време Енциклопедия

Единен стандарт времево-честотни дължина (ICP).

Държавен първичен стандартно време, честота, и локален мащаб време (GEVCH) за възпроизвеждане и съхранение:

единици за време - втори (и) "ядрен";
честотни единици - Hertz (Hz);
атомно време мащаб - ТА;
координиран график - UTC.

Възпроизвеждането време и честота единици (секунди и херца) се произвежда със средно стандартно отклонение от не повече от 5 х 10 -14. когато не са изключени систематична грешка компонент на по-малко от 10 -14. Такава прецизност възпроизвеждане на единици за време и честота необходими за решаване на много научни и практически проблеми: дистанционно управление на космически кораби маневри близо до далечните планети от Слънчевата система, за да се постигне висока точност за сателитна навигация GPS и GLONASS, развитието на нанотехнологиите, роботиката и други технически системи.

Преди домашното задача метрология по-нататъшно подобряване на точността на възпроизвеждането единици за време и честота, като тук има известна разлика от 96 нива в света.

1. История на звена на системата от време - секунди

Първата система на мерните единици са възникнали в древен Вавилон и древен Египет и не са били толкова много, система от единици като система от мерки, използвани единици, т.е. тези естествени или изкуствени материали проби, които определят един измерваната величина. Така мерки са определени предимства гири, специално произведени контейнер за определен размер на насипни и течни вещества, частта на тялото с приблизително същите линейните размери и т.н. Конвенционални единица време, като година, месец, ден (ден и нощ), въпреки че обективно е имал тяхната мярка под формата на въртящ се около оста си на Земята и в орбита около общ център на масови космически системи Sun-Земята и Земята-мун, но беше такива мерки който не може да се контролира от държавни служители, а освен това по време на древните цивилизации, все още не е добре проучено. По отношение на по-малки единици от време, те са доста неясни и не са имали свои собствени мерки. През първото научно обоснована система от физически единици, разработена от научен комитет на Академията на науките на революционна Франция, тъй като не е имало време единици.

Първият блок на дължина - вторият - се появява в развитите Ф. Гаус през 1832, CGS система - см - гр - втора, трета основна единица на системата. И въпреки, че втората по това време все още не е имал мерките вече е съществувала и е постигнала значителен напредък, създаден през 1676 обсерватория Гринуич Royal е специално проектиран, за да се определи точното време и съхранението.

Втора възможност да се даде мярка дойде през 1929 г., когато Националното бюро за стандарти започна да използва кварцов часовник. Втората мярка може да бъде определен брой на кварцов генератор, но втората не се преосмисли и стойността му остава свързано с продължителността на деня.

За първи път стабилна мярка за продължителност, ще направи втората мярка произхожда с изобретението на атомните часовници. Такава мярка, от определението на Международния комитет по мерки и теглилки (1967) е продължителността на 9,102,631,770 прехода между двете свръхфини нива на основното състояние на цезий-133 атом.

2. История на системния блок на дължина - метър

Единицата за дължина - метър - появява за първи път във Франция по време на Френската революция. Специална комисия на Френската академия на науките е решил да се свърже устройството на дължина с естествена мярка - една десет милионна от една четвърт дял от Париж меридиан и наричаме това един "автентичен и окончателен м» (metrevraietdefinitive). За да се получи това измерването на дължината, бяха направени за единица дължина на дъгата на меридиана между Дюнкерк Париж и Барселона; въз основа на резултатите, получени в платинен линии проба метър ширина около 25 mm и дебелина 4 мм. Тази мярка е въведена в архивите на Френската република и стана известен като "архивно м." Но с увеличаване на прецизни геодезически и астрономически измервания се оказа, че дължината на един 10/4 меридиан фракция не остава постоянна. Следователно, "архив метър" доста бързо загубил достойнството на природните мерки за дължина, и дойде да се разглежда като един изкуствен стандартна мерна единица за дължина. Независимо от това "Архиви м" в продължение на почти един век е служил като международен стандарт за дължина.

