DH1001铷原子频标
时间频率计量常见仪器校准及高端仪器设备标准
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时间频率计量常见仪器校准及高端仪器设备标准广电计量杜亚俊广电计量配备了铯原子频标、铷原子频标、GPS接收机、频标比对器、相位噪声测试系统等时间频率计量标准,频率范围从直流到40GHz,准确度达到1×10-13,直接溯源至中国计量科学研究院(NIM),可对时间频率类仪器进行校准。
常见仪器计量校准:频率标准、高稳晶振、频率合成器:频率标准仪、频率合成器、频率交换器、石英频率标准等。
频率计、计数器、秒表:频率计、通用计数器、数字电子毫秒仪、微波频率计、时间间隔测量仪、机械秒表、电子秒表等各类计时器等。
调制域分析仪频稳对比器石英分析仪、时钟分析仪高端仪器设备标准:名称型号实图功能指标铯原子频率标准3235B 校准频率:准确度、频率稳定度、相位噪声、秒信号频率准确度:5×10-13频率稳定度:σ(y)(10s):1.7×10-11σ(y)(1s):2.7×10-14相对噪声:ξ(1Hz)≤-100dBc/Hz ξ(100kHz)≤-154dBc/Hz铷原子频率标准DH1001 校准频率:准确度、频率稳定度频率准确度:1×10-10频率稳定度:σ(y)(1s):1×10-11σ(y)(10s):3.2×10-12σ(y)(100s):1×10-12 频率漂移K(d):2×10-12频标比对器 PO7D-2校准频率:稳定度、准确度比对不确定度:u c=1×10-10/0.01su c=1×10-11/0.1su c=1×10-12/1s u c=2×10-13/10su c=3×10-14/100s。
国家电网公司_时钟同步标准
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ICS XX. XX Q/GDW国家电网公司企业标准Q/GDW XXX.1-200X 电网时间同步系统技术规范Technical Specification for Time Synchronism Systemof Grid(征求意见稿)2008年01月200X-XX-XX发布200X-XX-XX实施国家电网公司发布前言目前,我国电网各厂站和调度控制中心主站大多配备了以GPS为主的分散式时间同步系统,各网、省公司也出台了相应的技术规范。
但由于缺少统一技术要求和配置标准,也缺乏时钟同步和时间精度检测的有效手段,现有时间同步系统配置不尽相同,运行情况也不够稳定,部分时钟设备时间精度不能满足要求。
由调度自动化系统、变电站自动化系统、故障录波装置和安全自动装置等电力二次系统或设备提供的事件记录数据,存在时间顺序错位,难以准确描述事件顺序,不能给电网事故分析提供有效的技术支持。
为了规范、指导我国电网时间同步系统的设计、建设和生产运行,满足电网事故分析的要求,特制订《电网时间同步系统技术规范》。
《电网时间同步系统技术规范》根据国内外涉及时间统一技术的有关标准、规范和要求,本着“资源整合,信息共享”的原则,结合我国电网的工程实践和时间同步系统的现状制订而成,其要点如下:规范时间同步系统结构、功能和技术要求;规范调度主站、变电站的时间同步系统配置标准;规范时间同步系统电气接口和信号类型;统一IRIG-B 时码实现电力二次设备与时间同步系统的对时;结合技术的发展,构建基于地面时钟源的电网时间同步系统。
本标准由国家电网公司生产技术部提出。
本标准由国家电网公司科技部归口。
本标准由江苏省电力公司江苏电力调度通信中心负责起草,国家电网公司国家电力调度通信中心、江苏省电力设计院、江苏省电力试验研究院、中国电力科学研究院、上海电力调度通信中心等单位参加编制。
本标准的主要起草人:目次前言1 范围 (4)2 引用标准 (5)3 术语与定义 (6)4 时间同步系统结构 (7)5 时间同步系统功能 (8)5.1 系统功能 (8)5.2 主时钟功能 (8)5.3 接口扩展装置功能 (10)6 时间同步系统技术要求与技术指标 (10)6.1 时间同步信号类型 (10)6.2 时间同步信号接口 (13)6.3 时间同步信号传输 (15)6.4 技术指标 (15)7 时间同步系统配置规范 (17)7.1 主站配置要求 (17)7.2 变电站配置要求 (17)8 电网二次设备的时间同步技术要求 (18)附录A(资料性附录)时间同步系统的测试方法 (19)附录B(资料性附录)主站时间同步系统的配置 (27)附录C(资料性附录)变电站时间同步系统的配置 (29)附录D(资料性附录) IRIG-B时码 (37)本规范规定了时间同步系统的组成、技术要求、各电力二次设备时间同步准确度的要求以及现场测试方法等内容。
国家电网公司_时钟同步标准
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ICS XX. XX Q/GDW国家电网公司企业标准Q/GDW XXX.1-200X 电网时间同步系统技术规范Technical Specification for Time Synchronism Systemof Grid(征求意见稿)2008年01月200X-XX-XX发布200X-XX-XX实施国家电网公司发布前言目前,我国电网各厂站和调度控制中心主站大多配备了以GPS为主的分散式时间同步系统,各网、省公司也出台了相应的技术规范。
但由于缺少统一技术要求和配置标准,也缺乏时钟同步和时间精度检测的有效手段,现有时间同步系统配置不尽相同,运行情况也不够稳定,部分时钟设备时间精度不能满足要求。
由调度自动化系统、变电站自动化系统、故障录波装置和安全自动装置等电力二次系统或设备提供的事件记录数据,存在时间顺序错位,难以准确描述事件顺序,不能给电网事故分析提供有效的技术支持。
