原子钟介绍

同步天下
2022-07-25
来源:原创

关键词:芯片原子钟、铷原子钟、铯原子钟

本文主要围绕芯片原子钟、铷原子钟、铯原子钟的介绍。

芯片原子钟具有体积小,功耗低,成本低的突出优点,可应用于北斗卫星导航接收机,水下导航,武器系统数据链,时频体系节点等,是最具有工程应用前景的原子钟。先进的军事平台、海底勘测系统和遥感应用都需要精确的计时来确保成功完成任务。即使在全球导航卫星系统时间信号不可用的情况下,芯片级原子钟也能保证稳定和准确的计时。为帮助满足工业和军事系统开发人员的需求

芯片级原子钟的性能改进将使从事高便携度军事应用解决方案的开发人员受益,这类解决方案包括需要由尺寸小、重量轻和功耗低原子钟产生精确频率的定位、导航和定时保障系统以及指挥、控制、通信、计算机、网络、情报、监视和侦察系统。冷启动后快速预热到频率、宽工作范围内的温度稳定性,以及在GNSS被拒绝的情况下能够延长运行时间的频率精度和稳定性等功能改进,有助于确保在冲突环境中成功完成任务。

由我司生产的SYN010H型芯片原子钟是一款基于相干布局囚禁CPT原理实现的芯片级原子钟,采用国产元器件和工艺研制而成,可在-40℃到+75℃的工作环境范围内保证PPb 量级的频率精度,外形及安装尺寸兼容SA.45s,是代替国外芯片级原子钟的理想产品,并具有低功耗、小尺寸、快启动的优点,广泛应用于多种便携式设备及无人值守时频设备中。

铷原子钟具有高精度、高可靠性同步时钟产品。该时钟将高稳定性铷振荡器与GPS高精度授时、测频及时间同步技术有机的结合在一起,使铷振荡器输出频率驯服同步于GPS卫星铯原子钟信号上,提高了频率信号的长期稳定性和准确度,能够提供铯钟量级的高精度时间频率标准,我司生产的SYN3306型高性能铷原子钟是一款高精度多功能便携式铷原子时钟,可选外部参考驯服内部铷钟,输出1PPS/XPPS/1MHz/5MHz/10MHz等多种频率标准信号。该铷钟选件功能丰富,可选多精度北斗GPS卫星授时接收机、1PPS参考输入、多种稳定度指标、低相噪指标、宽范围工作温度、任意频率调节输出功能和多路通信授时接口等,是通信广电计量等部门替代铯钟的高性价比时频产品。

铷原子钟输出的1pps信号,是由铷振荡器频率信号分频得到的,并且同步于GPS输出的UTC时间,同时能够克服GPS接收机秒脉冲信号跳变带来的影响,是真正复现的"UTC时间基准"。当GPS失锁或出现异常不可用时,系统能够智能判别,切换到铷钟进行守时,继续提供高可靠性的时间频率信号。

铷原子钟溯源同步到GPS卫星铯原子钟上,输出频率几乎没有漂移,所以不需送上级计量部门进行周期校准,性能接近铯钟,但却远远低于铯钟的价格,而且不存在铯钟那样铯束管寿命短需要高成本更换的问题。铷原子钟非常适合应用于SDH数字同步网的1,2级节点时钟,为电力、电信、广电、时统、计量校准、雷达设备等提供高精度的时间和频率基准。

有一种精密的计时器具。日常生活中使用的时间准到1分钟也就够了。但在近代的社会生产、科学研究和国防建设等部门,对时间的要求就高得多。它们要求时间要准到千分之一秒,甚至百万分之一秒。为了适应这些高精度的要求,人们制造出了一系列精密的计时器具,铯钟就是其中的一种。铯钟又叫"铯原子钟"。

它利用铯原子内部的电子在两个能级间跳跃时辐射出来的电磁波作为标准,去控制校准电子振荡器,进而控制钟的走动。这种钟的稳定程度很高,最好的铯原子钟达到2000万年才相差 1 秒。在国际上, 普遍采用铯原子钟的跃迁频率作为时间频率的标准,广泛使用在天文、大地测量和国防建设等各个领域中。

2007年,中国计量科学研究院成功研制"铯原子喷泉钟",实现了600万年不差一秒,达到世界先进水平。中国成为继法、美、德之后,第四个自主研制成功铯原子喷泉钟的国家,成为国际上少数具有独立完整的时间频率计量体系的国家之一。

中国铯原子喷泉钟研制中实现了一系列国际首创,主要有:提出铯原子喷泉钟运行率的概念,将铯原子喷泉钟运行可靠性用定量表述,并在2003年率先达到运行率95%;用单根光纤传输四束水平装载-冷却光,改善对射光功率平衡;利用选态微波功率控制原子密度,改善冷原子碰撞频移评定;提出并成功实现正负交替采样,改善频率锁定稳定度。



对国家经济建设、基础科研,特别是国防安全都极为重要。1967年国际计量大会将秒的定义从天文秒改为原子秒。上世纪末,美国研制成功了GPS全球卫星定位系统,在军事、科研、计量、航空、航天、通讯、气象、资源、环境、大地测量各领域中,发挥着巨大的作用。铯原子喷泉钟是GPS的基础支撑技术。原子时,并溯源到美国标准技术院(NIST)的铯原子喷泉钟。由于时间频率基准关系到国家核心利益,而铯原子喷泉钟是一个国家独立时间频率体系的源头,因此发达国家纷纷加大投入研制改进一代又一代的铯原子喷泉钟。

三者相比芯片原子钟功耗低,成本低。铯原子钟实用化最早,重量最重;铷原子钟精度最低,但重量也最轻,应用广泛满足不同用户的需求。

我司与多所知名大学,中电集团,中国航空,航天集团,中国兵器,中船重工,华为等相关单位紧密合作。在产品优化方面可做到根据用户需求而定制满足其要求的技术参数产品。

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