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No. 1
  1.世界時
  時間長河,逝者如斯。用什麽辦法來計時呢?時間是物質存在和運動的基本屬性之一,因而應該用物質的運動過程來計量時間,而且衹有均勻的、連續的運動過程才能給出精確的時間計量結果。
  “日出而作,日沒而息”是人類在低水平生産力的農耕時代的生活規律,與這種生活規律相適應的計時方法是采用一種最自然、最簡便的計時單位——“平均太陽日”,即以連續兩次經過同一地點的天頂之間的時間間隔作為一個“平均太陽日”。這樣基於地球自轉的周期過程建立了人們最早的“天”的時間概念。把一個“平均太陽日”分為24等分,沒一等分的時間長度稱為一個“世界時”。一個世界時的1/3600稱為世界時的1秒。
  我國古代的晷就是世界時的計時儀器。
  世界時的測時方法在陰雨天氣遇到了嚴重睏難。不僅如此,隨着科學技術的發展,本世紀初,科學家們發現地球角速度並不恆定,除了已知的長期減小的變化以外,還有時大時小的波動。因此以地球自轉為基礎進行測量所得的世界時失去了均勻性。雖然每天衹差千分之幾秒,對人們的日常生活不會産生明顯的影響,但是有些方面卻需重更精確的時間,例如人造衛星、宇宙飛船的發射、導航以及回收着落等,時間上的微小誤差都可能導致嚴重的後果。在迴旋加速器中,基本粒子被加速的時間僅僅是幾億分之一秒甚至幾萬億分之一秒,顯然這就需要更為精確的計量時間。
  2.機械時
  任何周期過程都可被采用為一種計時方法。
  在同一地點的單擺作微幅振動的周期是一個確定的常數,即擺長為l的單擺在重力加速度為g的地點的周期為:
  。
  因此擺種就成為19世紀以前的主要計時儀器。在重力加速度值g=9.8m/s2的地點,一個擺長為l=0.99295m的單擺的周期為t=2s。這種利用鐘錶內部機件的機械運動來計時的方法仍然有兩個很嚴重的缺陷:一是隨着晝夜、四季溫度的變化,鐘擺發生熱脹冷縮,致使擺長不穩定;二是由於地球不同緯度、不同高度處的重力加速度值各不相同
  (即使地面上同一點,由於地球本身處於不斷變化之中,因此重力加速度值也不是一個恆定值),致使在鐘錶製造廠校準的擺鐘運到使用地點以後就失準了。
  人們雖然可以通過調節鐘擺擺長來不斷校準擺鐘的周期,但是無論從測時原理方面還是從使用時的操作實踐方面來看,擺鐘畢竟不是理想的測時、及時儀器。
  3.原子時
  由於近代科學技術的發展,物理學家們精確的測定了石英晶體原子內部電磁振蕩的周期,發現這個周期極為穩定,它不受氣候、地點、季節以及其它環境條件的影響,這就給精確的測時、計時提供了可靠的依據。
  4.協調時
  每個晝夜的平均時間長度是86400秒,這是人們的普通常識。可是1987年12月31日,除夕這一天,我們卻在不知不覺中度過了長達86401秒的一晝夜,也就是說這一天多出了一秒鐘。這時怎麽回事?難道原子鐘也走的不準了嗎?不是。原子時的秒長極為精確,然而地球自轉的快慢卻在時刻變化。最近二、三十年來,地球自轉的總趨勢是逐漸變慢,結果使得原子時的時刻每年要比世界時的時刻大約超前0.8秒鐘。從1958年到現在已超前23秒多。那麽既然地球自轉不穩定,我們就不去理會它,完全廢除世界時行不行呢?也不行。因為有些活動離不開世界時,例如確定地球上某點的地理經度,就需要經過世界時時刻換算求出來,這時大地測量、航海、航空、航天部門所必需的。
  這麽說來,難道必須同時播發世界時和原子時這兩時鐘號纔行嗎?大可不必。科學家們采取了一個折衷的辦法,定義了一種新的計時係統,稱為“協調世界時”,簡稱協調時。協調時采用原子時的秒長為基本計量單位,用這方法計量的時值仍保持原子時高度精確的特點;同時又盡量采用世界時的時刻。為此需要設置“閏秒”,即在適當的時刻加上1秒(正閏秒)或減去1秒(負閏秒)。當地球自轉略快時,協調時時刻便會落後於世界時時刻,此時就對世界時負閏秒,使其某一分鐘衹有59秒,以使協調時的時刻趕上世界時的時刻;相反,當地球自轉略慢時,協調時時刻便會超前於世界時時刻,此時就對世界時正閏秒,使其某一分鐘延長到61秒,以使協調時的時刻“等齊”世界時時刻。總之,讓協調時時刻與世界時時刻之差不超過 秒。
  目前國際時間局規定,閏秒置於6月30日或12月31
原子時
  在國際單位製中的7個基本單位中(1.長度—米;2.質量—千克或公斤;3.時間—秒;4.電流—安或安培;5.熱力學溫度—開或開爾文;6.物質的量—摩或摩爾;7.發光強度—坎或坎德拉)時間單位的定義與測量是歷史最悠久、情況最復雜、目前測量精度最高的一個基本單位。
  天文學時間標準在人類社會活動和科學技術進步中曾經發揮了巨大作用。但是由於它的實測精度很難提高,在20世紀50年代以後,逐步為新興的物理學原子標準所取代。原子時間計量標準在1967年正式取代了天文學的秒長的定義新秒長規定為:位於海平面上的銫Cs133原子基態的兩個超精細能級間在零磁場中躍遷振蕩9192631770個周期所持續的時間為一個原子時秒。這一定義標志着時間測量的一個新時代的到來。
  時間既然由原子振蕩頻率來定義。因此頻率穩定度和頻率準確度便成為時間測量的一個重要概念。在時頻測量中習慣上把不穩定性稱為穩定度,例如,國際原子時的穩定度為正負3乘10的負15次方。就是指國際原子時在取樣時間內的不穩定性
  時域下的時間穩定度測量——被測時鐘和參考時鐘的輸出信號(例如秒)分別進入時間間隔計數器。參考時鐘的秒脈衝信號為開門信號被測時鐘的秒脈衝信號為關門信號。然後由時間間隔計數器計算被測時鐘秒脈衝到達預設波陣面高度的時刻。
  時域下的頻率穩定度測量——測量頻率穩定度一般使用兩個頻率不同但相近的振蕩器,去伺服混頻器再經過低通濾波後,由電子計數器進行測量。
  頻域下的頻率穩定度特徵——要得到各種偶然因素造成的頻率不穩定性,一般方法是將它們的功率譜密度函數在所有的頻率上進行積分。然後對增量利用方差進行統計處理。最常用的是Allan方差。
  時間和頻率比對——在原子時測量領域中,由於構成時間的基本單位是頻率。因此,實驗室內部需要經常進行頻率比對,以求得盡量均勻的時間單位;同時,各個實驗室之間也需要相互比對。時間比對主要分為局部時間比對和遠距離時間比對,在遠距離時間比對中又采用搬運鐘、單嚮法、雙嚮法。
包含詞
時間測量與頻率測量