Nacionalni etaloni

Čas in frekvenca

Meroslovje se na področju časa in frekvence ukvarja predvsem z realizacijo enote sekunde, ki je osnovna enota sistema SI. Definirana je kot trajanje 9.192.631.770 period elektromagnetnega valovanja, ki ustrezajo prehodu med hiperfinima energijskima nivojema cezijevega atoma 133 v osnovnem stanju. Za realizacijo te definicije enote sekunde se največkrat uporabljajo primarni frekvenčni etaloni na cezijev atomski curek, ki so tradicionalni in najpogostejši. Mlajši in točnejši so etaloni na cezijevo fontano.

Pri etalonih na cezijevo fontano so atomi cezija najprej s pomočjo laserskih žarkov ohlajeni in zgoščeni, nato izstreljeni do višine približno enega metra. Pod vplivom gravitacijskega polja nato padejo mimo resonatorja in detektorja, kjer se vršijo prehodi med stanjema. Spektralna črta iz etalona na cezijevo fontano je na ta način dosti bolj točno definirana, saj je trkov med atomi zelo malo, zaradi zelo nizkih temperatur pa so zelo majhne tudi neželene Brownove hitrosti atomov.

 

 

Etalone na cezijevo fontano vzdržujejo v laboratorijih PTB v Nemčiji, NPL v Veliki Britaniji, NIST v Združenih državah Amerike, LNE-SYRTE v Franciji in IEN v Italiji. Točnost primarnih etalonov se danes giblje okoli 2×10-15 Hz/Hz.

Manjši laboratoriji večinoma uporabljajo komercialne izvedbe etalonov na cezijev atomski curek, katerih večina je tipa 5071A. Praviloma imajo laboratoriji skupino takih etalonov oz. ur, ki jih medsebojno primerjajo in tako iz povprečja dobijo še bolj točne frekvence ter hkrati zagotavljajo potrebno redundanco in verifikacijo delovanja sistema. Tipična točnost takih etalonov je okoli 2×10-13 Hz/Hz.

Enota sekunde v Sloveniji je realizirana s pomočjo enega komercialnega frekvenčnega etalona proizvajalca Hewlett Packard, tip 5071A.

Opis etalonskega sistema za čas in frekvenco v SIQ

Referenčni etalon za čas in frekvenco, ki ga uporabljamo, je frekvenčni etalon proizvajalca Hewlett Packard, tip 5071A. Ta etalon primerjamo s PTB-jevim primarnim etalonom preko »common-view« primerjave, kjer imajo sateliti GPS vlogo prenosnega etalona. Prenosni etalon služi le za prenos vrednosti med laboratoriji in njegova absolutna točnost ne vpliva na končni rezultat primerjave. Mora pa biti stabilen in ponovljiv, kar pa sateliti GPS so.

Podatke iz »common-view« primerjave pošiljamo tudi na BIPM (Bureau International des Poids et Mesures), kjer na podlagi podatkov iz vseh laboratorijev, ki so vključeni v to primerjavo, vršijo izračun mednarodne atomske časovne skale (TAI – International Atomic Time). Ta se izračunava tako, da se čim bolj prilega sami definiciji sekunde SI. Na BIPM vršijo tudi izračun koordiniranega univerzalnega časa (UTC – Universal Time Coordinated), ki je izračunan na podlagi TAI, vendar tako, da se čim bolj prilega neenakomerni rotaciji zemlje.

Lokalne realizacije časa UTC se vzdržujejo v meroslovnih laboratorijih po vsem svetu. Tako je vir UTC (SIQ) isti etalon, ki služi tudi kot frekvenčni etalon. Fizični vir je 1 PPS (impulz na sekundo) izhod na prednji strani tega etalona.

SIQ je v izračun TAI oz. UTC vključen od 1. 8. 2007. BIPM objavlja rezultate teh izračunov v publikaciji Circular-T, ki jo izdaja vsak mesec. Objavljena je tudi na njihovi spletni strani. Na spletni strani so dostopni tudi drugi podatki, ki se tičejo izračunov.

Na podlagi »common-view« primerjave smo lahko frekvenco našega etalona uskladili s frekvencami TAI oz. UTC. Tako smo izboljšali dolgoročno točnost našega etalona za približno 10-krat. Pred primerjavo je bilo relativno odstopanje frekvence etalona -2,7×10-13 Hz/Hz, po nastavitvi pa je znotraj ±2×10-14 Hz/Hz. Boljše točnosti trenutno ne moremo doseči zaradi temperaturnih nihanj v prostoru, kjer se nahaja etalon.

Meroslovne zmogljivosti laboratorija za čas in frekvenco

SIQ ima v BIPM-podatkovni bazi ključnih primerjav (KCDB) vpisane kalibracijske merilne zmogljivosti (CMC) za merjenje frekvence in časovnega intervala. Na področju frekvence lahko generiramo in merimo frekvence v razponu od 0,1 MHz do 26,5 GHz. Rutinske kalibracije pri teh frekvencah se vršijo s pomočjo števcev frekvence. V laboratoriju imamo pet ustreznih števcev. Z njimi pokrivamo omenjen frekvenčni razpon. Za potrebe kalibracij frekvenčnih etalonov pa uporabljamo metodo fazne primerjave. Ta metoda je najbolj točna, pa tudi dolgotrajna.

Časovni interval lahko merimo v razponu od -1s do 100000s. Te meritve se izvajajo s pomočjo števcev časovnega intervala ali pa osciloskopa.

Trenutno pripravljamo postopke na področju absolutne časovne skale, tako da bomo lahko kalibrirali tudi absolutno razliko glede na čas UTC.

Diseminacija časa UTC (SIQ)

SIQ ima postavljen strežnik NTP, ki je sinhroniziran na nacionalni etalon frekvence. Strežnik NTP ima kot pomožni vir časa tudi sprejemnik GPS. Strežnik NTP je trenutno prosto dostopen za vse uporabnike na naslovih:

  • ntp.siq.si
  • time.siq.si

Po predhodnem dogovoru je možna tudi avtentikacija strežnika s pomočjo ključev MD5.

Uporabne povezave:

Kontakti: