1、時間頻率計量1精思國計細量民生第一節(jié) 時間頻率的基本名稱和概念 一 時間、頻率的概念定義：有關(guān)時間和頻率的統(tǒng)計統(tǒng)稱為時間頻率計量2精思國計細量民生一 時間、頻率的定義 時間是一個基本物理量，是七個基本單位之一 單位：S 頻率描述的是在單位時間內(nèi)某現(xiàn)象所重復(fù)的次數(shù)，它是時間的導(dǎo)出量 單位是:Hz 二者關(guān)系：f=1/T3精思國計細量民生二 時標(biāo)世界時（UT）歷書時（ET）原子時（AT）、國際原子時(TAI)世界協(xié)調(diào)時（UTC）4精思國計細量民生一 世界時u具有很高的穩(wěn)定度和重復(fù)性的周期可以用來定義時間單位，首先，人們選擇了地球的自轉(zhuǎn)周期，人們把地球自轉(zhuǎn)一圈的時間稱為一個地球日，把全年長短不一的地球

2、日取平均值，得到一個平太陽日。u世界時的秒定義:一S等于平太陽日的86400分之一u平太陽日的準(zhǔn)確度只有“ ”9105精思國計細量民生世界時的得到 1884年國際子午線會議決定，以通過英國格林威治天文臺的經(jīng)線作為計算全球經(jīng)度的起點(0),每隔15定一條標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)線，在其兩側(cè)各730的地區(qū)（時區(qū)）內(nèi)均采用標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)線處的地方時，稱為該地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時（或區(qū)時），這樣，全球一共分為24個時區(qū)，相鄰時區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時相差一小時，世界各地的標(biāo)準(zhǔn)時，都歸算到零時區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)時（格林威治平太陽時），稱為世界時。 我國共跨越5個時區(qū)，北京時間采用東八區(qū)區(qū)時6精思國計細量民生二 歷書時 基于地球公轉(zhuǎn) 歷書秒：1s威1900年1月1

3、0日歷書時12時起算的回歸年的1/31556925.9747 缺點：測算復(fù)雜，使用不便7精思國計細量民生三 原子時（AT）、國際原子時（TAI）原子或者分子躍遷的時候輻射或吸收一定頻率的電磁波，這種電磁波的頻率穩(wěn)定性相當(dāng)高，利用其定義秒可使秒的準(zhǔn)確度大大提高國際原子時（TAI）的時間單位是原子秒。國際原子時是以世界各國授權(quán)實驗室所保持的原子鐘讀數(shù)為依據(jù)，并經(jīng)理論修正得到的。銫原子鐘的準(zhǔn)確度已經(jīng)達到了15108精思國計細量民生 協(xié)調(diào)世界時由原子時和世界時結(jié)合而成。 出現(xiàn)原因：準(zhǔn)確的時間間隔和不均勻的時刻之間的矛盾 解決問題：閏秒9精思國計細量民生四 協(xié)調(diào)世界時（UTC）第二節(jié) 時間頻率的基準(zhǔn)10

4、精思國計細量民生 自從1967年第13屆國際劑量大會將時間間隔單位定義為原子秒以來，已經(jīng)先后研制成功了三代銫原子基準(zhǔn)裝置，即：磁選態(tài)熱束型光抽運熱束型激光冷卻銫原子噴泉型三種基準(zhǔn)的準(zhǔn)確度均達到了10-15量級11精思國計細量民生一、銫原子時間頻率基準(zhǔn)的工作原理 設(shè)法使原子或分子受到激勵，使其產(chǎn)生能級躍遷 就能夠得到其相應(yīng)的穩(wěn)定而又準(zhǔn)確的頻率 由于銫-133 的能級十分穩(wěn)定，利用銫-133 的某一固定躍遷，可以制成國際標(biāo)準(zhǔn)計時器 特點：高度的可靠性和可復(fù)制性12精思國計細量民生銫原子基準(zhǔn)裝置磁選態(tài)熱束型銫原子時間頻率基準(zhǔn)光抽運熱束型銫基準(zhǔn)激光冷卻銫原子噴泉鐘13精思國計細量民生精思國計細量民生1

