Архив рубрики 'rubidium'

Научная точность атомных часов

Пятница, февралю 5th, 2010

Точность становится все более важной в современных технологиях и не более, чем точность во времени. От интернета до спутниковой навигации точная и точная синхронизация жизненно важна в современную эпоху.

На самом деле многие из технологий, которые мы считаем само собой разумеющимися в современном мире, были бы невозможны, если бы не были изобретены самые точные машины - Атомные часы.

Атомные часы - это просто устройства для учета времени, такие как часы или часы. Но то, что стоит на них, - это точность, которую они могут достичь. В качестве грубого примера ваши стандартные механические часы, такие как башня с часами в центре города, будут дрейфовать на столько же, сколько в секунду в день. Электронные часы, такие как цифровые часы или радиочасы, более точны. Эти типы часов дрейфуют секунду примерно через неделю.

Однако, когда вы сравниваете точность атомных часов, в которых вторая не будет потеряна или получена в 100,000 лет или более, точность этих устройств несравнима.

Атомные часы могут достичь этой точности с помощью осцилляторов, которые они используют. Почти все типы часов имеют генератор. В общем, осциллятор - это просто цепь, которая регулярно клеится.

Механические часы используют маятники и пружины, чтобы обеспечить правильное колебание, в то время как электронные часы имеют кристалл (обычно кварц), который при прохождении электрического тока обеспечивает точный ритм.

Атомные часы используют колебания атомов в разных энергетических состояниях. Часто используется цезий 133 (а иногда и рубидий), поскольку его сверхтонкое переходное колебание превышает 9 миллиардов раз в секунду (9,192,631,770), и это никогда не меняется. Фактически, Международная система единиц (SI) теперь официально рассматривает вторую по времени как 9,192,631,770 циклы излучения атома цезия.

Атомные часы обеспечивают основу для мирового масштаба времени - UTC (Coordinated Universal Time). И компьютерные сети по всему миру остаются в синхронизации, используя сигналы времени, транслируемые атомными часами, и NTP серверы времени (Network Time Server).

Осцилляторы Rubidium Дополнительная точность для обслуживания NTP (часть 2)

Суббота, январь 9th, 2010

Продолжение ...

Однако есть случаи, когда сервер времени может потерять связь с атомными часами и не получать временный код в течение длительного периода времени. Иногда это может быть из-за простоев с помощью диспетчеров атомных часов для обслуживания или что соседние помехи блокируют передачу.

Очевидно, чем дольше сигнал падает, тем больше потенциального дрейфа может произойти в сети, поскольку кварцевый генератор в NTP-сервером это единственное, что удерживает время. Для большинства приложений это никогда не должно быть проблемой, так как самый продолжительный период простоев обычно не превышает трех-четырех часов, и сервер NTP не мог бы сильно затормозить за это время, и возникновение этого простоев довольно редко (возможно, один раз или два раза в год).

Тем не менее, для некоторых ультра точных высокопроизводительных приложений начинают использоваться рубидиевые кварцевые генераторы, поскольку они не дрейфуют столько, сколько кварц. Рубидий (часто используется в атомные часы сами по себе вместо цезия) гораздо точнее осциллятора, чем кварц, и обеспечивает лучшую точность, когда отсутствует сигнал к NTP-сервер времени позволяя сети поддерживать более точное время.

Рубидий сам по себе является щелочным металлом, аналогичным по свойствам калия. Он очень слабо радиоактивен, хотя и не представляет опасности для здоровья человека (и часто используется при медикаментозной визуализации путем инъекции его пациенту). Он имеет период полураспада 49 миллиардов лет (время, затрачиваемое на разложение в два раза), в сравнении с некоторыми из наиболее смертоносных радиоактивных материалов периоды полураспада менее секунды).

Единственная реальная опасность, которую представляет рубидий, заключается в том, что она довольно сильно реагирует на воду и может вызвать пожар

Осцилляторы Rubidium Дополнительная точность для обслуживания NTP (часть 1)

Четверг, января 7th, 2010

Осцилляторы были необходимы в развитии часов и хронологии. Осцилляторы - это просто электронные схемы, которые генерируют повторяющийся электронный сигнал. Часто такие кристаллы, как кварц, используются для стабилизации частоты колебаний,

Осцилляторы являются основной технологией электронных часов. Цифровые часы и аналоговые часы с батарейным питанием управляются колебательной схемой, обычно содержащей кристалл кварца.

И хотя электронные часы во много раз точнее механических часов, кварцевый осциллятор будет по-прежнему дрейфовать на секунду или две каждую неделю.

Атомные часы конечно, гораздо точнее. Тем не менее, они все же используют осцилляторы, чаще всего цезий или рубидий, но они делают это в сверхтонком состоянии, часто замороженном в жидком азоте или гелии. Эти часы по сравнению с электронными часами не будут дрейфовать на секунду за миллион лет (а с более современными атомными часами 100 миллионов лет).

Чтобы использовать эту хронологическую точность, сетевой сервер времени, который использует NTP (Network Time Protocol) может использоваться для синхронизации полных компьютерных сетей. NTP-серверы используйте сигнал времени от GPS или длинноволновой радиостанции, которая поступает непосредственно от атомных часов (в случае GPS время генерируется в часах на борту спутника GPS).

NTP-серверы постоянно проверяйте этот источник времени и затем настраивайте устройства в сети в соответствии с этим временем. Между опросами (получение источника времени) стандартный генератор используется сервером времени для поддержания времени. Обычно эти осцилляторы являются кварцами, но поскольку сервер времени находится в регулярной связи с атомными часами, говорят каждую минуту или две, тогда нормальный дрейф кварцевого генератора не является проблемой, так как несколько минут между опросами не приведут к каким-либо измеримым дрейфам.

Продолжение следует ...