55. Общие сведения об измерении временных интервалов. Классификация методов и средств измерений временных интервалов.

Свойства времени:

• Одномерность времени означает, что момент времени следует вдоль одной координаты.

• Однонаправленность времени подчеркивает упорядоченный харктер временного развития, его необратимость, когда причина не может опережать следствие и никаким образом нельзя возвратиться в прошлое.

• Цикличность времени отражает периодичность процессов, происходящих в природе, когда мы наблюдаем смену времен года, суток, периодичность процессов, происходящих в живых организмах.

• Бесконечность времени определяется свойствами материи, нах-ся в непрерывном изменяющемся развитии. Время никогда не кончится.

До 50-х годов прошлого столетия в качестве мер частоты использовались генераторы с кварцевой стабилизацией, так называемые кварцевые часы. Частота генерируемых ими колебаний систематически сверялась с периодом обращения Земли вокруг своей оси, который принимался за естественный абсолютный эталон времени. Секунда, основанная на этом эталоне, принимается равной 1/86400 средних солнечных суток на меридиане Гринвича. Время, основанное на астрономических наблюдениях кажущегося движения светил по небосводу, называется всемирным временем (TU-1).

Сверка генераторов с кварцевой стабилизацией осуществлялась по сигналам астрономического времени с помощью встроенных в генератор синхронных часов. Основная частота генератора (обычно 100 кГц) делилась до 1 кГц, и напряжением этой частоты питался синхронный мотор, приводящий в движение стрелки (часовую, минут¬ную, секундную и совершающую 10 оборотов в секунду), расположенные на часовом циферблате. Значение и знак «ухода» часов относительно сигналов астрономического времени определяли значение и знак «ухода» частоты гене¬ратора. Длительные и тщательные сравнения результатов астрономических наблюдений с показаниями высокостабильных кварцевых часов в конце 1940-х годов доказали неравномерность вращения Земли вокруг своей оси и, следовательно, непостоянство продолжительности средних солнечных суток и секунды всемирного времени. Непостоянство обнаруживается при нестабильности частоты кварцевого генератора, меньшей 1-10-8.

В 1956 г. был принят в качестве абсолютного эталона времени тропический год, т. е. период обращения Земли вокруг Солнца. Это равномерно текущее время — эфемеридное время (TU-2) значительно более стабильно, чем всемирное (TU-1), так как оно усреднено за большой интервал времени. Однако оно связано с длительными астрономическими наблюдениями, трудно воспроизводимо и неудобно для практического использования.

В 1971 г. введена новая система времени — всемирное координированное время (ТUC), основанная на принятом в 1967 г. атомном определении секунды. Систему времени TUC часто называют атомной системой времени (AT).

Единица времени — секунда — это интервал времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цезия-133 при отсутствии возмущений внешними полями. Эта секунда легко воспроизводится в любом месте и в любое время с помощью стандартов частоты с кварцевой стабилизацией, нестабильность кото¬рых в конце семидесятых годов прошлого столетия достигла 5-10-9, и более точных — квантовых (атомных) стандартов, нестабильность которых на несколько порядков ниже.

В квантовых стандартах частоты используются квантовые переходы между энергетическими уровнями атомов вещества, которые происходят, если выполняется известное уравнение Бора

где Wl и W2 — энергетические уровни атома; h ≈ 6,626.10-34Дж.с — постоянная Планка.

Изменение энергетических уровней вызывают воздействием внешнего электромагнитного поля, частота которого f совпадает с частотой гиромагнитной прецессии электрона:

где ћS—механический вращательный момент электрона; Н — напряженность магнитного поля в месте расположения ядра; ћ = h/(2π); S —спин электрона.

В настоящее время в качестве рабочего вещества исполь¬зуют цезий, рубидий и водород, поэтому квантовые стандарты частоты называют соответственно цезиевыми, рубидиевыми и водородными. Резонансная частота цезия-133 равна 9 192 631 770 Гц (≈9,2 ГГц), рубидия-87 — 6 834 682 608 Гц и атомарного водорода — 1 420 405 751,6 Гц (≈1,42 ГГц).Эти частоты определяются атомными постоянными вещества и потому характеризуются высокими стабильностью, воспроизводимостью и точностью.

Классификация методов и средств измерений временных интервалов.

1.прямые измерения – цифровой метод

• метод дискретного счета

• метод последовательного счета ( аналогичен 1-ому, но реален в аналоговых измерителях временных интервалов (ИВИ)).

• метод задержанных совпадений

• нониусный метод (цифровые ИВИ)

2.косвенные измерения – осциллографический метод

• метод калиброванных разверток

• метод калиброванных временных меток

• метод сравнения с эталонной задержкой развертки

56. Сущность осциллографических методов измерений временных интервалов.

Метод калиброванной развертки и метод калиброванных временных меток

Метод сравнения с эталонной задержкой развертки