为了规范、指导我国电网时间同步系统的设计、建设和生产运行,满足电网事故分析的要求,特制订《电网时间同步系统技术规范》。
《电网时间同步系统技术规范》根据国内外涉及时间统一技术的有关标准、规范和要求,本着“资源整合,信息共享”的原则,结合我国电网的工程实践和时间同步系统的现状制订而成,其要点如下:➢规范时间同步系统结构、功能和技术要求;➢规范调度主站、变电站的时间同步系统配置标准;➢规范时间同步系统电气接口和信号类型;➢统一IRIG-B 时码实现电力二次设备与时间同步系统的对时;➢结合技术的发展,构建基于地面时钟源的电网时间同步系统。
本标准由国家电网公司生产技术部提出。
本标准由国家电网公司科技部归口。
本标准由江苏省电力公司江苏电力调度通信中心负责起草,国家电网公司国家电力调度通信中心、江苏省电力设计院、江苏省电力试验研究院、中国电力科学研究院、上海电力调度通信中心等单位参加编制。
本标准的主要起草人:目次前言1 范围 (4)2 引用标准 (5)3 术语与定义 (6)4 时间同步系统结构 (8)5 时间同步系统功能 (9)5.1 系统功能 (9)5.2 主时钟功能 (9)5.3 接口扩展装置功能 (11)6 时间同步系统技术要求与技术指标 (11)6.1 时间同步信号类型 (11)6.2 时间同步信号接口 (15)6.3 时间同步信号传输 (17)6.4 技术指标 (18)7 时间同步系统配置规范 (21)7.1 主站配置要求 (21)7.2 变电站配置要求 (21)8 电网二次设备的时间同步技术要求 (23)附录A(资料性附录)时间同步系统的测试方法 (25)附录B(资料性附录)主站时间同步系统的配置 (35)附录C(资料性附录)变电站时间同步系统的配置 (37)附录D(资料性附录)IRIG-B时码 (47)本规范规定了时间同步系统的组成、技术要求、各电力二次设备时间同步准确度的要求以及现场测试方法等内容。
铷原子频率标准宣贯
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8.计量器具控制
8.2 检定环境条件
环境温度:可处于18℃~25℃范围内任一点,检定过程中 温度最大允许变化范围±1℃。 环境相对湿度:≤80%。
供电电源:220 (1±10%)V,50(1±2%)Hz。 周围无影响检定正常工作的电磁干扰和机械振动。
9. 检定项目
10. 检定方法
10.1 外观及工作正常性检查 10.2 输出信号 (阻抗50Ω)
用频标比对器测量
•
10000s、1d频率稳定度
若技术说明书给出的稳定度按哈德玛方差进行评定,频标比对器
测量中存储的原始数据为相对平均频率偏差时 ,按下式计算频率稳定 度。
∑ σ H (τ ) =
1 6(N -
2)
N -2
( yi+2 (τ )
i =1
-
2 yi+1 (τ )
+
yi (τ )) 2
10. 检定方法
PN– 非谐波电平最大值,dBm;
P0-- 基波电平,dBm。 RBW=VBW=1kHz
10.4 开机特性的检定
分别在铷频标锁定一段时间T、1小时 、2小时 、4小时测量其 输出频率的频率准确度,以及给出达到铷频标给定的频率准确度 所经历的时间。
频差倍增测频法 时差法
10. 检定方法
10.4 开机特性的检定
频差倍增测频法
计数器测量频差倍增器 的输出频率F,计数器闸门 时间τ取100s, 连续测量3 次,取算术平均值按下式计 算相对平均频率 偏差。
f
被检铷频标
fr = f 0
参考频标
F
频差倍增器
外标
y(τ ) = f x − f0 = F − F0 = a ×10−n
铷原子频率标准的小型化研究
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1 引
Байду номын сангаас
言
小 型铷 原 子频 率 标准 装置 ( 简称 小铷钟 )具有 体 积功 耗小 、环境适 应 性 强 、频 率
稳 定 性 和 漂 移 率 等 电性 能 指 标 高 的 优 点 。 因 此 可 广 泛 用 于 通 信 、 导 航 , 时 间频 率 计 量
铷原 子频率标准 的小型 化研 究
周 忠石 ,王 亮 ,郭 鹏 翔
( 线 电计 量 测 试 研 究 所 , 北 京 1 0 5 无 8 4) 0
文 擅 为推动国产铷原子频标技术的深入发展.我们进行了小型铷原子频率标准装置
的研 制 , 目的 是 重 点解 决铷 频标 的小 型化 、长 寿 命 、 高稳 定 度 低 相 位噪 声 低 老化 率 等 技 术
性 。
主囊 词 原子频标 ;锁频环路;频率稳定性;漂移率
M i a u i a i n Re e r h o ni t r z lo s a c fRub di m t m i i u A o c Fr q nc t n r e ue y S a da d
ZH OU o g h , W A NG a g, G UO e gx a g Zh n s i Li n P n in
m any am tf t e v lp n h m e d b d u ao i rqu n y sa d r I ne tt il i a urh r d eo i g te ho ma e Ru i i m tm c fe e c tn a d ti tn O e
i o a t c mp n n ( cu i g mi r wa e mu l rq e c h n r r mp i ig c an a d mp R n o o e t n l dn c o v l e fe u n y c a ,er ,a l y h i i i o fn n
铷原子频率标准装置不确定度的评定
