第8章-各种物理量的测试计量.ppt

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1、第8章各种物理量的测试计量8.1时间频率计量测试8.2电磁学计量测试8.3电子计量测试习题8.1时间频率计量测试8.1.1基本概念时间是一个基本的物理量，它的单位是秒（s）。在单位时间内周期运动重复的次数称为频率，它的单位是赫兹（Hz）。在SI中，秒是基本单位，赫兹是导出单位。时间的量纲和频率的量纲是倒数关系。历史上都是通过天文观测和计算的方法获得准确秒的。随着科技的进步，时间单位秒的确定也经过了世界时、历书时和原子时的过程。根据地球自转所形成的昼夜变化，通过天文观测可以定出的太阳日被称为

2、视太阳日。将每太阳日均分为86400等份，可以得到时间单位秒。但从全年来看，这个时间单位值仍然是变化的。因为随着季节的变化，每个视太阳日的长短也有所变化，其中最长和最短的视太阳日之差会达到51s。为了得到全年一致的时间单位值，把全年长短不等的视太阳日加以平均，得到一个平太阳日，再将平太阳日分为86400等份，每一份便是时间单位秒。世界时UT秒定义为：1s等于平太阳日的86400分之一。只有时间单位和计时系统（如钟）还不能完全决定时间，即只能得到时间间隔，而不能得到时刻，也就是说，还需要一个起点

3、。为了统一全世界的时间，经1884年国际子午线会议决定，以通过英国格林威治天文台的经线作为计算全球经度的起点（0°），每隔15°定一条标准经线，在其两侧各7°30′的地区（时区）内均采用标准经线处的地方时，称为该时区的标准时（或区时）。这样，全球一共分成24个时区,相邻时区的标准时相差1小时。世界各地的标准时，都归算到零时区的标准时（格林威治平太阳时），称为世界时。时刻的起点为1858年11月17日0时。由于科学技术的发展，尤其是石英晶体振荡器和石英钟的出现并用于守时，人们发现地球的自转是不均

4、匀的，在不同的年度得到的世界时秒长并不一致，其精度只达到10-8左右。1960年第十一届国际计量大会决定采纳基于地球公转周期的历书时ET秒定义：“秒为1900年1月0日历书时12时起算的回归年的1/31556925.9747。”历书时虽然在理论上是一种均匀时标，但是观测比较困难，而且需要长年累月地进行。利用对太阳和月亮的综合观测三年的资料才能得到10-9的精度。随着量子理论和电子学的发展，人们认识到，原子或分子只处于一定的量子能级，当它从一个能级跃迁到另一个能级时，将辐射或吸收一定频率的

5、电磁波。这种电磁波的频率稳定性相当高，远远超过世界时和历书时所依据的天文标准，若用其来定义秒，可以使秒的精度大大提高。1967年第十三届国际计量大会通过新的原子秒的定义：“秒是与铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9192631770个周期的持续时间。”原子时AT的时刻起点为1958年1月1日0时。目前，铯原子钟的精度已经达到10-15量级，也就是数百万年不差一秒。国际原子时TAI的稳定性是由分布于世界各地的、隶属于十多个国家的数十家实验室的原子钟定期比对来保证的。这些原子

6、钟的比对是通过罗兰-C系统、电视与GPS系统进行的。比对的不确定度根据比对方法的不同而不同，但都小于0.2μs。国际原子时从1975年开始发布，作为统一全世界时标的基础。原子频标的建立使人们摆脱了以地球自转为基础的世界时，获得了高度准确的时间频率。但是这对于那些与地球自转角位置密切相关的、适应于不均匀的世界时的工作，比如船舶定位、大地测量等来说，则有些不便。为了解决这个问题，提出了以“闰秒”作为协调的办法。当世界时由于地球自转速度的变化而与国际原子时不一致时，则在适当的时刻增加一秒（闰秒）或减

7、少一秒（负闰秒），使两者的时刻基本一致，这就是协调世界时。协调世界时的秒长与原子时一致，而时刻则是利用闰秒协调来与世界时一致（两者的时差控制在±0.95s以内)，这就可以满足各方面的需要了。协调世界时的起点是1960年1月1日世界时0时。从1972年起，世界各国的标准频率和时号发播台都正式播发协调世界时。1974年国际上确定把协调世界时作为国际的法定时间。截至1983年6月底，协调世界时已比国际原子时落后了21s。实施闰秒的具体时间，一般是在当年的6月30日或12月31日的最后一分钟，由国际时间

8、局综合世界各国天文台的观测结果来确定，并提前两个月发出公告，全球统一行动，要求时间同步到1ms以内，频率同步到1×10-10以内。8.1.2时间频率标准时间频率标准包括精密钟、音叉、高稳定度石英晶体振荡器和各种原子频率标准。原子频率标准(简称频标)可以分为主动型（有源）和被动型（无源）两种。主动型的有氢激射器、铷激射器等，由量子振荡器直接输出标准频率信号；被动型的有铯束原子频率标准(简称铯原子标准)、气泡型铷原子频率标准和吸收型氢原子频率标准等，它们的量子系统不能直接输出标准频率信号，而是通过