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國家時間頻率計量基準相關介紹

十一运夺金技巧算法 www.xbwty.com ? ? 國家時間頻率計量基準包括:秒長國家計量基準和原子時標國家計量基準。

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秒長國家計量基準:

? ??秒長國家計量基準是直接復現秒定義的實驗裝置,輸出的標準頻率具有最高計量學特性,它是經國家審查、批準作為統一全國秒長量值(頻率量值)最高依據的計量器具,全國只有一套。1967年,秒定義從天文秒改為原子秒,定義在銫原子基態能級躍遷上。銫原子鐘成為直接復現秒定義的實驗裝置。

? ? 世界上第一臺熱銫束鐘是英國國家物理實驗室1955年研制完成的。中國計量科學研究院從70年代起開始了熱銫束鐘的研究,1981年研制完成的NIM3熱銫束鐘,相對頻率不確定度達到3×10-13,成為中國第一代秒長國家計量基準。2003年,中國計量科學研究院研制完成了中國第一臺激光冷卻銫原子噴泉鐘NIM4,不確定度達到8.5×10-15,隨后改進提高至5×10-15,經國家質量監督檢驗檢疫總局批準替代NIM3熱銫束鐘,成為中國第二代秒長國家計量基準。2014年,中國計量科學研究院研制完成的新一代NIM5銫原子噴泉鐘,不確定度達到1.5×10-15,獲批取代NIM4成為新的秒長國家計量基準。2014年8月,NIM5銫原子噴泉鐘通過國際專家評審開始參加國際原子時合作駕馭國際原子時。2017年改進后的NIM5不確定度達到9×10-16。

? ? 秒長基準利用高穩晶振或者低溫藍寶石晶振等頻率源,通過頻率變換合成9192631770 Hz的微波信號。利用此微波信號激勵銫原子產生鐘躍遷,誤差信號反饋給頻率源將微波頻率鎖定到銫原子秒定義能級躍遷上。由于秒定義在不受任何外界場干擾的孤立的銫原子躍遷頻率,因此世界各國計量院研制的基準鐘復現秒定義都評定和修正一系列物理效應引入的鐘躍遷頻率偏移,包括外界場引入的頻率偏移,如將原子周圍溫度引入的黑體輻射頻移修正到0 K溫度,將重力場引入的頻率偏移修正到平均海平面水準。

? ? 秒長國家計量基準作為國家時間頻率計量體系的源頭,復現秒定義輸出基準頻率,用來駕馭氫鐘產生本地原子時,向國際計量局報送數據,駕馭國際原子時,也直接測量光鐘等高性能原子鐘的頻率。

? ? 隨著科學技術的發展,秒定義可能被修改,其時,按新定義復現秒長的實驗裝置將成為新的秒長國家計量基準。

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原子時標國家計量基準:

? ?中國計量科學研究院于1980年建立了原子時標,1983年經國家計量主管部門(原國家質量監督檢驗檢疫總局)批準,由中國計量科學研究院(NIM)國家時間頻率計量中心建立和保持的原子時標UTC(NIM)為原子時標國家計量基準,是統一全國時間頻率量值的最高依據。

? ?原子時標國家計量基準由守時鐘組、內部測量系統、溯源比對系統、數據處理系統、算法及控制系統等部分組成。守時鐘組由不間斷運行的多臺商品氫原子鐘和商品銫原子鐘組成,產生連續穩定的時間頻率信號;內部測量系統通過雙混頻時差測量得到中國計量科學研究院協調世界時UTC(NIM)與各守時原子鐘之間的時差(相位差);溯源比對系統通過全球衛星導航系統(GNSS)及衛星雙向時間頻率傳遞(TWSTFT)技術使UTC(NIM)實現國際比對,參加國際原子時合作;數據處理系統對內部比對和國際比對數據進行存儲、監測和處理;算法及控制系統對鐘組相關數據進行計算產生本地原子時,利用中國計量科學研究院保持的銫噴泉鐘秒長國家計量基準和國際原子時合作返回的UTC-UTC(NIM)數據對其進行駕馭(校準),產生準確穩定的UTC(NIM)。

? ?UTC(NIM)作為原子時標國家計量基準,其量值溯源至國際標準時間-協調世界時(UTC)并對UTC做貢獻;同時作為國家時間頻率量值的源頭,保證國內時間頻率測量量值的準確統一。與協調世界時(UTC) 實現全球衛星導航系統(GNSS)共視及載波相位時頻傳遞,保證了UTC(NIM)參加TAI合作的高水平鏈接,與UTC偏差在±5 ns內,標準合成不確定度優于2 ns。

? ?中國計量科學研究院基于載波相位的鏈接于2013年成功主導了歐亞四國銫原子噴泉鐘國際比對,標志中國第一次成功實現基準鐘國際比對;實現時間傳遞鏈路校準技術及裝置,2014年被BIPM指定為國際9家一類GNSS時間傳遞鏈路校準實驗室,負責對亞太區域內二類實驗室的校準。