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铷原子频率标准装置不确定度的评定作者:王文庆来源:《科技信息·下旬刊》2017年第01期摘要:时间、频率是科学范畴中的重要物理量,在各个应用领域中都是一项关键的技术指标。
铷原子频率标准装置通常作为参考频标对下一级频标(如晶振)进行量值传递,为确保产品质量,给科研生产及测试提供准确的时频类测试仪器,就必须保证该仪器的性能符合指标要求。
本文主要介绍铷原子标准装置的工作原理和测量方法,数学模型,系统地分析了铷原子标准装置测量不确定度来源。
关键词:铷原子频率;短期频率稳定度;频率准确度;标准装置;合成标准不确定度;扩展不确定度1.工作原理、测量方法和测量依据铷原子频率标准装置由铷原子频率标准及频稳测试仪组成。
铷原子频标由高性能铷原子振荡器送出一个10MHz的基准信号,经过隔离放大,由分频器分别产生1MHz和10MHz两种信号,最后由调谐放大器输出高稳定性、高负载能力、谐波抑制性能高的频率标准信号。
频稳测试仪的参考信号由外部输入,被测信号经过输入通道放大、倍频到10MHz送时间计数器完成数据采集、处理。
铷钟提供长稳标准信号,频稳测试仪给出稳定度及准确度测试结果。
该标准装置为直接测频法。
由于被测频标和参考频标的输出信号的幅度已经足够大,从而消除了信号幅度对频率测量值的影响。
因此通过对频率的测量来评定此装置的测量不确定度。
测量依据JJG180-2002电子测量仪器内石英晶体振荡器检定规程。
2.数学模型3.标准不确定度分量的评定3.1短期频率稳定度测量不确定度的评定短期频率稳定度不确定度的来源有三个方面:测量重复性引入的不确定度分量,采用A类标准不确定度评定;铷原子频标的短期频率稳定度引入的不确定度分量,采用B类标准不确定度评定;频稳测试仪频率稳定度引入的标准不确定度分量,采用B类方法进行评定。
其它如环境、温度、湿度和振动等可忽略。
3.1.1来源于被测源测量重复性引入的标准不确定度分量,可通过连续测量得到测量列,采用A类方法进行评定。
WR-1011铷原子频率标准技术说明书
![WR-1011铷原子频率标准技术说明书](https://img.taocdn.com/s3/m/92a9131683c4bb4cf7ecd128.png)
WR-1011铷原子频率标准技术说明书目 录1、概述2、技术指标3、结构特征4、连接端口及通信协议5、/A抗振加固型说明1、概述1.1 主要特性☆ 宽温度范围☆ 短期稳定度好☆ 低漂移率☆ 低功耗☆ 快速启动☆ 小体积☆ 长使用寿命☆ 标准接口输出☆ RS232通讯接口☆ 抗振动(/A选项)1.2 主要应用☆ 同步光网络☆ 移动通信、有线数字通信☆ 供电网运行监测系统、广播电视系统☆ 舰载、车载、机载及其他振动环境(/A选项)2、技术指标指标项技术要求/T、/D选项电气特征输出频率10MHz(5MHz、20 MHz可选)输出路数1路(**2路可选)频率稳定度3×10-11/1s(**1.5×10-11/1s)1×10-11/10s(**5×10-12/10s)3×10-12/100s(**1.5×10-12/100s)相位噪声(10MHz)-70dBc/Hz at 1Hz(**-80dBc/Hz at 1Hz)-80dBc/Hz at 10Hz(**-100dBc/Hz at 10Hz)-115dBc/Hz at 100Hz(**-130dBc/Hz at 100Hz)-135dBc/Hz at 1KHz(**-140dBc/Hz at 1KHz)-140dBc/Hz at10KHz(**-145dBc/Hz at 10KHz)频率漂移率(无秒脉冲同步)±1.2×10-11/天(通电1天后)±5×10-11/月(通电1月后)±5×10-10/年(通电1年后)频率数字调节范围细调1.27×10-9(±10%)粗调1.27×10-7(±10%)频率数字调节精度细调1×10-11(±10%)粗调1×10-9(±10%)精细调节6.8×10-13(±10%)频率模拟调节范围>±1×10-9(依客户要求有此功能)/频率同步精度/ <5×10-12(秒脉冲同步12小时后)1PPS同步精度/ ±50ns(秒脉冲同步8小时后)1PPS波形/ 正极性脉冲,宽度:10ms±20ns 1PPS上升沿宽度/ ≤10ns1PPS输出方式/ 3.3V TTL输入PPS电平/ 3.3V TTL输入PPS占空比/ ≤0.6时间保持能力(无秒脉冲同步时)/ <1 us/天(通电1天后)频率复现性±5×10-11锁定/预热特性<10分钟锁定(常温)15分钟<5×10-10(常温)出厂准确度±1×10-10输出波形正弦波输出幅度>+5dBm|50Ω谐波抑制>40dBc杂波抑制(f0±100k)>100dBc锁定指示信号 3.3V TTL——Lo:未锁Hi:锁定(电平提升方法见4.3)供电电源单直流+24V(±5%) 可选单直流+12V(11~17V)启动功率≤36W稳态功率≤12W(常温)环境特性地磁场敏感度±2×10-11(X、Y、Z三个方向)储存温度[1]-40~+80℃(**-55~+85℃[2]可选)工作温度[1]-25~+60℃(**-45~+70℃[2]可选)频率温度特性<5×10-10|工作温度范围力学环境符合GJB367A-2001有关条款物理特征主体尺寸77×75.5×36.5mm3(±0.5)重量<350g体积0.212L(±5%)对外接口DB9(9针)+SMA可选**DB9(9针)+2×SMA可靠性MTB F:100,000小时注:[1]环境温度,空气对流;[2]特殊订制;**项目为优选或特制型,将产生额外费用。
铷原子频标微波高次倍频器的分析与设计
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3 倍 频 电 路 设计
3 1 设 计 要求 .
对该 倍 频 电路 的设 计要求 是 : 入频 率 =9M z输 入功 率 P 输 0 H; 。=1d m; 频 次数 8B 倍
=
7; 6输出信号频率 = 0 H ; 68 M z 4 输出功率 P s≥ 一 0 B ; 2d m 对邻近谐波抑制度 > 5B 接 2d ;
时 间频率学报
总 2 卷 9
量 子 系 统
前 置 放 大
68 47 3 . MHz
微 波倍 频 (× 6 / 频 7) 混
l OM
伺 服 系统
亟
输出 l
图 l ~ 个典型的被动型铷原子频标的工作原理示意图
的 5325 H 进行混频得到量子系统鉴频需求的激励跃迁频率 6847 H 的微波信号。 .1 M z 3 .M z 量 子系统将激励微波场频率与量子跃迁频率之差转换 为误差 电压信号, 起鉴频器 的作用。
倍频器和从 9 M z 680 H 的 7 次微波倍频器) 0H 到 M z 6 4 构成。该 7 次微波倍频器不仅起倍频 6 器 的作用 , 还将 6 4 M z 0 H 的信号与 532 M z 8 。1 5 H 的信号进行混频得到 6 3 .M z 4 7 H 的信号 , 8 因
频 器接 入铷 原子 频标 后 , 能实现 闭环 锁 定. , 符合 小型化铷 原 子频 标的要 求。
关 键 词 : 原 子频标 ; 铷 阶跃 恢复二 极管 ; 波倍 频 器 微
中 图分 类号 :1I1. '- 4 1 77
文献标 识码 :A 文章编号 :1 1 5 ( 0)1 04 — 8 0 —1 42 60 — 03 0 0 4 0
【国家自然科学基金】_铷原子_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803
![【国家自然科学基金】_铷原子_基金支持热词逐年推荐_【万方软件创新助手】_20140803](https://img.taocdn.com/s3/m/184b94c2a1c7aa00b52acb47.png)
2011年 科研热词 推荐指数 激光稳频 3 饱和吸收光谱 1 非微扰全量子散射理论 1 铷原子气室 1 铷原子喷泉钟 1 里德堡态跃迁 1 误差评估 1 脉冲微波 1 激光技术 1 氢原子 1 无频率调制 1 折叠光路 1 喷泉钟样机 1 周期量级激光脉冲 1 双共振光抽运光谱 1 双光子双色原子气体激光锁频 1 原子激发态光谱 1 光谱学 1 光电离 1 光学双共振光谱 1 偏振光谱 1 ramsey条纹 1 1.5μ m半导体激光器 1
2014年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
2014年 科研热词 高温 非闭合台面 铷原子钟 量子光学 调制转移光谱 激光稳频 水 射频频率调制光谱 垂直腔面发射激光器 压力诱导加宽 压力诱导位移 光腔衰荡光谱 倍频 二氧化碳 mgo:ppln倍频波导 1560nm光纤通信激光器 推荐指数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
2012年 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41
科研热词 推荐指数 铷原子 2 饱和吸收谱 1 频率稳定度 1 零多普勒技术 1 铷原子频标 1 量子力学 1 远离共振的raman动力学过程 1 近红外光谱 1 辐射 1 超冷铷铯分子 1 质子 1 谐振频率 1 谐振特性 1 蒸汽 1 能量范围 1 耦合方法 1 空间转移 1 磁屏蔽 1 碰撞 1 电荷转移截面 1 激发态 1 激光抽运 1 法拉第旋转 1 模匹配法 1 无极灯 1 振转光谱 1 密度测量 1 存储效率 1 存储寿命 1 复杂介质加载微波腔 1 和分布 1 单原子 1 光缔合 1 光学偏振自旋转 1 光存储 1 光偶极阱 1 ultracold rbcs molecules 1 rovibrational spectrum 1 photoassociation 1 electrodeless discharge rubidium 1 vapour lamp, nea charge transfer, proton-rubidium 1 collisions, cros
原子钟频率标准
![原子钟频率标准](https://img.taocdn.com/s3/m/ff7d44dfd05abe23482fb4daa58da0116d171f55.png)
安
排
1. 钟的工作原理 2. 仪器常用指标及实现
3. 相关产品介绍
4. 其它竞争产品比较 5. 总结
主要时间频率标准产品
• 氢钟: – Kvarz CH1-90A CH1-75A Ch1-76A – VCH 1003M 1006 – Symmetricom MHM 2010 – T4 Science iMaser 3000 – OSA 3700 PHM – 上海天文台 SOHM-4
带铷钟的6689 高稳恒温晶振的6688
高稳定度频率标准6688和6689
特点 振荡器类型
标准的频率输出
6688 高稳恒温晶振 OCXO
5x 10 MHz 1x 5MHz
6689 铷钟
5x 10 MHz 1x 5MHz
可选择的频率输 10x 10 MHz
出
1x 5MHz
10x 10 MHz 1x 5MHz
行滤除后照射进入谐振泡。
利用光抽运技术使得谐振泡
中的铷87发生能级跃迁。调
整微波腔的频率,当光电转 换电路的输出电流达到最大
超精细滤光 谐振泡 灯泡
的时候可得到铷的共振频率。
信号 光电检测
GPS的工作原理
GPS系统操作原理为:每 一颗卫星不断发射包含其位 置和精确到十亿分之一秒的 时间的数字无线电信号。 GPS的接收装置接收到来自 于四颗卫星的信号,然后计 算出在地球上的位置。接收 装置将接收时间与卫星发射 的时间进行比较,通过二者 之差计算出远离卫星的距离。 通过比较这个时间与其他三 个已知位置的卫星的时间, 接收装置便能够确定经纬度 及海拔高度。
• 发送系统 – 卫星无线电系统 • GPS, GLONASS, 伽利略 – 地面无线电系统 • Loran-C, DCF-77 – 光纤同步系统 • E1, T1 (SSU)
小型化铷原子钟高精度频率调节电路设计
