时间频率测量技术的发展与应用
2023年时间频率行业市场规模分析
2023年时间频率行业市场规模分析随着科技进步和数字化转型的发展，时间频率行业迎来了快速增长的市场规模。
时间频率行业被广泛应用于通信、计算机、卫星导航、精密测量、科学研究等领域，不仅带来了巨大的经济效益，也改变了人类社会的生活方式。
市场规模分析据市场研究公司Grand View Research发布的报告，全球时间频率行业市场规模在2019年达到了14.2亿美元，预计在2025年将增长到24.9亿美元，年复合增长率为8.9%。
其中，石英晶体振荡器和铯原子钟是市场份额最大的产品。
以中国为例，中国科学院近几年来加强了对时间频率行业的研究和投资。
数据显示，2018年中国时间频率行业总产值达到了32.22亿元，市场规模不断扩大。
预计到2023年，中国时间频率产业增长将达到11.9%。
市场驱动因素1.通信行业的快速发展。
随着移动通信技术的发展与普及，对时间频率的精度要求越来越高，这将推动时间频率行业的发展。
2.航空航天与国防技术的需求。
高精度时间频率技术对于卫星通信、导航定位、无人机等航空航天领域以及国防技术的发展至关重要。
3.新型科技的发展。
包括人工智能、区块链、物联网等新型科技的崛起，将不断增强时间频率行业的需求。
市场前景展望时间频率行业作为一个高技术、高附加值的细分市场，市场空间广阔，潜力巨大。
同时，随着人类社会对科技和数字化转型的不断需求，时间频率行业还有着广泛的扩展和创新空间。
未来，时间频率行业将呈现以下趋势：1.技术创新与升级。
厂商将通过技术研发和创新，实现对时间频率行业的进一步打磨和优化，满足不断提高的市场需求。
2.应用领域拓展。
时间频率行业将不断拓展应用领域，进行新产品的开发和市场推广，探索更广阔的市场空间。
3.合作与并购。
将加强企业间合作与并购，提高行业集中度和市场竞争力。
总之，时间频率行业是一个充满机遇和新挑战的市场。
在全球范围内，中国时间频率行业的发展机遇和空间将越来越广阔。
频率时间和相位的测量
频率时间和相位的测量频率、时间和相位的测量是现代科技中非常重要的一项技术。
在通信、电力系统、航空航天等领域，准确测量频率、时间和相位可以确保系统的稳定性、可靠性和正常运行。
本文将从频率测量、时间测量和相位测量三个方面进行介绍。
第一部分：频率测量频率是指单位时间内发生的事件的次数。
在通信系统中，频率是指信号波形的周期性重复次数。
频率的测量常用的方法有：阻抗频率测量和计数频率测量。
阻抗频率测量是通过测量电路中的阻抗变化来计算频率。
具体方法是将信号加到一个频率依赖的电路上，测量电路的阻抗变化。
阻抗频率测量的精度高，适用于高精度要求的场合，如科学研究和实验室测量等。
计数频率测量是通过计数单位时间内信号波形的周期数来计算频率。
具体方法是将信号输入到计数器中，计数器会记录信号波形的上升沿或下降沿的个数，然后将个数除以测量时间得到频率。
计数频率测量的精度相对较低，适用于一般工业生产和实际应用中。
第二部分：时间测量时间是指事件的发生顺序和持续时间。
时间的测量常用的方法有：基于机械系统的时间测量和基于电磁波传播的时间测量。
基于机械系统的时间测量是通过机械装置的运动来测量时间。
最早的时间测量仪器是机械钟。
现代的机械钟使用特殊设计的机械组件，如摆轮、游丝等，来实现稳定的精确时间测量。
基于机械系统的时间测量具有较高的稳定性和精度，但受限于机械部件的制造工艺和环境因素，无法实现高精度要求。
基于电磁波传播的时间测量是现代科技中最主要的时间测量方法。