5、4精思國計細量民生15銫原子鐘銫原子鐘（摘自百度）16精思國計細量民生銫原子鐘銫原子鐘（摘自百度）17精思國計細量民生銫原子鐘銫原子鐘（摘自百度）18精思國計細量民生激光冷卻銫原子噴泉鐘 利用激光制冷的低溫使得銫原子象噴泉一樣“升降”而得名。 優(yōu)點：信號的解析度比傳統(tǒng)的銫原子鐘高100倍以上，也使銫原子成為目前準(zhǔn)確度最高的時頻基準(zhǔn)，準(zhǔn)確度可以達到 甚至 量級1510161019精思國計細量民生激光冷卻銫原子噴泉鐘精思國計細量民生20激光冷卻銫原子噴泉鐘的工作過程形成冷原子團形成噴泉式運動再次吸收微波的能量銫原子躍遷銫原子回到基態(tài)能級 如此反復(fù)多次，取每一次微波諧振腔中的共振頻率的平均值，可以得

6、到一個確定頻率的微波，使大部分銫原子的能量狀態(tài)發(fā)生相應(yīng)改變。這個頻率就是確定秒長的基礎(chǔ)頻率21精思國計細量民生精思國計細量民生22美國美國NISTNIST的鈣原子鐘的鈣原子鐘第三節(jié) 時間頻率的傳遞和校準(zhǔn)24精思國計細量民生一一 搬運鐘搬運鐘缺點：花費高，并且服務(wù)范圍有限，現(xiàn)在已經(jīng)較少采用。二二 有線時頻傳遞有線時頻傳遞優(yōu)點：工作可靠、成本低廉、可滿足中等準(zhǔn)確度時間用戶的要求準(zhǔn)確度可達1ms25精思國計細量民生三 無線時頻傳遞專用時頻傳遞系統(tǒng)短波長波兼用時頻傳遞系統(tǒng)26精思國計細量民生四 衛(wèi)星時頻傳遞 優(yōu)點：覆蓋面積廣、受大氣層和電離層干擾小、可靠性高、與導(dǎo)航、通信、氣象、電視廣播等服務(wù)兼容。

7、它是目前潛力最大，受重視程度最高的時頻傳遞技術(shù)27精思國計細量民生利用衛(wèi)星進行時頻傳遞的實現(xiàn)方法 利用衛(wèi)星進行時間頻率對比的方法可以分為“有源”和“無源”兩類。 無源又可分為單向法和雙向法單向法準(zhǔn)確度：1050s雙向法分為兩種： 閉環(huán)兩次轉(zhuǎn)發(fā) 開環(huán)一次轉(zhuǎn)發(fā)28精思國計細量民生精思國計細量民生29第四節(jié)時間頻率計量發(fā)展的現(xiàn)狀時間頻率計量發(fā)展的現(xiàn)狀30精思國計細量民生總述 時間頻率作為一個重要 的基本物理量在國民經(jīng) 濟、國防建設(shè)和基礎(chǔ)科學(xué)研究中起著重要作用，世界各國都十分關(guān)注時間頻率計量的發(fā)展和研究并不斷投入巨資研究開發(fā)相關(guān)技術(shù)，以求保持領(lǐng)先地位。31精思國計細量民生一 各國銫原子時間頻率基準(zhǔn)研究現(xiàn)狀 法國、美國和德國一直在時間頻率的研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。 法國擁有最好的銫原子鐘。 瑞士科學(xué)家研制出的銫原子鐘準(zhǔn)確度可達（13）10-15 我國的“NIM4激光冷卻銫原子噴泉時間頻率基準(zhǔn)”準(zhǔn)確度可達5 10-15，獲2006年度國家科技進步一等獎。表明我國時間頻率計量已經(jīng)進入世界最先進水平的行列32精思國計細量民生二 新一代時間頻率基準(zhǔn)研究狀況 全光學(xué)原子鐘 新一代的10-1610-17量級的新型時頻裝置也正在被不斷的研究（1） 激光冷卻銣原子噴泉鐘（2） 微重力作用下的冷原子鐘（空間鐘）33精思國計細量民生二 時間頻率傳遞體