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小型化铷原子钟高精度频率调节电路设计余志辉;阎世栋;明刚;梅刚华;钟达【摘要】在GPS驯服铷钟等相关应用领域中,小型化铷原子钟的频率调节精度是一项重要性能指标.该性能一般由铷钟整机系统中倍频综合器的数字锁相环(PLL)分辨率决定,目前作者所在的课题组研制了一款小型化高性能铷原子钟,具有良好的稳定度指标,但其频率调节无法满足高精度的需求.针对这一问题,本文对原小型化铷原子钟的倍频综合电路进行了分析研究和改进设计,基于一款高精度直接数字频率合成器(DDS)芯片设计了一种小数倍频综合电路,在保证小型化铷原子钟仍具有高稳定度指标的同时,实现了其高精度频率调节的功能.【期刊名称】《波谱学杂志》【年(卷),期】2019(036)001【总页数】10页(P103-112)【关键词】小型化铷原子钟;倍频综合器;直接数字频率合成器(DDS);频率调节精度【作者】余志辉;阎世栋;明刚;梅刚华;钟达【作者单位】中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071;中国科学院大学,北京100049;中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071;中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071;中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071;中国科学院原子频标重点实验室,中国科学院武汉物理与数学研究所,湖北武汉430071【正文语种】中文【中图分类】O482.53小型化是铷原子钟发展的一个重要方向,为通信基站设备、高稳电子设备、机载和弹载装备等领域的应用,提供了一个高精度的频率标准源.小型化铷原子钟在使用的过程中,由于受量子系统谱线中心频率漂移、受控振荡器频率的老化漂移、相检波器及直流放大器输出电压的漂移等因素的影响[1],存在较大频率漂移(普通商品铷钟约为5E−13/天),导致频率准确度缓慢变化,所以需要每隔一段时间对铷原子钟进行频率校准.频率校准通常采用GPS驯服铷钟的方式,校准精度在E-12量级,为满足这一需求,小铷钟的频率调节精度必须优于E-12量级.本课题组最新研制了一款小型化高性能铷原子钟,其倍频综合电路模块采用了一款具有极低相噪的数字锁相环(PLL)芯片,使整机稳定度以及相噪等主要性能指标达到较高水平.但该PLL芯片只具有24位分辨率的能力,最高调节精度在E-9量级,无法满足频率调节精度的应用需求.因此为了使其频率调节精度优于E-12,并且不影响小铷钟稳定度以及相噪等主要性能指标,本文设计了一款新型的数字倍频综合电路,实现小型化铷原子钟输出频率的高精度调节(其调节精度达到E-18量级),完全能满足相关的应用需要.在小型化铷原子钟电路系统中,需要将圧控振荡器输出信号的频率转换为铷原子的共振跃迁频率6.834 687 5 GHz,并对这一微波信号进行调制,作为探询信号送入以物理系统为核心的鉴频系统,得到伺服晶振的误差信号[2].这个频率转换由数字倍频综合电路完成,该单元电路一般由数字倍频电路和微波倍频电路组成.原有的数字倍频综合电路的倍频方法是,将压控晶体振荡器输出的10 MHz信号通过一款数字PLL芯片进行数字锁相倍频得到455.645 8 MHz信号,并通过单片机对该信号进行调制,将带有调制信息的455.645 8 MHz信号送入到微波倍频器进行15次倍频,得到带有调制信息的频率为6.834 687 5 GHz的微波探询信号送入到物理系统进行鉴频,原数字倍频综合电路原理框图如图1所示.由于原方案所采用的数字PLL芯片分辨率较低,调节精度在E-9量级,无法满足应用需求.我们在原方案基础上进行改进设计并提出了一种新方案,新方案中数字PLL倍频电路将圧控晶振输出的10 MHz信号倍频得到一个带调制的频率为455.6 MHz的信号,与小数频率综合器产生的频率为0.687**MHz的信号进行合路(**为频率可调),合路器中并未直接进行混频,而是在送入到微波倍频器内进行15次倍频和混频(455.6 MHz×15+0.687**MHz=6834.687**MHz),最终得到带调制信息的频率为6.834 687 5 GHz的微波探询信号.其中小数频率综合器采用了一款高精度的直接数字频率合成器(DDS)芯片AD9956,该芯片具有48位分辨能力,使微波(6.834 687 5 GHz)频率控制精度可达到四十亿分之一[3],同时由于环路中倍频系数的存在,理论上能实现10 MHz输出信号在5.2E-18量级上的高精度频率调节,完全能满足应用需求.新数字倍频综合电路原理框图如图2所示.小数频率综合器电路主要由电源模块、单片机系统(STC89C52RC)、DDS电路(AD9956)、滤波电路、阻抗匹配电路、选频放大等电路组成,原理框图如图3所示.由图3可知,圧控晶振输出的10 MHz信号作为AD9956的参考输入,通过STC89C52RC单片机控制AD9956频率控制寄存器中的频率控制字,输出一个高精度小数信号,该方案中输出的小数信号的频率为0.687**MHz.同时还在输出信号末端配套设计了滤波、匹配、选频放大等单元电路.本文仅给出DDS电路(AD9956)、滤波电路、选频放大电路的设计及其相应的输出信号测试频谱图,其余部分从略.图4、图5分别为AD9956电路图和AD9956输出信号测试频谱图.在DDS电路(AD9956)中,REFCLK即为输入时钟管脚,接10 MHz参考源信号,OUT1和OUT2为分频后输出的0.687**MHz信号,单片机通过控制PS0、PS1、PS2的高低电平,将频率控制字分别存储到AD9956的频率控制字寄存器中,来改变输出的频率,同时单片机与AD9956之间的通信采用两线串行方式(SDO、SDI、SCLK),CS为I/O选通信号,I/O_UPD为寄存器数据更新.由图5可知,AD9956直接输出的0.687**MHz信号包含有较多的谐波成分和杂散信号,必须经过滤波器进行滤除处理后方可使用.椭圆函数滤波器由于其过渡带很窄、下降迅速的特点,相比其他函数滤波器性能更好[4].根据铷钟电路的应用需求,本设计方案选择七阶椭圆低通滤波器,它具有通带-阻带过度快的特点.该七阶椭圆低通滤波器的主要技术指标是:3 dB截止频率fc为1 MHz、输入输出阻抗为50 Ω、最低阻带频率fs为1.2 MHz、最小阻带衰减为50.96 dB、通带内纹波小于0.1 dB. 