基于电磁波传播的时间测量使用电磁波在空间传播的规律来测量时间。
具体方法是使用特殊的发射器和接收器，通过测量电磁波传播的时间差来确定事件的发生时间。
这种时间测量方法精度高，适用于需要高精度时间的领域，如导航系统和科学研究等。
第三部分：相位测量相位是指两个波形之间的关系。
相位的测量常用的方法有：频率锁相测量和相位差测量。
频率锁相测量是通过比较两个波形的频率差异来测量相位。
具体方法是将两个波形输入到一个锁相环中，通过调整锁相环中的参数，使两个波形的频率一致，从而得到相位差。
频率的测量方法
石英晶体振荡器法的基本原理是利用石英晶体的振荡特性。石英晶体是一种物理性质稳定的材料，其振荡频率与 晶体的物理特性有关，因此可以作为高精度的时间基准。通过测量石英晶体振荡器的振荡频率，就可以得到高精 度的频率值。
测频法
总结词
测频法是一种通过测量信号的周期来计算频率的方法，具有测量精度高、稳定性 好的优点。
多学科交叉融合
国际合作与交流
加强不同学科之间的交叉融合，将频率测 量技术应用于更广泛的领域，如生物医学 、环境监测、安全检测等。
加强国际合作与交流，推动频率测量技术 的共同发展，促进测量技术和标准的国际 互认。
Байду номын сангаас
谢谢
THANKS
频率的测量方法
目录
CONTENTS
• 频率测量的基本概念 • 频率测量的方法 • 现代科技中的频率测量 • 频率测量技术的发展趋势 • 总结与展望
01 频率测量的基本概念
CHAPTER
频率的定义
频率是单位时间内周期性事件发生的 次数，通常用f表示，单位为赫兹 （Hz）。
频率是周期的倒数，即f=1/T，其中T 是周期。
自动校准和校准技术
自动校准技术
利用自动校准技术，实现测量系 统的自动校准和修正，提高测量 精度和稳定性。
校准技术
利用各种校准技术，如激光校准 、微波校准等，对测量系统进行 校准和修正，确保测量结果的准 确性和可靠性。
智能化和自动化测量技术
智能化测量技术
利用人工智能和机器学习等技术，实 现测量系统的智能化，提高测量效率 和精度。
自动化测量技术
利用自动化技术，实现测量系统的自 动化，提高测量效率和精度，减少人 为误差和操作误差。
计量测试技术手册.第11卷,时间频率
计量测试技术手册.第11卷,时间频率
第11卷：时间频率
时间频率技术是计量测试技术中的一项重要内容，它能够在不影响测试结果的情况下更快、更准确地进行测试、分析和处理数据。
这一技术主要使用精密计时器、定时器、移相器等仪器来测量时间，以精度良好的脉冲编码形式输出。
时间频率技术被广泛地应用于电表误差的诊断及源解析、电压波的测量与诊断、电源噪声的检测、铁路、公路和空中交通信号的控制和管理、电信信号的采集、知名4G和5G 电信基站的建设和维护等工作中。
时间频率技术的核心在于构建一套完整的时间频率系统，以精度高的数据读取、分析和判断。
对于此类系统，它必须能够满足高精度、低误差和快速才能。
具体而言，它能够以较高的精度监测电力系统的时间结构、钳位和性能。
此外，它具有较高的失步度、扩展模态特性、功率分析和傅立叶变换能力，可以预估某种电流、电压和功率的状态，使得它对测点更为可靠、准确。
时间频率技术可以把时间分解为更小的单位，具有更宽广的应用范围和较强的抗干扰性。
另外，它还具备易操作性、可以满足复杂应用环境需求及较低操作成本等优势。
总之，时间频率技术为计量测试技术与其他技术的结合提供了一种新的可能性，它得到越来越多的应用，将为计量测试发展提供更大的活力与支持，以期达到更高的测试准确性及精度。
测绘技术中的时间测量和校正方法
