时间测量

在国际单位制中的7个基本单位中(1.长度—米;2.质量—千克或公斤;3.时间—秒;4.电流—安或安培;5.热力学温度—开或开尔文;6.物质的量—摩或摩尔;7.发光强度—坎或坎德拉)时间单位的定义与测量是历史最悠久、情况最复杂、目前测量精度最高的一个基本单位。

天文学时间标准在人类社会活动和科学技术进步中曾经发挥了巨大作用。但是由于它的实测精度很难提高,在20世纪50年代以后,逐步为新兴的物理学原子标准所取代。原子时间计量标准在1967年正式取代了天文学的秒长的定义新秒长规定为:位于海平面上的铯Cs133原子基态的两个超精细能级间在零磁场中跃迁振荡9192631770个周期所持续的时间为一个原子时秒。这一定义标志着时间测量的一个新时代的到来。

时间既然由原子振荡频率来定义。因此频率稳定度和频率准确度便成为时间测量的一个重要概念。在时频测量中习惯上把不稳定性称为稳定度,例如,国际原子时的稳定度为正负310的负15次方。就是指国际原子时在取样时间内的不稳定性

时域下的时间稳定度测量 ——被测时钟和参考时钟的输出信号(例如秒)分别进入时间间隔计数器。参考时钟的秒脉冲信号为开门信号被测时钟的秒脉冲信号为关门信号。然后由时间间隔计数器计算被测时钟秒脉冲到达预设波阵面高度的时刻。  

时域下的频率稳定度测量——测量频率稳定度一般使用两个频率不同但相近的振荡器,去伺服混频器再经过低通滤波后,由电子计数器进行测量。

频域下的频率稳定度特征——要得到各种偶然因素造成的频率不稳定性,一般方法是将它们的功率谱密度函数在所有的频率上进行积分。然后对增量利用方差进行统计处理。最常用的是Allan方差。

时间和频率比对——在原子时测量领域中,由于构成时间的基本单位是频率。因此,实验室内部需要经常进行频率比对,以求得尽量均匀的时间单位;同时,各个实验室之间也需要相互比对。时间比对主要分为局部时间比对和远距离时间比对,在远距离时间比对中又采用搬运钟、单向法、双向法。