具体参数值由滤波器仿真软件计算得出.图6、图7分别为本方案设计的七阶椭圆低通滤波器电路图和计算机仿真得到的幅频特性曲线图.由图7可知,该七阶椭圆低通滤波器通带为0~1 MHz,带外衰减达到50 dB,在1 MHz的两倍镜像频率2 MHz附近出现一个极点,图8为通过七阶椭圆滤波器后0.687**MHz信号实测频谱图.通过对图5、图8中输出信号的频谱进行对比可以发现,该七阶椭圆低通滤波电路对AD9956输出信号的谐杂波有较好的滤波效果.滤波后小数频率综合器输出信号0.687**MHz的功率为-16.52 dBm,无法满足后续电路的功率要求,所以需要对该信号进行功率放大.在铷钟电路初步调试过程中,我们选用信号源代替小数频率综合器,将信号源输出频率设定在0.687**MHz,通过不断改变其输出的射频信号功率,寻求最佳锁定信号.实测时,当0.687**MHz 信号功率在−4 dBm附近时,铷钟锁定信号幅度最大.所以我们设计了一款三极管选频放大电路,对信号功率进行选频放大,其中三级管选用的是NPN型高频小功率硅管3DG6,并选择LC并联谐振回路作为选频电路,经过相关分析计算得到电路的具体参数值.图9、图10分别为三极管选频放大电路和选频放大后信号测试频谱.由图10可知,小数频率综合器输出信号0.687**MHz通过选频放大后功率达到-3.60 dBm,可满足后续微波倍频混频电路的功率要求,并能实现铷原子钟系统闭环锁定工作.在完成了高精度频率调节电路设计、制作和调试后,我们将其与小型化铷原子钟整机联机进行闭环调试,并对铷钟电路系统进行了参数优化,最终实现了铷钟的闭环锁定和稳定工作.我们以高性能主动型氢钟作为频率参考源,使用Picotime频率稳定度测试仪测量了改进后的小型化铷钟整机的频率稳定度,将测试结果与原方案铷钟的稳定度指标进行了对比,得到两组频率稳定度测试曲线.新、旧两种方案的频率稳定度测试结果如图11、图12所示.对于高性能原子钟的频率稳定度测试,Picotime频稳测试仪(Orolia集团下属SpectraTime公司生产)的短稳测试能力略显不足,该仪器测试10 s以下稳定度指标时,其自身的本底噪声相对较大,测1 s稳定度时的本底噪声在3.0E−12水平,对测试结果有影响,但测10 s以上稳定度时其本底噪声足够低,能真实反映被测原子钟的性能.据此,由上述图11、图12给出的稳定度测试结果可得,新方案的10 s稳定度和100 s稳定度分别为1.06E−12和4.1E−13;原方案的10 s 稳定度和100 s稳定度分别为1.03E−12和4.6E−13.该结果能较真实的反映新旧两种方案的铷钟性能,所以可得出结论,新方案铷钟的短期稳定度指标为4.1E−12水平,原方案铷钟的短期稳定度指标为4.6E−12水平,即新旧两种方案小型化铷钟的短稳指标处于同一水平.AD9956是一款具有48位分辨能力的高精度DDS芯片,根据公式FOUT=REFCLK*N/248(FOUT为输出频率,REFCLK为参考频率,N为频率控制字,48为频率寄存器位数).当取N=1时,计算可得AD9956输出信号频率的步进精度为3.55E−15,根据铷钟倍频综合电路的倍频系数(约683.4)计算,理论上10 MHz输出信号频率的最高调节精度为5.2E−18,完全能满足各类铷钟的应用需求.考虑到小型化铷钟10 MHz输出信号的秒稳定度指标在4E−12水平,当频率调节幅度过小时无法通过测试仪器精确测量其频率准确度的变化.为了验证本文设计并实现的高精度频率调节电路方案的实际效果,我们做了以下一组对比测试实验,通过计算可知,当DDS频率控制字变化量DN设为192 360时,变化频率为192 360倍步进值,此时10 MHz输出信号的准确度变化量为1E−12.我们通过使用Picotime频率稳定度测试仪对上述频率调节前后的10 MHz输出信号分别进行测试,数据采样间隔为1 s,测试采样时间为100 s,记录这100个点的频率准确度,并计算其平均值,通过对比频率调节前后频率准确度平均值的偏差来验证该方案的频率调节精度,频率准确度测试结果如图13、图14所示.测试及分析计算结果表明,频率调节前输出频率准确度测试结果平均值为−2.588 976 2E−11,频率调节后频率准确度测试结果平均值为−2.487 676 2E−11,故实际测得的频率准确度调节变化量为1.013E−12.通过以上实验验证及测试数据分析可知,当变化量为192 360倍最小步进值时,可实现输出频率准确度在1E−12量级上的精确调节.并由此我们可以推论,当DDS频率控制字变化量DN设为1(最小步进值)时,该方案可实现5.2E−18的最高频率调节精度.最后,我们将改进设计后具备高精度频率调节功能的小型化铷钟性能指标与原方案以及国内外两款高性能小型化铷钟的相关指标作了对比,比较情况如表1所示.由表1可知,在采用了本文高精度频率调节设计方案后,我们的高性能小型化铷钟保持了良好的短期频率稳定度指标,并且输出频率调节精度相比于原方案以及国内外的两款同类型铷钟产品有了大幅度的提升.为实现小型化铷原子钟输出频率高精度调节这一应用需求,本文在原有高性能小型化铷原子钟的基础上,对数字倍频综合电路进行改进设计,运用AD9956芯片设计了一款小数倍频综合电路,并通过DDS+PLL的方式进行倍频综合.根据实验测试结果及数据分析可知,该方案在保证了其稳定度指标与原方案相当的同时,实现了小型化铷原子钟输出频率在E−18量级高精度可调的功能,且其频率调节精度远优于原方案以及国内外两款同类型铷钟产品.同时该方案的实现也为今后高性能驯服铷原子钟等做好了一定的技术储备,具有较广泛的应用价值.【相关文献】[1] 王义遒,王庆吉,傅济时,等.量子频标原理[M]. 北京: 科学出版社, 1986.[2] 曹远洪. 小型化铷原子频标研究[D]. 武汉: 中国科学院武汉物理与数学研究所, 2007.[3] WEN S J, QIAN C. PLL reference source design based on AD9956[J]. Modern Radar, 2007, 29(12): 1-3.温慎洁, 钱澄. 基于AD9956的锁相参考源设计[J]. 现代雷达, 2007,29(12): 1-3.[4] JIA X B, LIU S X, JIA H L, et al. Design of low-pass elliptic filter based on DDS[J]. Electronic Design Engineering, 2010, 18(9): 171-173.贾晓斌, 刘四新, 贾海亮, 等. 基于DDS的椭圆函数低通滤波器的设计[J]. 电子设计工程, 2010, 18(9): 171-173.[5] 王晨. 小型化高稳定度星载铷原子频标设计和实现[D]. 武汉: 中国科学院武汉物理与数学研究所, 2017.。
