基本介紹
- 中文名：銣鐘
- 外文名：Rubidium clock
- 作用：精確計時
- 優點：短期穩定性高，體積小，價格合適
- 缺點：長期穩定性一般，需要校正
簡介,基本原理,主要技術指標,頻率穩定度,月頻率漂移率,頻率重現性,頻率準確度,選購注意事項,特點,套用領域,
簡介
銣鐘又被稱為銣原子鐘， 銣原子鐘由銣量子部分和壓控晶體振盪器組成。壓控晶體振盪器的頻率經過倍頻和頻率合成，送到量子系統與銣原子躍遷頻率進行比較。誤差信號送回到壓控晶體振盪器，對其頻率進行調節使其鎖定在銣原子特有的能級躍遷所對應的頻率上。銣原子頻標短期穩定度最高可達10-12量級，準確度為±5×10-11。
銣頻率標準不需要真空系統、致偏磁鐵和原子束，因而體積小、質量小、預熱時間短、價格便宜，但準確度差、頻率漂移比較大，僅能用作二級標準。銣頻率標準可通過GPS進行快速馴服和外秒同步，克服銣振盪器本身的漂移，可被看作是一個基本的同步時鐘單元。通過設計和工藝的改進，產品的可靠性和批量生產也得到保證，現已具備產業化的條件。可以預計，這種帶外秒馴服的高性能小型化銣鐘將套用於無人值守等苛刻環境，將大大拓展銣鐘的套用領域。
基本原理
銣原子鐘主要由單片機電路、伺服電路、微波倍頻電路、頻率調製、倍頻綜合電路幾個模組組成。銣頻標是一種被動型原子頻率，利用的是基態超精細能級之間的躍遷，相應的躍遷頻率為6834.682614MHz。原子遷躍對微波信號起鑒頻作用而產生誤差信號，通過鎖相環路伺服晶振的頻率，使激勵信號頻率鎖定到原子躍遷頻率，實現晶振輸出頻率的高度穩定和準確。
銣鐘的基本工作原理與銫鐘相似，均利用能級躍遷的諧振頻率作為基準。原子是按照圍繞在原子核周圍不同電子層的能量差，來吸收或釋放電磁能量的。這裡電磁能量是不連續的。當原子從一個高“能量態”躍遷至低的“能量態”時，它便會釋放電磁波。這種電磁波特徵頻率是固定的，這也就是人們所說的共振頻率。通過以這種共振頻率為節拍器，原子鐘可以來測定時間。銣鐘利用光抽運的辦法進行原子選態，諧振的檢測則是利用光檢測器（光電池）去測量經諧振腔的抽運光（激勵原子躍遷）的傳遞衰減來完成。當微波頻率在躍遷機率的峰值時，傳遞的光波大概降低1%～10%。銣鐘的體積小，預熱時間短，長期的老化率為2×10-10/年，如果為改進性能參數而加大體積，則與銫鐘同樣大小的銣鐘也會具有幾乎與銫鐘一樣的性能。
主要技術指標
高性能銣鐘主要用於國防軍工產業，主要突出性能指標及產品可靠性方面的要求，同時還應具備易於操作、功能完善、通用性強等特點。其主要功能與性能的參數如下：
頻率穩定度
月頻率漂移率
頻率重現性
頻率重現性指銣頻標開機一段時間後關機，關機一段時間後，再開機一段時間後的相對平均頻率偏差和關機時的相對平均頻率偏差的一致程度。一般為：1×10-11～5×10-11 。
頻率準確度
選購注意事項
銣原子頻率標準的選擇要求權衡不同需要折中考慮。首先確定的是穩定度、準確度、漂移率等主要性能指標，其次需要考慮銣鐘的套用環境，最後考慮可靠性、體積、質量、價格以及功耗等因素。
●穩定度
穩定度包括短期穩定度和長期穩定度，指標一般為5×10-11~1×10-12（取樣時間為1s）、1×10-11~1×10-12 （取樣時間為1d）。根據對穩定度的要求選擇長穩好還是短穩好的銣原子頻率標準。
● 漂移率
頻率漂移率是銣原子頻標的重要指標之一，通常認為光頻移是導致整機頻率漂移的主要因素，一般在零光強頻移泡溫點，光強頻移貢獻約為1×10-12/1%，燈光強日漂移一般可達千分之一至萬分之幾，銣原子頻率標準的月漂移率應在4×10-11-5×10-12 範圍內。
●價格
選購銣原子鐘需要考慮產品的價格範圍，銣原子鐘的價格取決於許多因素，包括穩定度、漂移率、準確度等。一般情況下，相同指標的銣原子鐘，國產比進口產品價格便宜。
特點
鐘具有短期穩定性高，體積小巧，便於攜帶，價格合適的特點，非常適合於在各個領域使用，但由於銣原子的原子特性的原因，銣鐘並不具有銫鐘和氫鐘那樣優秀的長期穩定度，因而需要校準。為了提高銣鐘的長期穩定度，可以通過使用GPS系統來對銣鐘進行控制和校準。
GPS系統通過測量時間差來實現定位測量，為了達到較高的定位精度，GPS系統內部時間測量精度極高。通過使用GPS系統來對銣鐘進行校正，可以很好的提高銣鐘的長期穩定度，降低銣鐘輸出信號的飄移。
套用領域
銣鐘的套用領域主要有三個方面：科研測量，生產製造，廣電電力。
在科研測量研究單位，銣鐘既可以為測量提供高精度的基準源，也可以作為測量校準儀器的高精度外部時基。
在生產製造領域，銣鐘可為需要高精度頻率基準輸出的生產線提供頻率基準輸出，這些基準信號被用來對電子產品進行校準。銣鐘還可以作為產線測量儀器的外部高精度時基，大大提高產線測試的精度，確保產品質量。
在廣電電力系統中，銣鐘可以被作為系統的主鐘來使用，從而有效地實現系統內部各個部分的同步
