計量論壇

標題: 時間基準 [打印本頁]

作者: 飄八零 時間: 2008-10-29 20:16
標題: 時間基準
所謂時間基準，就是在當代被人們確認為是最精確的時間尺度，長期以來，人們一直在尋求著這樣的時間尺度。
在遠古時期，人類以太陽的東升西落作為時間尺度；公元前二世紀，人們發明了地平日晷，一天差15分鐘；一千多年前的希臘和我國的北宋時期，能工巧匠們曾設計出水鐘，精確到每日10分鐘誤差；六百多年前，機械鐘問世，并將晝夜分為24小時；到了十七世紀，單擺用于機械鐘，使計時精度提高近一百倍；到了20世紀的30年代，石英晶體震蕩器出現，對于精密的石英鐘，三百年只差一秒…。
自十七世紀以來，天文學家們以地球自轉和世界時作為時間尺度：當地球繞軸自轉一周，地球上任何地點的人連續兩次看見太陽在天空中同一位置的時間間隔為一個平太陽日。1820年法國科學院正式提出：一個平太陽日的1/86400為一個平太陽秒，稱為世界時秒長。
由于地球自轉季節性變化、不規則變化和長期減慢，所以世界時每天可精確到1×10-9。但是社會的進步和科學技術（特別是航天、空間物理、軍事等）的飛速發展，使人們對時間尺度的精度需求越來越高。
1953年是時頻科學的一個新的里程碑。世界上第一臺原子鐘在美國哥倫比亞大學由三位科學家研制成功，其中有一位科學家是我們中國人，叫王天眷（后來回國，多年從事祖國的頻標事業）。原子鐘的出現標志著一門嶄新的學科：量子電子學誕生。1967年13屆國際計量大會決定：銫原子Cs133基態的兩個超精細能級間躍遷輻射震蕩9192631770周所持續的時間為1秒。此定義一直延用至今。所以，從1967年后，時間基準的名稱應該由PRIMARY CLOCK來代替，它指的是實驗室型大銫鐘。就已發表的資料來看，德聯邦的“聯邦技術物理研究院”的PTB-CsI、美國國家標準局的NBS-6及加拿大國家研究院的NRC-CsV的準確度均已達到10-14量級。我國計量院的CsII、CsIII也達到10-13量級。由此可見PRIMARY CLOCK的準確度至少要比商品型小銫鐘高出一個數量級。
對于大銫鐘這樣的一級時間標準，世界上只有少數幾個國家的時頻實驗室擁有，而且，有的還不能長期可靠地工作。但是，對于世界上大多數沒有大銫鐘的實驗室也可以有自己的時間尺度。其方法是：用多臺商品型銫鐘（目前5071A型小銫鐘的準確度為1×10-12）構成平均時間尺度。你的實驗室的小銫鐘越多，你的時間尺度的穩定性就越好。有了這樣高穩定度的時間尺度，也可以滿足國防、科研、航天等方面的急需。例如：我們國家授時中心有六臺小銫鐘，組成我們的地方原子時尺度，其穩定度為10-14量級。國外有的實驗室有幾十、乃至幾百臺小銫鐘，那麼，穩定度就更高了。

國家授時中心5071銫鐘組

社會在進步，科技在發展，人類對新的時間基準的研究仍在繼續，大銫鐘作為PRIMARY CLOCK的地位受到嚴重沖擊。例如：原子噴泉、光頻標就是它的強力對手。噴泉鐘的準確度進入10-15, 最好的達到1×10-15（美國標準與技術研究院）。光抽運銫束基準頻標的準確度也進入10-15（法國巴黎時間頻率實驗室）。
因此，不久的將來，噴泉鐘或光頻標完全有可能取代目前的微波頻標，成為新一代的時間頻率基準。

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