CC BY
2УДК 62 Федоров Е.А., Кохаев Д.В.
Федоров Е.А.
студент группы ЗМО211 Балтийский государственный технический университет
им. Д.Ф. Устинова (г. Санкт-Петербург, Россия)
Кохаев Д.В.
студент группы ЗМО211 Балтийский государственный технический университет
им. Д.Ф. Устинова (г. Санкт-Петербург, Россия)
СЛОЖНОСТЬ ПОВЕРКИ СТАНДАРТА ЧАСТОТЫ Ч1-1003М
Аннотация: в работе объяснено что такое стандарт частоты. Показано из каких этапов состоит процесс поверки. Приведены и кратко описаны основные проблемы при проведении поверки водородного стандарта частоты и времени Ч1-1003М.
Ключевые слова: поверка, стандарт частоты, Ч1-1003М, методика поверки, внешний осмотр, опробование, метрологические характеристики.
Стандарт частоты Ч1-1003М - это сложноустроенный прибор, поверка которого требует тщательного планирования, подготовки и выполнения. Поскольку высокая точность измерений зависит от качества процесса поверки, основы метрологии имеют решающее значение для правильного процесса поверки стандарта частоты Ч1-1003М. В рамках измерительных мероприятий, связанных с поверкой стандарта частоты Ч1-1003М, следует принимать во внимание множество факторов. Прежде всего, очень важно понимать, что метрология - это наука, которая занимается измерениями, оценкой и контролем параметров, составляющих объекты измерений.
Важной деталью поверки стандарта частоты Ч1-1003М является учет проблем, которые могут повлиять на результат поверки. Это позволяет получить более достоверные и точные показания.
Поверка стандарта частоты Ч1-1003М
Поверка стандарта частоты состоит из трех этапов:
- внешний осмотр,
- опробование,
- определение метрологических характеристик прибора.
Как видно из выше сказанного поверка стандарта частоты состоит из трех этапов. Проблемы, которые описываются в данной статье случаются на каждом этапе поверки, по сути, сама поверка это и есть определение метрологических характеристик прибора.
Основными проблемами, с которыми сталкиваются поверители стандартов частоты это:
- не достаточные знания в области частоты и времени
- не хватка и моральное устаревание вспомогательных средств измерений
- нестабильность частоты самого стандарта частоты и сдвиг по частоте
Поговорим коротко о каждой проблеме. Не достаточные знания в
области метрологии и радионавигации могут привести к тому, что поверка, а также техническое обслуживание стандартов частоты будет на крайне низком уровне. В тоже время на сегодняшний день, много различных фирм, контор и т.д., проявляют интерес к метрологии и радионавигации, следовательно, возрастает спрос на квалифицированных людей, имеющих навыки работы с такими приборами. Так же много заводов, которые задействованы в радионавигации посылают своих сотрудников на повышение квалификации и переобучение. Это делается для того что бы повысить уровень владения знаниями в области метрологии и радионавигации.
Для поверки стандартов частоты используются различные вспомогательные средства измерений: компараторы, частотомеры, термогигрометры и т.д. На данный момент поверка стандартов частоты
достаточно сложный и длительный процесс. Для того что бы облегчить, ускорить этот процесс необходимо иметь всегда поверенные вспомогательные средства измерений. В будущем планируется разрабатывать более современные стандарты частоты, например, Ч1-1033, и для проведения поверки такого стандарта необходимо модернизировать вспомогательные средства измерений. Это окажет сильное воздействие, в лучшую сторону, на процесс поверки стандарта частоты.
Нестабильность частоты стандарта частоты и сдвиг по фазе между собой сильно связаны. Если происходит сдвиг по частоте, то это способствует понижению стабильности частоты. Как известно, формула, определяющая кратковременную стабильность частоты активного стандарта частоты, имеет следующий вид:
где Pa - мощность, рассеиваемая в генераторе, k - постоянная Больцмана, X - время измерения. Это выражение описывает нестабильность частоты мазера при времени измерения ^10 с. При малых значениях времени измерения 0,1<К10 c стабильность частоты ухудшается из-за влияния шумовых электронных цепей стандарта:
где B - константа, F - коэффициент шума усилителя, Pr - эффективная мощность, принимаемая усилителем. Как следует из (1), для достижения лучшей стабильности необходимо минимизировать отношение, т.е. максимально увеличить Qa и Pa.
