Методы и средства измерения времени Всемирное время

Методы и средства измерения времени

Всемирное время Всеми рное вре мя или UT (англ. Universal Time) — шкала времени, основанная на вращении Земли. Всемирное время введено 1 января 1925 года. UT 0 — всемирное время, определяемое с помощью наблюдений суточного движения звёзд или внегалактических радиоисточников, а также Луны и искусственных спутников Земли. UT 1, или универсальное время — основная версия всемирного времени. UT 1 вычисляется пропорционально углу вращения Земли относительно квазаров, а точнее относительно международной небесной системы координат (ICRS). UT 1 R — сглаженная версия UT 1, в которой фильтруются периодические возмущения во вращении Земли из-за приливов. UT 1 R включает в себя 62 сглаживающих члена с периодами от 5, 6 дней до 18, 6 лет 2

Всемирное координированное время UTC (всемирное координированное время) — атомная шкала времени, аппроксимирующая UT 1. Это международный стандарт, на котором базируется гражданское время. В UTC в качестве единицы времени используется секунда СИ, таким образом UTC идёт синхронно с международным атомным временем (TAI). Обычно в дне UTC 86 400 секунд СИ, однако для поддержания расхождения UTC и UT 1 не более чем 0, 9 с при необходимости 30 июня или 31 декабря добавляется (или, теоретически, вычитается) дополнительная секунда координации. Таким образом шкала времени UTC в отличие от других версий всемирного времени является равномерной, но зато не является непрерывной. 3

Часы Классификация по механизму измерения: n солнечные часы; n огненные часы; n песочные часы; n водяные часы; n механические часы; n камертонные часы; n кварцевые часы; n электронные часы; n атомные часы. 4

Кварцевые часы — часы, в которых в качестве колебательной системы применяется кристалл кварца. Качественные бытовые кварцевые часы имеют точность ± 15 секунд/месяц (в специально спроектированных хронометрах до 0, 3 секунд/месяц). Однако кристалл кварца подвержен старению, и со временем часы начинают, как правило, спешить. Электронная часть часов состоит из генератора колебаний, стабилизированных кварцевым резонатором и делителя. Частота колебаний генератора, как правило, равна 32 768 Гц, что соответствует периоду колебаний — 2− 15 секунды. Импульсы с периодом 1 с подаются на шаговый электродвигатель, вал которого через систему зубчатых колёс приводит в движение стрелки. 5

Атомные часы 6

Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1 -2012 Государственный первичный эталон предназначен для воспроизведения и хранения единиц времени, частоты и национальной шкалы времени и их передачи национальным, государственным вторичным и рабочим эталонам и рабочим средствам измерений в соответствии с государственной поверочной схемой для средств измерений времени и частоты (ГОСТ 8. 129 -99) Секунда – 9 192 631 770 периодов излучения, соответствующих переходу между двумя сверхтонкими уровнями основного состояния атома цезия-133 7

Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1 -2012 Государственный первичный эталон состоит из основных и вспомогательных технических средств. Основные технические средства ГЭВЧ: n комплекс воспроизведения единиц времени и частоты; n комплекс хранения единиц времени и частоты; n комплекс внутренних сличений; n комплекс внешних сличений; n комплекс формирования рабочих шкал времени; Вспомогательные технические средства ГЭВЧ: n комплекс информационно-вычислительных средств ГЭВЧ; n комплекс средств технического обеспечения ГЭВЧ. 8

Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1 -2012 Диапазон значений интервалов времени воспроизводимых эталоном, составляет 1, 0 x 10 -9÷ 1, 0 x 108 с, диапазон значений частоты 1, 0 ÷ 5, 0 x 1014 Гц. Государственный первичный эталон обеспечивает воспроизведение единицы времени (и частоты) с неисключённой систематической погрешностью Ө 0 , не превышающей 5, 0 х1016. Относительная нестабильность единиц времени и частоты при интервалах времени измерения 10 ÷ 30 суток и интервале времени наблюдений 1 год не превышает 1, 0 х10 -15. Пределы допускаемого смещения национальной шкалы координированного времени UTC(SU) относительно Международной шкалы координированного времени UTC ± 10 нс. 9

Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1 -2012 Воспроизведение секунды осуществляется в цезиевом эталоне частоты, принцип действия которого состоит в следующем. Если атомам цезия сообщить тепловые скорости около 200 м/с и пропустить пучок таких атомов в вакуумной камере через высокочастотное поле, то при определенной частоте этого поля, близкой к собственной частоте атомов, происходит их ионизация. Улавливая ионы с помощью особого детектора и измеряя создаваемый ими ток, можно по максимуму силы этого тока установить частоту поля, при которой наступает резонанс и которой соответствует определенная линия поглощения. Частота линий поглощения с помощью особой системы сравнивается с частотой кварцевых часов. 10

Единый эталон времени—частоты —длины Радиооптический частотный мост (РОЧМ), в котором при помощи многозвенной цепочки различных СВЧ-генераторов и промежуточных лазеров субмиллиметрового и инфракрасного диапазонов выполняется последовательное умножение эталонной частоты 5 МГц до значений 1014 Гц. Так создаются эталоны частоты в оптическом диапазоне — оптические стандарты частоты. В качестве таких стандартов утверждены пять стабилизированных газовых лазеров. 11

Единый эталон времени—частоты —длины Создание единого эталона ВЧД, связанная с разработкой фемтосекундных «оптических часов» , способных служить также «оптическим метром» . При этом отпадает необходимость в цепочке передачи благодаря генерированию высокостабильной «оптической гребёнки» в чрезвычайно широком диапазоне спектра. Такая гребёнка, воспринимаемая как белый свет, возникает при прохождении фемтосекундных импульсов от лазера на сапфире с титаном через оптическое волокно со специально созданной микроструктурой. 12

Единый эталон времени—частоты —длины Создание единого эталона ВЧД, связанная с разработкой фемтосекундных «оптических часов» , способных служить также «оптическим метром» . При этом отпадает необходимость в цепочке передачи благодаря генерированию высокостабильной «оптической гребёнки» в чрезвычайно широком диапазоне спектра. Такая гребёнка, воспринимаемая как белый свет, возникает при прохождении фемтосекундных импульсов от лазера на сапфире с титаном через оптическое волокно со специально созданной микроструктурой. 13

Единый эталон времени—частоты —длины Перспективны стандарты частоты, основанные на переходах в ионах ртути, иттербия или стронция, излучающие не в микроволновом, а в оптическом диапазоне. Точность отдельных лабораторных разработок таких оптических часов уже сейчас достигает 2· 10– 15, а в принципе они могут обеспечить точность воспроизведения единиц времени и частоты на уровне 10– 17– 10– 18. Точность стронциевых часов в тысячу раз превосходит точность цезиевых, используемых сегодня в качестве эталона времени и частоты. 14