В края на ХIХ век, ние решихме да се изясни на стандарта. За тази цел 31 стандарти под формата на пръчки от платина-иридий сплав се произвеждат с Х-образно напречно сечение с два удара депозирани с помощта на "архивен метър". Най-точно съвпадение "архивно м" (в рамките на точността на измерването) показа справка № 6 при 0 ° С, а през 1889 г., в I Общи конференция за теглилки и мерки и се приема като един метър прототип. Тя се съхранява в Международното бюро по мерки и теглилки в Севр (близо до Париж). От останалите 30 стандарти 28 бяха разпределени чрез жребий между страните, участващи в конференцията през 1889 г., и двамата са оставени като "стандартна копие" и "стандартни свидетел." България спечели два стандартни метра: номер 11 и номер 28. Последното постановление на КЗК през 1918 г., беше легализирана като национален стандарт или прототип метър за СССР. Тя се съхранява (засега) в VNIIM. Д. И. Mendeleeva в София и се използва само за сравнение с него вторични стандарти или стандартите на копия.

С развитието на точни методи интерферометрични измервания изразяват идея метра дължина на светлинните вълни и 1927 грама. VII Генералната конференция по мерки и теглилки реши да се предположи, че е с дължина 1 метър 1553 164.13 вълни кадмиеви червени линии при определени условия (температура, налягане, и т.н.). До 30-те години на ХХ век, точността на измерване интерферометрични превишени ширината на щрихите в стандартния метър и копия на оригинала. През 1960 г. godu XI Генерална конференция по мерки и теглилки прие нова дефиниция на електромера той става еднаква дължина 1650 763.73 радиационни вълни във вакуум, оранжевата линия на съответното криптон изотоп на атомно тегло 86 (86 Кр). Тази линия е много по-тесен от кадмий линия. Новото определение на електромера повдигна стандартната прецизността 100 пъти. Въпреки това, тя е сравнително малко четири порядъци по-ниска от точността постигната в референтната време. Това по-специално ограничена точност на измерването на скоростта на светлината, тъй като скоростта на светлината определя чрез измерване на времето светлина размножаване на базата на известна дължина, така че точността на измерване се ограничава от точност криптон стандартна дължина, не точно измерване на времето.

Един от начините да се увеличи точността на измерване на дължина откри използването на изобретен през 1960 лазери.

Установено е, че лазерът газ се използва смес от хелий и неон (He-Ne) могат да генерират изключително тесен спектрален линия (така наречените надлъжни режими) - е много по-тясна от тази на стандартната криптон. Въпреки chastóty тези линии да "плаващо", за да се променят по неконтролируем начин (например, поради промени в дължината на резонатор). Следователно, за да се получи източника на светлина е много по-добре, отколкото лампичката за криптон, е необходимо за стабилизиране на честотата на лазерното лъчение. Такова стабилизиране постига с помощта на молекулни абсорбционни линии на някои газове, при което честотата на една от линиите на абсорбция близо до честотата на лазерното лъчение. Например, хелий-неонов лазер може да генерира три дължини на вълната: 0.63, 1.15 и 3.39; където линията с дължина на вълната от 0.63 микрона е много точно съответства на абсорбция линия на молекулно йодни пари J2. линия с дължина на вълната от 3.39 микрона - абсорбция линия на метан CH4 молекули. Cell с абсорбиращ газ се поставя вътре лазерния резонатор. Ако промяната на дължината на резонатора чрез коригиране на лазерна честота в центъра на спектралната линия на абсорбиращата газ, лазерното лъчение се появява в пика на резонанс с изключително тясна ширина на спектъра. Това състояние непрекъснато се поддържа от системата заключена дължината на резонатора. Лазери He-Ne / J2 127 и най-вече не-Ne / CH4 поколение осигуряват много тясна емисионни линии с честота стабилност на същия ред, както и в стандартите на времето. Разбира се, идеята за използване на стабилизиран лазери като референтни стандарти дължина вместо криптон. Това се улеснява от друг обстоятелство.

В началото на 1970-те години в САЩ, Англия, СССР, са проведени експерименти за усъвършенстване на скоростта на светлината във вакуум, въз основа на независимо измерване на честота ню на, и ламбда дължината на вълната на силно стабилен лазер (равна на произведението на νλ). Обработка на резултатите от тези експерименти са дадени стойност = 299 792 458 ± 1,2 м / с неопределеност, 4.10 -9. Преди тези експерименти, тя е равна на 3.10 -7. т.е. измерване на скоростта на светлината използване стабилизирани лазери повишена точност на около два порядъка. Но по-нататъшно изясняване на стойности не е възможно, тъй като стойността на 4.10 -9 почти изцяло поради липса на точност на стандарта дължина криптон, в сравнение с което изчислената ДълЖината на вълната. Извън тази ситуация беше доста неочаквано и оригинално. Решено бе, че ние няма да се опита да се изяснят и да приемете получената стойност 299 792 458 м / сек за универсалните константи. Тъй като скоростта свързва разстоянието и времето е възможно да се даде ново определение на електромера - за единица време. И през 1983 г. най-XVII Генералната конференция по мерки и теглилки за решил да "м. - на разстояние, изминато от светлината във вакуум за 1/299 792 458 от секундата"