铷原子钟知识
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铷原子钟知识一、概述(一)用途铷气泡型原子频标是使用数量最多的原子频标,随着电路技术及工艺水平的发展,其造价越来越低、体积越来越小,有望在许多场合下代替高温精度的晶体振荡器,以获得更高的精度,主要为导航定位卫星时间系统提供频率基准,广泛应用于守时、授时、导航定位、电力、铁路、测速、测距、时间同步和通信等军用和商用领域,还可以在晶振生产中用作频率基准。
(二)特点铷频率标准不需要真空系统、致偏磁铁和原子束,因而体积小、质量小、预热时间短、价格便宜,但准确度差、频率漂移比较大,仅能用作二级标准。
铷频率标准可通过GPS进行快速驯服和外秒同步,克服铷振荡器本身的漂移,可被看作是一个基本的同步时钟单元。
通过设计和工艺的改进,产品的可靠性和批量生产也得到保证,现已具备产业化的条件。
可以预计,这种带外秒驯服的高性能小型化铷钟将应用于无人值守等苛刻环境,将大大拓展铷钟的应用领域。
铷原子频率标准常常被分为普通型、军用型、航天型。
(三)产品国内外现状目前在我国研制生产铷原子钟的单位有:石家庄数英仪器、北京大华无线电仪器厂、四川星华时频技术公司等单位。
目前美国研制的GPS 上Block IIA、IIR/IIRM 铷钟处于世界领先水平,美国Perking Elmer公司已经研制出天稳指标达到10-15世界最高水平铷钟。
(四)技术发展趋势●更低的相噪特性和功耗是铷原子频率标准追求的技术目标;●秒极频率稳定度高、天频率漂移小是铷钟的追求目标;●发展与恒温晶体振荡器大小接近的小体积铷原子频率标准。
二、基本工作原理图 2 铷钟电路系统原理框铷原子钟主要由单片机电路、伺服电路、微波倍频电路、频率调制、倍频综合电路几个模块组成,系统原理框如图2所示。
铷频标是一种被动型原子频率,利用的是基态超精细能级之间的跃迁,相应的跃迁频率为6834.682614MHz。
原子迁跃对微波信号起鉴频作用而产生误差信号,通过锁相环路伺服晶振的频率,使激励信号频率锁定到原子跃迁频率,实现晶振输出频率的高度稳定和准确。
铷原子频率标准tr2005c技术指标
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铷原子频率标准TR2005C技术指标在现代科技发展日新月异的今天,高精度的时间频率标准已经成为各个领域不可或缺的重要工具。
铷原子频率标准TR2005C作为当前世界上最先进的原子钟之一,其技术指标和性能优势备受关注。
本文将从深度和广度两方面对铷原子频率标准TR2005C进行全面评估,并剖析其在现代科技中的重要地位。
一、铷原子频率标准TR2005C技术指标概述1.频率稳定度铷原子频率标准TR2005C的频率稳定度极高,达到了每秒10的负14次方的水平,这意味着其频率误差仅为每秒几个万亿分之一,可以满足各种高精度时间测量的需求。
2.频率准确度TR2005C的频率准确度非常高,可以稳定地输出特定的频率信号,通常误差在每秒几个十亿分之一以内。
这样的准确度使得其在卫星导航、通信网络以及科学研究领域有着广泛的应用。
3.短期稳定度TR2005C在短时间内的频率稳定度也很突出,可以在毫秒甚至微秒的时间尺度上保持高稳定的频率输出,这对于需要高速数据传输或者实时信号处理的应用至关重要。
4.长期稳定度除了短期稳定度外,TR2005C在长时间尺度上也能够保持出色的频率稳定性,这对于天文观测、卫星定位和导航系统的精准定位以及地震监测等方面具有重要意义。
二、铷原子频率标准TR2005C的应用领域1.卫星导航高精度的时间频率标准是卫星导航系统的核心,而TR2005C凭借其卓越的频率稳定度和准确度,成为了众多卫星导航系统的首选时钟设备,为全球定位系统(GPS)、北斗导航系统等提供了可靠的时间基准。
2.通信网络在高速通信网络中,精准的时间同步对于数据传输和网络安全至关重要。
TR2005C作为高稳定频率标准的代表,被广泛应用于各种通信基站的时间同步系统,保障了通信网络的高效运行。
3.科学研究在科学实验和研究中,时间频率的精准度直接影响着实验数据的准确性和科学结论的可靠性。
TR2005C在科学研究领域有着广泛的应用,为实验数据的采集和分析提供了可靠的时间基准。
铷原子的光泵磁共振.
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铷原子的光泵磁共振摘要:本实验利用DH807型光泵磁共振的实验装置研究了铷原子的光泵磁共振现象。
按照固定频率调磁场的方法,进行试验,当示波器出现共振信号时,记录数据,算出了87Rb、85Rb的g因子,与理论值做了比较其误差在实验误差范围F内;实验中还根据所测得数据算得了地磁场的大小,结果与标准值基本符合。
在实验中还意外的观察到一个特殊的共振信号。
关键词:光抽运、磁共振、偏振一.引言在磁场中,塞曼分裂导致的磁能级间距通常比较小,因此,产生磁共振现象所需的能量通常位于射频或微波波段。
此波段的电磁波能量要比光频段的能量小得多,普通的光谱仪器根本无法分辨,所以对于那些磁共振信号很微弱的样品(比如气体样品)很难探测。
对于微弱的共振信号我们采用光抽运的方法观测。
光抽运是借助于光辐射获得原子基态超精细结构能级或塞曼子能级间粒子数的非热平衡分布的实验方法。
光泵磁共振技术实际上是将上述光抽运技术和射频或微波磁共振技术相结合的一种实验技术,它是1955年法国科学家卡斯特勒发明的。
在光泵磁共振技术中,一方面光抽运改变了磁能级上的粒子数分布,使更多的粒子参与磁共振。
另一方面采取光探测的方法而不直接测量射频量子,从而克服了磁共振信号弱的缺点,把探测灵敏度提高了七八个数量级.如今,光泵磁共振已广泛应用于基础物理研究,比如原子的磁矩、能级结构的测量及分析。
此外,在原子频标、激光及弱磁场测量等方面,这一方法也是极为有力的实验手段。
本实验研究铷(Rb)原子的光泵磁共振现象,并测量Rb的朗德因子和地磁场的大小。
天然Rb有两种同位素,丰度为72.15%的85Rb和丰度为27.85%的87Rb。
二. 实验原理1.Rb 原子基态及最低激发态的能级如图1所示,在第一激发能级5P 与基态5S 之间产生的跃迁是铷原子主线系的第一条谱线,谱线为双线。
2/12P 5到2/12S 5的跃迁产生的谱线为D1 线,波长是794nm ;2/12P 5 到2/12S 5的跃迁产生的谱线为D2 线,波长是780nm 。
铷的资源和应用及提取技术现状
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铷的资源和应用及提取技术现状廖元双;杨大锦【摘要】综述了铷在国防、电子、特种玻璃、医学、能源等领域的应用现状,以及铷分离提取工艺技术的研究现状.%The application status of rubidium in the field of defense, electronics, special glass, medicine and energy, and the arch situation of extraction and separation process of rubidium were reviewed.【期刊名称】《云南冶金》【年(卷),期】2012(041)004【总页数】4页(P27-30)【关键词】铷;资源;应用;提取现状【作者】廖元双;杨大锦【作者单位】昆明冶金研究院,云南昆明650031;昆明冶金研究院,云南昆明650031【正文语种】中文【中图分类】TF826+4铷是一种具有银白色金属光泽的活泼金属(活泼性大于钾),在室温条件下,能在空气中发生自燃。
其熔点为38.89℃,沸点为686℃,质地软,密度为1.532g/cm3(20℃)。
我国铷资源非常丰富,但因极其分散,至今仍未发现单纯的铷矿,而是以伴生状态存在于其他矿物中。
光卤石中铷的含量虽不高,但总储量很大;锂云母中含铷约为3.75%;海水中铷含量为0.12 g/t,且很多地层水、盐湖卤水中也含铷。
中国宜春市锂云母含氧化铷1.2% ~1.4%,四川自贡市地下卤水中也含有铷。
铷有两种天然同位素铷85和铷87,后者具有放射性。
由于铷独特的物理化学性质,使它在很多领域中有着不可替代的用途。
以前一般应用在电子元器件、催化剂、特种玻璃、医药等领域,而现在则在热离子和磁流体发电、激光转换电能装置和离子推进火箭应用等前沿高科技领域中展现了广泛的应用前景。
铷新用途开发有力的证明了其经济和科技的价值。
目前,铷在发达国家的应用大约80%集中在高科技领域,只有20%用于传统领域。
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DH1001型铷原子频率标准技术说明书
QU2.700.007JS
北京大华无线电仪器厂
2000年7月
目次
1. 概述
2. 技术指标
3. 工作原理
4. 使用操作说明
5. 成套性
6. 质量保证
1. 概述:
DH1001型铷原子频率标准是一个高稳定度的频率源,它是利用铷同位素87Rb 原子基态超精细能级跃迁谱线,去控制压控晶体振荡器频率,是一种被动型原子频率标准。
本仪器适用于时间频率的计量、无线电导航与定位、导弹和卫星的跟踪、天文研究、地质勘探、数字通讯的网同步、精密守时和授时等。
2. 技术指标:
2.1 频率特性:
2.1.1 频率准确度:
a)频率校准: 出厂时频率准确度应优于1×10-10。
b)频率调整范围: C 场频率调整范围大于2×10-9。
2.1.2 频率漂移率: 日频率漂移率优于2×10-12/d 。
2.1.3 时域频率稳定度:
2.1.4 频域频率稳定度:
2.1.5 频率复现性: 频率复现性≤5×10-11 。
2.1.6 频率开机特性
在25℃时,锁定时间≤5 min ;开机10 min 后,频率开机特性 ≤2×10-10。
.1.
2.1.7 频率温度特性
在-10~+50℃环境下,频率变化≤3×10-10。
2.1.8 地磁场对频率的影响
地磁场对频率的影响≤2×10-11。
2.2 信号输出特性
2.2.1 输出频率
10MHz、5MHz、1MHz。
2.2.2 输出电压
在50Ω负载上电压有效值为0.8V~1.2V。
2.2.3 谐波失真
≤-40dB
2.3 电源要求:AC220V±10%,50Hz;
仪器功耗:≤35VA 。
3. 工作原理:
本仪器是一台光抽运气泡式铷原子频率标准。
其工作原理如方框图(图1)所示。
图 1
. 2.
压控晶体振荡器输出10MHz频率的信号,经低频振荡器调相后,再经频率合成器,变为6834.68+MHz的信号,然后去激发量子
系统中的铷原子跃迁。
量子系统是以铷R b87原子基态超精细能级,F = 2、m F= 0和F = 1、m F=0之间的跃迁所产生的谱线作为鉴频器。
当晶振频率偏离10MHz时,经倍频后的信号频率就偏离了谱线中心频率( 6834.68+MHz ),这时量子系统输出一个纠偏信号,
经伺服系统选频放大、检相、积分后的直流电压,去控制压控晶体振荡器的频率,使晶体振荡器的频率再回到10MHz。
量子系统是两泡式结构,铷吸收泡放在一个微波谐振腔中,其频率为6834.68+MHz 。
铷灯中的高频振荡器激励铷灯泡发出近红
外光(玫瑰红色),光通过吸收泡照到光电管上。
当铷原子发生跃迁时,它吸收铷灯发出的光,这样光电管的电平反映出微波频率是否在铷原子的跃迁频率上。
微波腔外绕有C场线圈,调节C场电流可以对吸收泡中心频率进行微调,调节的范围为2×10-9。
4.使用操作说明:
接通交流220V电源,前面板上的电源(绿)指示灯亮,锁定(红)指示灯不亮(或闪光),铷原子频率标准正在预热。
大约5分钟左右,红指示灯也亮了,这时铷原子频率标准进入锁定状态,表示可以正常工作了。
开机后10分钟频率进入2×10-10。
本仪器从前面板输出10MHz、5MHz、1MHz的信号。
输出波形为正弦波,在50Ω负载上幅度为: 1V±20%。
5.成套性:
名称数量
DH1001型铷原子频率标准 1 台
高频电缆(BNC)—2m 1 根
交流电源线 1 根
保险器BGXP—1A υ5×20 4 只
技术说明书 1 本
6.质量保证:
产品自我厂发货之日起十八个月内,凡属质量问题,本厂
负责免费修理或更换。
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