测绘技术中的时间测量和校正方法引言测绘技术是一门旨在获取、处理地理空间信息的学科。
而时间则是测绘的重要参数之一。
在测绘过程中，精确的时间测量和校正是保证结果准确性和可靠性的关键。
本文将探讨测绘技术中的时间测量和校正方法，以及其在实践中的应用。
一、原子钟的应用原子钟是一种通过测量荷电粒子的振荡频率来确定时间的装置。
由于其高度准确的特性，原子钟在测绘技术中被广泛使用。
测绘仪器和设备通常会配备原子钟，以提供高精度的时间信息。
基于原子钟的时间测量和校正方法，可确保测绘数据的一致性和可靠性。
二、GPS时间同步全球定位系统（GPS）是现代测绘中使用最广泛的定位技术。
GPS接收器通过接收卫星发射的电波来确定位置信息。
同时，它还能提供高精度的时间数据，因为卫星信号中携带着时间戳信息。
测绘人员可以利用GPS接收器同步仪器的时间，从而保证测量和记录的一致性。
此外，GPS还可用于校正测绘设备的时间误差，提高数据质量。
三、地球自转的影响地球自转速度的变化会对时间测量和校正产生影响。
地球自转速度会因为多种因素而发生微小的变化，如气候变化、地质构造等。
在测绘中，需要将测量与参考时间进行对比，以确定位置与时间的关系。
因此，测绘人员需要考虑地球自转速度的变化，并进行相应的校正，以确保时间数据的准确性。
四、氢钟的应用氢钟是一种基于氢原子能级跃迁的原子钟。
相较于普通原子钟，氢钟在测量时间上更为准确。
在测绘技术中，氢钟常被应用于关键测量，如全球高精度地形测量、导航系统校正等。
氢钟的高精度和稳定性为测绘工作提供了可靠的时间基准。
五、温度校正温度是影响时间测量准确性的一个重要因素。
不同材料的热膨胀系数不同，而测绘设备中的零部件和元件可能受温度变化的影响而产生微小的形变。
因此，测绘中的时间测量和校正需要考虑温度校正。
通过在测绘设备中加入温度测量装置，可以测量并记录温度变化，并将其应用于时间校正，以提高测绘数据的准确性。
结论测绘技术中的时间测量和校正方法对确保测绘结果的准确性至关重要。
时间频率和相位的测量概述
时间频率和相位的测量概述时间频率和相位的测量是对信号的特性进行量化和分析的重要手段。
在电子通信、无线电、声学和光学等领域中，时间频率和相位的准确测量对于确保系统性能和信号传输的可靠性非常关键。
时间频率的测量是衡量信号周期性的能力，频率是指单位时间内该信号重复的次数。
常见的测量方法有计数法和相位比较法。
计数法是通过计算信号周期内的脉冲数量来测量频率，比较简单直接，但对于信号较高频率和瞬态信号的测量精度有限。
相位比较法是通过将待测信号与参考信号进行比较，通过比较两者的相位差来计算频率，通常使用鉴相器或锁相环等器件进行测量。
相位比较法具有高精度和宽测量范围的特点，适用于高精度和宽频率范围的测量需求。
相位的测量是衡量信号波形变化和时序关系的能力。
相位是指信号在一个周期内的位置或偏移量。
常用的相位测量方法有直接测量法和差分测量法。
直接测量法是通过将待测信号与参考信号进行比较，通过比较两者的起始时间或位置来测量相位，适用于稳态信号和周期性信号的测量。
差分测量法是通过测量信号的前后时间差来计算相位，通常使用时钟同步和时间差测量技术，适用于非周期性和非稳态信号的测量。
在实际应用中，时间频率和相位的测量需要考虑到测量仪器的精度、稳定性和响应速度等因素。
常见的测量仪器包括示波器、频谱分析仪、计时器和定时器等。
此外，引入校准和校正等方法可以提高测量结果的准确性和可靠性。
总之，时间频率和相位的测量是对信号特性进行量化和分析的重要手段，广泛应用于各个领域。
随着科技的发展，测量技术也在不断进步，为更精确、稳定和高速的测量提供了更多选择。
时间频率和相位的测量在科学、工程和技术领域中起到了至关重要的作用。
从物理学到电子通信，从声学到天文学，准确测量时间频率和相位是理解和分析信号的基础，也是确保系统性能和信号传输的可靠性的关键。
时间频率是指信号在单位时间内重复的次数，通常以赫兹（Hz）为单位。
测量时间频率的目的是了解信号的周期性。
《时间频率测量》课件
石英晶体振荡器的频率精度和稳定性对于时间频率测量具有重要意义，能够提供高 精度的时频基准。
原子钟
原子钟是一种基于原子能级跃 迁的计时装置，能够提供极高 的频率稳定度和精确度。
原子钟利用原子能级之间的跃 迁频率作为计时基准，其频率 稳定度和精确度比石英晶体振 荡器更高。
频谱分析法
通过频谱分析仪测量信号 的频谱，可以获得信号子能级跃迁产生的 频率作为时间频率标准， 具有极高的稳定性和精度 ，是国际时间频率标准。
02
时间频率测量技术
石英晶体振荡器
石英晶体振荡器是一种基于石英晶体的电子振荡器，用于产生高精度、高稳定的频 率信号。
在生物学中，时间频率测量可 用于研究生物分子的动态行为 和相互作用，例如蛋白质折叠 和分子动力学模拟。
05
时间频率测量的发展趋势
高精度测量技术的研究
原子钟技术
利用原子能级跃迁频率稳 定的特性，实现超高的时 间频率测量精度。
光频梳技术
利用光频梳的频率稳定性 ，结合光学干涉和光谱分 析技术，实现高精度的时 间频率测量。
导航系统中的时间频率测量主要用于确定位置和时间 信息。
其他导航系统如伽利略、格洛纳斯和北斗等也依赖于 时间频率测量技术来提供准确的定位和导航服务。
电力系统
01
电力系统中的时间频率测量主要用于保障电力系统的稳定运行 。
02
时间频率测量可以帮助监测电网的频率和相位，确保电力系统
的稳定性和可靠性。
在智能电网中，时间频率测量还可以用于优化能源调度和需求
时间频率的表示方法
时间频率可以用波形图或频谱图来表 示，波形图展示时间间隔和周期性变 化，而频谱图则展示不同频率分量的 幅度和相位。
频率计的发展现状
频率计的发展现状
频率计是一种用于测量信号频率的仪器，它在科研、工业生产、通信等领域起着重要作用。
随着科技的发展和应用需求的不断增加，频率计也在不断演进和改进。
目前，频率计的发展主要体现在以下几个方面：
1. 数字化：传统的频率计大多采用模拟电路来进行测量，但随着数字技术的普及和应用，数字频率计逐渐取代了传统的模拟频率计。
数字频率计具有精度高、稳定性好、操作简便等优势，可以实现频率范围广泛、测量精度高的需求。
2. 高精度：随着科学技术的不断进步，对频率计测量精度的要求也越来越高。
为满足高精度测量的需求，现代频率计采用了更加先进的测量技术和算法，如锁相技术、自适应滤波等，可以在更高的精度下进行频率测量。
3. 多功能化：现代频率计除了能够测量信号的基本频率外，还具备了许多其他功能，如相位测量、脉冲计数、频率比较等。
这些功能的增加使频率计在工程实践中具有更广泛的应用场景。
4. 自动化：随着自动化技术的普及和应用，自动化频率计得到了广泛的应用。
自动化频率计可以与计算机、仪器设备等进行联动，实现数据采集、处理和控制等功能，提高了工作效率和准确性。
5. 小型化：随着电子元器件的不断更新和微电子技术的发展，
频率计越来越小巧轻便，便于携带和使用。
小型化的频率计可以满足移动、便携等特殊场合的需求，广泛应用于无线通信、车载导航、航空航天等领域。
总体而言，频率计正朝着精度高、功能强大、自动化、小型化的方向发展。
这些发展趋势使得频率计在各个领域中的应用更加广泛，为科学研究和工程实践提供了可靠的测量手段。
秒定义变革及我国时间频率基准的发展和应对
秒定义变革及我国时间频率基准的发展和应对曹士英 房芳(中国计量科学研究院时间频率计量科学研究所,北京100029)摘要:国际单位制的量子化变革使得除了物质的量的定义外,其他国际单位的定义都与时间单位建立了直接或间接的联系㊂高准确度的时间频率基准在国民经济建设㊁国防建设和科学研究中发挥着重要的作用㊂主要介绍了时间单位的定义从天文秒到原子秒的发展历程以及关于秒定义变革的讨论和对原子钟的要求,并介绍了我国国家计量院在时间频率基准方面的研究工作及应对措施㊂关键词:秒定义;时间频率基准;铯原子喷泉钟;光钟中图分类号:TN99;O562.3㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标志码:A引用格式:曹士英,房芳.秒定义变革及我国时间频率基准的发展和应对[J].信息通信技术与政策, 2022,48(7):2-8.DOI:10.12267/j.issn.2096-5931.2022.07.0010㊀引言时间单位秒(s)是国际单位制(International System of Units,SI)七个基本单位之一,也是测量准确度最高的基本单位㊂2019年5月20日,国际单位制中的4个基本单位得以重新定义,至此除了物质的量(摩尔)的定义外,其他国际单位的定义都可以通过时间单位直接或间接导出㊂高准确度的时间频率基准不仅是国民经济建设㊁国防建设和科学研究的重要技术基础,也在全球卫星导航系统㊁深空探测㊁高速通信㊁电力电网㊁金融等领域发挥着极其重要的作用㊂时间单位的定义经历了从天文秒到原子秒的发展历程㊂现行秒长国家计量基准是直接复现秒定义的铯原子喷泉钟㊂铯原子喷泉钟输出9192631770Hz的基准频率[1]㊂随着高精度原子钟技术的不断进步,铯原子喷泉钟的不确定度已达到小数10-16的水平[2],有望成为下一代秒定义的光钟的不确定度也已进入了10-19量级[3]㊂本文主要介绍了时间频率基准的发展历程和秒定义变革的相关情况,并介绍了我国国家计量院在时间频率基准方面的研究工作及应对措施㊂1㊀天文秒人类对时间最早的认识是通过太阳的东升西落,对时间单位的定义也是根据地球的自转㊂人类从对天文现象的初始观测中认识到地球的周期性运动,并逐渐建立起时间的观念㊂在现代时间概念发展历程中,基于地球自转的时间体系称为世界时,基于地球公转的时间体系称为历书时,两者统称天文时㊂天文测量不能直接产生天文秒㊂天文 时间基准 只产生基准时间周期,如世界时产生 平太阳日 日长,历书时使用1900年的 回归年 作为年长㊂天文时依赖守时钟的连续运行和均匀细分产生并保持日㊁时㊁分㊁秒㊂用现代时间概念描述天文时,即根据天文测量基准日长或基准年长,进而校准守时钟产生时标㊂但由于地球的自转和公转的周期并不恒定,从而导致由天文时产生的秒的长度也不相同,存在一定的不可预测性㊂2㊀原子秒20世纪中期,随着原子物理的成形和发展,科学家认识到原子内电子能级间的特征跃迁频率在稳定度和复现性上都超越了天文现象产生的稳定度和复现性,是作为时间频率基准的合适选择㊂1955年,英国国家物理实验室(National Physical Laboratory, NPL)报道了世界上第一台热铯原子束频率标准[4]㊂随即,美国海军天文台(United States Naval Observatory, USNO)和NPL合作,依据天文历书时标定了NPL铯频标的微波跃迁频率为9192631770Hz,相对准确度为2.2ˑ10-9[5]㊂1961年,国际计量委员会(International