

Odată cu dezvoltarea unor metode precise masuratori interferometrice exprima un metru idee în lungime de valuri de lumină și în 1927 g. VII Conferința generală privind greutățile și măsurile a decis să se presupună că lungimea este de 1 metru 1553 164.13 valuri de cadmiu linii roșii în anumite condiții (temperatură, presiune, etc). Prin cei 30 de ani ai lea secolului XX, măsurători de precizie interferometrice a depășit lățimea accident vascular cerebral în contorul standard si copiile sale. In 1960 godu Conferința XI generală privind greutățile și măsurile a adoptat o nouă definiție a contorului a devenit lungime egală 1650 763.73 valuri de radiație în vid, linia portocalie kripton izotop greutății atomice 86 (86 Kr) corespunzătoare. Această linie este mult mai îngust decât linia de cadmiu. Noua definiție a contorului a ridicat de precizie standard de 100 de ori. Cu toate acestea, este relativ puțin patru ordine de mărime mai mică decât precizia obținută în momentul de referință. Acest lucru, în special precizie, limitată măsurarea vitezei luminii, deoarece viteza luminii determinată prin măsurarea timpului de propagare a luminii pe baza lungimii cunoscute, astfel încât precizia de măsurare a fost limitată de lungimea standard de precizie kripton, nu măsurarea timpului exacte.

O modalitate de a crește precizia de măsurare a lungimii a deschis utilizarea inventat în 1960 lasere.

Sa constatat că laserul de gaz folosind un amestec de heliu și neon (He-Ne) poate genera o linie spectrală extrem de îngustă (așa numitele moduri longitudinale) - este mult mai îngustă decât cea a unui standard de kripton. Cu toate acestea chastóty aceste linii pot „float“, pentru a schimba într-un mod necontrolat (de exemplu, datorită modificărilor lungimii rezonatorului). Prin urmare, pentru a obține sursa de lumină este mult mai bună decât lampa kripton, este necesară pentru a stabiliza frecvența radiației laser. O astfel de stabilizare realizată folosind liniile de absorbție moleculare ale anumitor gaze, în care frecvența una dintre liniile de absorbție aproape de frecvența radiației laser. De exemplu, un laser cu heliu-neon poate genera la trei lungimi de unda: 0,63, 1,15 și 3,39; în care linia cu o lungime de undă de 0,63 microni este foarte precis corespunde liniei de absorbție a moleculare vapori de iod J2. o linie cu o lungime de undă de 3,39 microni - linia de absorbție a moleculelor de CH4 metan. Cell cu un gaz absorbant este plasat în interiorul rezonator laser. Dacă modificarea lungimii rezonatorului prin reglarea frecvenței laserului la centrul liniei spectrale a gazului absorbant, radiația laser apare în vârf de rezonanță cu o lățime spectrală extrem îngust. Această condiție este susținută în mod continuu de către sistemul blocat lungimea rezonatorului. Laserele He-Ne / J2 127 și mai ales generație nu-Ne / CH4 oferă linii de emisie foarte înguste, cu stabilitate de frecvență de același ordin ca și în standardele timpului. Desigur, ideea folosirii stabilizate lasere ca standarde de referință lungime în loc de kripton. Acest lucru a fost facilitat de o altă circumstanță.

La începutul anilor 1970 în Statele Unite, Anglia, URSS, experimentele au fost efectuate pentru a rafina viteza luminii în vid, bazată pe o măsurare independentă a vA frecvență, și valoarea: lungimea de undă a laserului este extrem de stabil (egal cu produsul νλ). Prelucrarea rezultatelor acestor experimente sunt date de valoare = 299 792 458 ± 1,2 m / s, cu o incertitudine 4.10 -9. Inainte de aceste experimente, a fost egală cu 3.10 -7. adică măsurarea vitezei luminii folosind lasere stabilizate o precizie crescută de aproximativ două ordine de mărime. Dar o clarificare suplimentară a valorilor nu a fost posibilă, deoarece valoarea 4.10 -9 aproape în întregime din cauza lipsei de precizie a standardului de lungime kripton, în comparație cu care calculată lungime de undă X. Din această situație a fost destul de neașteptat și original. Sa decis că nu vom încerca să clarifice și să acceptați valoarea rezultată 299 792 458 m / s pentru constantele universale. Din moment ce viteza se conectează distanța și timpul este posibil pentru a da o nouă definiție a contorului - pe unitatea de timp. Și în 1983 la Conferința XVII generală privind greutățile și măsurile a decis să „metru - distanța parcursă de lumină în vid în timpul 1/299 792 458 dintr-o secundă.“

3. Elaborarea unui standard de timp-frecvență de lungime comună

Definiția de mai sus a contorului desființează complet lungimea standard de kripton și, în general, face ca contorul nu depinde de nici o sursă de lumină. Dar dă dependența de dimensiunea a doua, și, prin urmare, Hertz - unitate de frecvență. Deci, a fost prima dată când o legătură între durata de timp și frecvență. Această relație a condus la ideea de a crea un singur ora standard - frecventa - lungime (ICP), bazată pe X raportul = c / ν, unde λ - lungime de undă stabilizată cu laser, ν - frecvența. Rodnicia acestei idei este faptul că frecvența poate fi măsurat cu o precizie furnizată de rata modernă standard (să zicem, 10 -13 sau mai puțin). Și, ca o valoare fixă, iar valoarea lui λ este determinată cu aceeași acuratețe că cel puțin patru ordine de mărime mai precis decât atunci când se utilizează standardul de lungime kripton precedent.

Cu toate acestea, standardul de frecvență, a doua atomice precizează, - oscilatorul de cesiu, a cărui frecvență se află în radio. Și pentru a măsura compararea ν frecvența cu laser cu frecvența de referință, este necesar să se facă tranziția frecvenței de referință în domeniul optic, adică multiplica-l la valorile optice. Cu toate acestea, frecvența de referință are o valoare neîntreg și incomod pentru transformările. De aceea, în mod tipic un oscilator de cesiu este folosit în loc de un oscilator de frecvență joasă cristal cu o valoare de frecvență convenabilă, de exemplu 5 MHz. Dar o astfel de generator de stabilitate are o frecvență mult mai mică, în sine servi ca model nu se poate. Este necesar să se stabilizeze prin frecvență standard de cesiu, conferindu-i aceeași stabilitate.

Acest lucru se face cu ajutorul unui circuit de buclă blocată în fază. Un cristal de joasă frecvență oscilator FKV crește prin radio înseamnă într-un număr (n) ori și se scade din mixer de frecvență standard de cesiu fet. Selectarea valori particulare pentru n și FKV frecvență diferența (fet - NFkB) poate fi aproximativ egală cu frecvența oscilatorului cu cuarț (fet - NFkB) = FKV.

semnal de frecvență diferența (fet - NFkB) după amplificare este alimentat la o intrare a detectorului de fază, iar la semnalul său altă intrare este alimentat frecvență FKV de oscilator cu cuarț. La ieșirea detectorului de fază este o tensiune, magnitudinea și semnul de care depind de abaterea de frecvență diferența de FKV de frecvență. Această tensiune este furnizată unității de comandă un oscilator cu cuarț de frecvență deplasându-l în sus până când devine exact egală cu frecvența de diferență. Cu alte cuvinte, orice frecvențe de nepotrivire (fet - NFkB) și FKV produce un semnal de control care reduce nepotrivire la zero, în care frecvența oscilatorului de cristal este menținută automat constantă și stabilitatea acestuia devine aproape egală cu stabilitatea cesiu etalon. Acum este posibil să se transmită această frecvență în domeniul optic.

În acest scop, o punte de frecvență radiooptical (ROCHM), în care lanțul multilink folosind o varietate de generatoare de microunde și lasere submillimeter intermediar și infraroșu execută secvențial multiplicarea frecvenței de referință este de 5 MHz la valori de 1014 Hz. Acest lucru creează standarde de frecvență în banda optică - standarde de frecvență optice. Ca astfel de standarde aprobate cinci lasere cu gaz stabilizate.

În consecință, lungimea unui contor de referință în reproducător noua sa definiție, pusă în aplicare prin intermediul atomic (cesiu) de referință timp și frecvență completate ROCHM. Acest complex și reprezintă un singur standard de ICP. Este caracteristic faptul că dimensiunile tuturor unităților - definite de doar două constante naturale - o unitate de timp (a doua) Frecvența (Hertz) și lungimea (m): frecvența de rezonanță a tranziției atomice de cesiu-133 și viteza luminii în vid.

Etalon 95 (French Etalon - Măsură de probă) - aparate de măsură și aprobate pentru reproducere și / sau stocarea și transmiterea de instrumente de măsurare a mărimii de măsurare sau unități de măsurare la scară. Standardele sunt concepute pentru a asigura uniformitatea măsurătorilor într-un anumit domeniu al științei, precum și în alte domenii ale activității umane.