Спин-обменные столкновения атомов в накопительной колбе являются основополагающей причиной, которая ограничивает мощность и прочность атомной линии. Существует сложная зависимость, при которой генерируемая мощность зависит от интенсивности пучка I и других характеристик стандарта частоты (рис. 1), а также от различных значений добротности резонатора Qc.
Как видно из рисунка 1 условие генерации выполняется только в том случае, если резонатор имеет высокую добротность. Так, для Qc = (35-45) * 103 основная генерируемая мощность и качество спектральной линии составляют Ра = 4*10-13 Вт и Qa = 1,5*109 Вт соответственно. Стабильность мазера можно определить по уравнению (1), где а=1~5*10-14 - X -1/5 для ^10 с. Если сравнивать с более короткими интервалами измерения, то шумы электронного устройства действительно влияют на стабильность стандарта частоты. Так, для интервала, равного 1 с стабильностью мазера ровна 1,5*10-13.
В процессе изучения частоты излучения, было выявлено что необходимо увеличивать время измерения. Это должно происходить в t -1/2. В соответствии с формулой (1) это следует из уравнения. Показано, что эти обстоятельства определяют важность повышения долговременной стабильности частоты водородного стандарта частоты. Колебания, которые возникают в результате обмена атомами в спинах, имеют место при условии концентрации атомов в колбе и обычно не оказывают влияния на стабилизацию частоты. В результате взаимодействия атомов с стенками колбы могут возникать сдвиги по фазе, а также по частоте. Не исключено, что они будут меняться со временем, что
Р
о
Рис. 1. Зависимость мощности генерации стандарта частоты от интенсивности пучка атомов водорода.
приведет к систематическим колебаниям опорной частоты. При использовании новых моделей стандартов частоты, можно наблюдать сдвиг частоты на 3*10-15 за каждые сутки. Это является достаточно высоким показателем. В случае использования стандартов частоты на протяжении более чем одного года, колебания частоты составляют менее 10-16 колебаний за один день.
Как видно из выше сказанного проблема с сдвигом частоты и стабильностью частоты прибора имеет очень важное значение и пренебрегать этой проблемой не стоит. В дополнении к вышесказанному стабильность частоты прибора можно повысить только путем увеличения времени измерения. В силу того, что метрология, а также радионавигация развивается быстро, есть вероятность того, что в ближайшем будущем удастся решить проблему, связанную с стабильностью частоты водородных стандартов частоты и времени. Выводы.
Как видно из выше сказанного, стандарт частоты сложный прибор, а поверка его и долгий, и сложный процесс. В данной статье показано из каких этапов состоит поверка стандарта частоты. Приведены основные проблемы при поверке стандарта частоты и краткое описание, решение этих проблем.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Стандарт частоты и времени водородный Ч1-1003М ЯКУР.411141.030 руководство по эксплуатации;
2. Стандарт частоты и времени водородный Ч1-1003М ЯКУР.411141.030 методика поверки стандарта и времени водородного Ч1-1003М;
3. Водородные стандарты частоты и времени Н.Демидов, д.т.н., В.Васильев
Fedorov E.A., Kokhaev D. V.
Fedorov E.A.
Baltic State Technical University (Saint Petersburg, Russia)
Kokhaev D.V.
Baltic State Technical University (Saint Petersburg, Russia)
COMPLEXITY OF VERIFICATION OF FREQUENCY STANDARD H1-1003M
Abstract: the paper explains what the frequency standard is. It is shown which stages the verification process consists of. The main problems during the verification of the hydrogen standard of frequency and time H1-1003M are presented and briefly described.
Keywords: verification, frequency standard, verification procedure, external inspection, testing, metrological characteristics.