Committee for Weights and Measures,CIPM)建议采用铯原子基态跃迁作为秒定义的候选㊂1967年,第13届国际计量大会(General Conference on Weights and Measures,CGPM)通过了采用铯原子跃迁频率来定义秒的决议,即:铯133原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9192631770个周期的持续时间[6]㊂2018年,CGPM进一步采用基于常数的新理念重新表述了秒定义:铯133原子不受干扰的基态超精细跃迁频率ΔνCs为9192631770Hz[7]㊂从而秒定义表述为:当ΔνCs以单位Hz(=s-1)表示时,其固定数值定义为秒㊂目前,铯原子喷泉钟的相对频率不确定度已达到1.71ˑ10-16[8]㊂现今,国际计量局(Bureau International des Poids et Mesures,BIPM)主导 国际原子时合作 产生国际通用的协调世界时(Coordinated Universal Time,UTC):分布在世界各地的约80个守时实验室利用450~500台商品守时原子钟产生各自的本地时标[9]㊂通过卫星比对,这些实验室将守时钟数据报送BIPM,加权平均得到自由原子时(Echelle Atomique Libre,EAL)㊂EAL 是异地多台守时钟的平均结果,不但稳定,而且可靠㊂少数国家研制的喷泉频率基准复现秒定义,驾驭修正EAL的长期漂移和系统偏差,产生不仅稳定可靠,而且准确的国际原子时标(Temps Atomique International,TAI)㊂TAI不定期插入闰秒就是UTC㊂TAI和UTC的不稳定度为3.5ˑ10-16/30D,不确定度为2ˑ10-16[10]㊂UTC是事后的纸面时,UTC(k)是守时实验室k保持的UTC的本地物理复现,如中国计量科学研究院(Natioanl Instoitute of Metrology,China,NIM)守时实验室保持的UTC的物理复现表示为UTC (NIM)㊂BIPM每月发布时间公报(Circular T),公布时间偏差UTC-UTC(k)及其不确定度等信息㊂在过去的20年里,来自不同国家的大约十几个喷泉钟对TAI作出了贡献,其中我国的铯原子喷泉钟NIM5是其中的一员㊂与微波频率标准相比,光学频率标准的工作频率比微波频率标准高出4~5倍,因此具有更高的频率稳定度和更低的频率不确定度㊂光钟的研究工作始于20世纪70年代㊂在1997年诺贝尔物理奖 激光冷却技术和2005年诺贝尔物理奖 飞秒光学频率梳技术的推动下,光钟的研究得到了快速发展,并开始超过铯原子喷泉钟㊂离子协同冷却㊁离子态的量子逻辑探测㊁光晶格囚禁原子㊁光晶格魔术波长㊁超稳光学腔㊁超稳激光㊁低温制冷原子室和热屏蔽腔抑制黑体辐射频移等一系列技术的实现,进一步促进了光钟指标的提升㊂光钟的不确定度可以达到小数10-18甚至进入10-19的量级[3,11]㊂目前,已经有10个光跃迁频率(包括2个新跃迁频率88Sr和40Ca+)和一个微波跃迁(87Rb)被推荐作为次级秒定义㊂根据参考量子体系不同,光钟可分为中性原子光晶格钟和离子光钟㊂其中,光晶格钟同时囚禁测量多个原子,具有信噪比高㊁频率稳定度高的优势,但需要多维冷却和光势阱实现,系统方案较为复杂㊂离子光钟通常囚禁单个离子,稳定度稍逊于光晶格钟,但离子的囚禁寿命和相干时间长且无碰撞频移,物理系统简单紧凑,因此不确定度更低㊁更容易实现小型化和搬运㊂在光钟的研究过程中,光学频率梳作为关键技术在光钟的绝对频率测量和光钟的比对测量中都发挥着重要的作用㊂光学频率梳梳齿覆盖的波长范围广,并且梳齿之间保持着良好的相干性,以一种相对简单的方式实现了微波频率和光学频率的直接链接,从而光钟的绝对频率测量可直接溯源到现行秒定义 