3. Разработване на общ стандарт време честота дължина

Горната дефиниция на електромера напълно премахва криптон Стандартната дължина и като цяло прави електромера не зависи от всеки източник на светлина. Но той дава зависимостта на размера на втори, и, следователно, Hertz - единица за честота. Така за пръв път на връзка между продължителността на времето и честота. Тази връзка е довело до идеята да се създаде един стандартно време - честота - дължина (ICP), въз основа на ДълЖината съотношение = с / ν, където λ - дължина на вълната стабилизира лазер, ν - честота. Плодородието на тази идея е, че честотата може да се измерва с точност, предоставена от съвременната стандартна ставка (да речем, 10 -13 или по-малко). И тъй като фиксирана стойност, а стойността на λ се определя със същата точност, че най-малко четири порядъци по-точно, отколкото при използване на предишния стандарт дължина криптон.

Въпреки това, стандартът на честотата, на атомните уточнява, втори, - цезий осцилатор, чиято честота се намира в радиото. И за да се измери сравнение лазерния честота ν с референтната честота, е необходимо да се направи преход на референтната честота в оптичния диапазон, т.е. той се умножава на оптични стойности. Въпреки това, референтната честота има стойност, която не е цяло число и неудобно за трансформациите. Следователно, обикновено цезиев осцилатор се използва вместо ниска честота кристален осцилатор с удобен честота стойност, например 5 MHz. Но такъв генератор е с много по-ниска честота на стабилността сама по себе си да служи като модел не мога. Необходимо е да се стабилизира от цезиев честота стандарт, което му придава същата стабилност.

Това се прави с помощта на фазово фиксирана затворена верига линия. Ниска честота кристален осцилатор fkv увеличава с радио означава в брой (N) пъти и изваждат от честота смесител цезиев стандарт FET на. Изборът на конкретни стойности за п и fkv разлика честота (FET - NFkB) може да се направи приблизително равна на честотата на кварцов генератор (FET - NFkB) = fkv.

разлика честота на сигнала (FET - NFkB) след амплификация се подава към един вход на фазовия детектор, а в другия входен сигнал се подава fkv честота от кварцов генератор. На изхода на фазовия детектор е напрежение, големината и знак, който зависи от разликата честота отклонение на честотата на fkv на. Това напрежение се подава към блока за управление на честотата кварцов осцилатор, като го плъзнете нагоре, докато не стане точно равна на честотата на промяна. С други думи, няма разминаване честоти (БНТ - NFkB) и fkv причинява управляващ сигнал, който намалява несъответствието на нула, при което честотата на кристален осцилатор се поддържа постоянна автоматично и неговата стабилност става почти равна на стабилността на стандартен цезий. Сега е възможно да се предават тази честота в оптичния диапазон.

За тази цел мост radiooptical честота (ROCHM), където веригата на многоточково с помощта на различни микровълнови генератори и лазери междинно submillimeter и инфрачервена изпълнява последователно умножаване на референтната честота е 5 MHz до стойности на 1014 Hz. Това създава честотни стандарти в оптичната лента - оптичен честотни стандарти. Като такива стандарти одобрени пет стабилизирани газови лазери.

Следователно, дължината на възпроизвеждане m препратка в своята нова дефиниция, реализиран чрез атомна (цезиев) Референтен време и честота допълнена ROCHM. Този комплекс и представлява единична стандарт ICP. Характерно е, че размерите на всички звена - единица време (секунди) честота (херца) и дължината (т) - определени от само две физически константи: резонансна честота на атомната прехода на цезий-133 и скоростта на светлината във вакуум.

Etalon 95 (френски еталон - мярка проба) - измервателни уреди и одобрени за възпроизвеждане и / или съхранение и предаване на измерване или мащаб мерна единица за измерване размера на инструменти. Стандартите имат за цел да се осигури еднаквост на измервания в определена област на науката, както и в други области на човешката дейност.