Midiendo la precisión de un reloj

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He trabajado en un proyecto usando relojes de alta precisión desde hace algún tiempo. Todavía tengo que encontrar una descripción clara sobre cómo los fabricantes y los científicos confirman y verifican la precisión de los relojes como los OCXO.

Mi enfoque ha sido usar el tiempo y probar dos relojes entre sí. A medida que pase el tiempo, el error entre cada reloj sumará y creará una mayor incertidumbre.

¿Pero cómo se hace esto con los relojes atómicos de vanguardia dentro de los estándares del NIST?

    
pregunta Andreas HD

2 respuestas

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Como con todo lo que es ajustable, al compararlo y calibrarlo con otra cosa que es ajustable, ¿cómo sabes qué es "correcto"? ¿Qué se considera "más exacto" si todo se compara con otra cosa que se compara con otra? Tiene que haber algo al final de la cadena donde diga "Esto es exacto". Algunos valores base que todos los demás son, en última instancia, comparados con.

Y ese es el átomo de cesio.

Encontré una buena descripción de cómo funcionan en línea:

  

Dentro de un reloj atómico de cesio, los átomos de cesio se canalizan a través de un tubo donde pasan a través de las ondas de radio. Si esta frecuencia es correcta 9,192,631,770 ciclos por segundo, entonces los átomos de cesio "resuenan" y cambian su estado de energía.

     

Un detector al final del tubo realiza un seguimiento del número de átomos de cesio que lo alcanzan y que han cambiado sus estados de energía. Cuanto más sintonizada sea la frecuencia de la onda de radio a 9,192,631,770 ciclos por segundo, más átomos de cesio alcanzarán el detector.

     

El detector devuelve información al generador de ondas de radio. Sincroniza la frecuencia de las ondas de radio con el número máximo de átomos de cesio que la golpean.

Un buen reloj de cesio tiene una precisión del orden de \ $ \ frac {1} {3 \ times10 ^ {15}} \ $, que es mucho mejor que cualquier cristal, OCXO, TCXO u otro.

Entonces, teniendo eso como una línea de base, ahora puede calibrar otros sistemas contra él. Y los sistemas posteriores contra esos. Cuanto mayor sea la precisión de su frecuencia nominal, querrá estar más cerca de la fuente que desea obtener.

Pero como ya se ha mencionado en los comentarios, eso es solo la mitad de la historia. El propósito principal de OCXO o TCXO no es hacer que un cristal oscile más de cerca a esa frecuencia de referencia precisa de "fuente", sino mantener la oscilación a una frecuencia fija . La frecuencia de resonancia de un cristal se desplaza y cambia según la temperatura. Ya sea controlando la temperatura (OCXO) o compensando los cambios de temperatura (TCXO), puede reducir o anular esa desviación.

Muy a menudo no importa una jota si está a unos pocos Hz de salida cuando se trata de frecuencias de MHz o GHz. Lo que importa es que usted permanezca en los mismos pocos Hz y no se desvíe. No importa (por ejemplo) que todos tengan que sintonizar su TV a 512.000038MHz (para eso está la "sintonía fina"), pero la gente se molestaría si tuvieran que volver a sintonizar entre 511.999381MHz y 512.000482MHz Todo el tiempo dependiendo del clima.

    
respondido por el Majenko
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Si no tiene un reloj de referencia más preciso, entonces siempre se hace comparando los relojes entre sí.

Estás comparando dos relojes, pero si difieren, ¿cómo sabes cuál de los dos es correcto?

La respuesta es, se compara un conjunto de relojes entre sí. Luego debe suponer que si la mayoría de ellos mantiene un tiempo similar, entonces 'tiempo' es el promedio del grupo autoconsistente. Se supone que cualquier reloj que funciona mucho más rápido o más lento que el promedio es defectuoso.

Esto es lo que se hace con el tiempo mundial, TAI. Hay un gran número (tengo una cifra de 40 en mi mente, pero es de hace mucho tiempo y no puedo verificarlo rápidamente, por lo que pueden ser muchos más) de relojes de cesio repartidos por todo el mundo en laboratorios de normas. El tiempo se compara entre ellos, en estos días por GPS y fibra óptica, pero solía ser por punto a punto las transmisiones de radio y los relojes portátiles móviles en todo el mundo. Cuando se construye un nuevo reloj, se compara con el conjunto, y después de un período prolongado de quemado y calificación, si está dentro de la extensión de los otros, se incorpora al conjunto. De manera similar, cualquier reloj del conjunto que comience a desviarse del promedio se retira.

    
respondido por el Neil_UK

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