铯原子喷泉钟或喷泉钟组㊂同时,由于光学频率梳梳齿可覆盖多个光钟的光学频率,因此可直接实现不同种离子或原子光钟的比对测量㊂当同时测量两个独立于光学频率梳的光学频率的比率时,数据符合在10-21量级[12],从而证明了光学频率梳在当前光钟不确定度限制下完全可以支持光学频率比测量㊂3㊀秒定义变革讨论3.1㊀秒定义修改的3种选择随着高准确度时间频率应用的需求和光钟技术指标的不断提高,国际时间频率咨询委员会(Consultative Committee for Time and Frequency,CCTF)开始组织讨论秒定义修改的提议,并根据现在的理论技术发展提出了秒定义修改的3种选择㊂3.1.1㊀与现在的秒定义类似,选择单一频率跃迁作为新定义㊀㊀备选频率包括中性原子(87Sr㊁88Sr㊁171Yb㊁199Hg 等)和离子(199Hg+㊁40Ca+㊁88Sr+㊁171Yb+等)的钟跃迁频率㊂这种定义的物理意义清晰㊂不同种类的光钟各具优势㊂晶格光钟同时囚禁测量多个原子,具有信噪比高㊁频率稳定度高的优势,但需要多维冷却和光势阱实现,系统方案较为复杂㊂而离子光钟通常囚禁单个离子,稳定度稍逊于晶格光钟,但离子的囚禁寿命和相干时间长,与背景噪声更好隔绝且物理系统简单紧凑,不确定度更低,更容易实现小型化和搬运㊂因此,该方案很难确定最佳秒定义候选㊂3.1.2㊀采用一组跃迁频率作为新定义利用一组跃迁频率的几何平均值定义一个频率值v=1NΠiɪCνw i i,式中,v i是某一跃迁频率,N是一个无量纲常数,w i表示频率v i的权重,与其不确定度相关㊂ði wi=1以确保ν的单位为Hz㊂此种定义方式是一种全新的单位定义方式,利用一组跃迁频率,常数N可以随着权重的重新分配或者新型光钟的加入动态变化㊂这种方式无法通过一套实验装置直接复现秒定义㊂每种光跃迁频率均有推荐值和相应的不确定度㊂3.1.3㊀和其他几个基本单位的定义一样,定义一个基本物理常数㊀㊀例如将电子质量定义为常数,通过hv e=m e c2得到Compton频率㊂此种定义的优势是物理概念清晰,且不随时间㊁地点变化㊂复现的方式可以通过定义一列类参考频率实现㊂但目前,利用物理常数定义频率的所有相关实验,其测量不确定度指标远远低于目前复现秒定义的铯原子喷泉钟的指标,因此无法利用到目前时间频率测量的高准确度㊂3.2㊀秒定义修改路径CCTF在给出秒定义的3种选择的同时,还对现有时间频率相关技术的发展提出了相关要求㊂在这些技术目标和政策实现后才能完成最终的秒定义变革㊂具体秒定义修改路径如下㊂3.2.1㊀对原子钟的要求(1)光频标准确度要求•至少有3个实验室研制的基于同一跃迁的光频标,自评定不确定度ɤ2ˑ10-18㊂•至少有基于3个不同跃迁的光频标(同一或不同实验室),自评定不确定度ɤ2ˑ10-18㊂(2)光频标不确定度评定有效性验证 频率比值•同种光钟测量结果一致性:至少3次;光钟的频率比值的吻合度在Dn/nɤ5ˑ10-18范围内(通过移动光钟或者高稳定度链路)㊂•不同种光钟比值:至少5次;光钟或其他光钟的频率比值(每个比值至少在2个不同的实验室测量)的吻合度在Dn/nɤ5ˑ10-18范围内(直接测量通过移动光钟或者高稳定度链路)㊂(3)从铯频率过渡到新定义的连续性至少有3次独立利用TAI或者铯原子喷泉钟对中光钟的绝对频率测量(不同或同一实验室),测量结果不确定度受限于铯原子喷泉钟或者TAI(Dn/nɤ3ˑ10-16)㊂(4)光钟对TAI产生具有常规性贡献在1年中5台常规报数的光钟里面,每个月至少有3台光钟参与驾驭产生TAI(不确定度ɤ2ˑ10-16,不包括二级定义的不确定度)㊂检查由光钟作为基准而由铯原子喷泉钟作为二级定义TAI产生无影响㊂(5)高可靠性光频标光频标在实验室环境中具备连续可靠运行>10D 的能力㊂(6)光频标对UTC(k)的产生有常规性贡献参与驾驭产生TAI的光频标对相关实验室UTC (k)的驾驭㊂3.2.2㊀对时间频率比对的要求(1)可持续光频标比对的可行性:在国家内或者洲际内(至少对研制1台光钟的国家计量院)可行的通过移动钟或者时频链路实现5ˑ10-18频率持续比对技术㊂重复链路不确定度评定的能力㊂(2)本地引力势大小的计算测量水平:对引力势差的测量计算和光钟的准确度指标及频率比值测量不确定度一致参加TAI驾驭时,引力势引进的不确定度ɤ10-17㊂(3)高可靠高稳定度的时频比对链路:对可连续长时间运行的高稳定时频比对链路的需求,实现光钟比对及驾驭TAI不受此限制㊂3.2.3㊀接收新定义的条件(1)定义可以实现在未来更加准确的复现(2)各国家计量院可以复现新定义或次级定义•利用容易理解的清晰的不确定度评定复现新定义㊂•铯原子频标作为次级秒定义㊂(3)重新定义后复现和对时标的持续改进各国家计量院的承诺如下㊂•改进并运行光钟复现新定义和次级定义(确保可靠/连续运行㊁常规驾驭TAI等)㊂•继续保持铯原子喷泉钟在相当时间内运行㊂(4)商品光钟的实现(5)传输给用户信号的提高4㊀我国国家计量院时间频率基准的发展和应对㊀㊀时间频率计量的准确度是反映一个国家战略竞争力的重要标志之一㊂基准原子钟是时间频率计量体系的源头,属于准确度最高的计量型科学仪器,其准确度决定着国家时间频率计量体系的技术水平㊂高准确度原子钟系列的研制是保证国家时间频率计量体系独立完整性的关键,关系到国家的核心利益㊂作为国家级的法定计量机构,中国计量科学研究院长期开展时间频率基准的研制工作,从早期的热束型铯基准钟,到目前的激光冷却铯原子喷泉钟,再到有望成为未来秒定义的光钟㊂中国计量科学研究院从1965年开始研制第一台铯束原子频率标准NIM1,铯束管长度为3m,至1977年研制完成,准确度为1ˑ10-11,达到当时美国商品铯原子钟的水平;1980年完成5m长铯束管时频基准器的研制;1981年研制NIM3且通过科研成果鉴定,并于1983年由原国家计量局正式批准授权作为国家时频基准;1986年将NIM3准确度提高到5ˑ10-13,达到当时国际先进水平(见图1)㊂中国计量科学研究院于1997年开始研制激光冷却铯原子喷泉钟NIM4,于2003年实现不确定度达到8ˑ10-15[13],于2005年进一步改进后使确定度达到5ˑ10-15(见图2)㊂中国计量科学研究院于2005年开始研制激光冷却铯原子喷泉钟NIM5,经过5年的努力于2010年实现了1.5ˑ10-15的不确定度指标[14],准连续运行率99.2%(见图3)㊂NIM5铯原子喷泉钟于2014年被接收为BIPM认可的基准钟,参与驾驭TAI,于2018年被改进后重新评定的不确定度达到9ˑ10-16㊂在传统铯原子喷泉钟中采用超稳晶振作为短稳本振源,受其短期稳定度限制,喷泉钟需要连续运行10D 左右才能达到稳定度平台㊂这使得喷泉钟的实验和评定都极为耗时,也难于实现与光钟的比对㊂而将超稳微波用于喷泉钟的短期稳定度参考,可以铯喷泉钟实现最终稳定度的时间从10D缩短到1~2D㊂中国计量科学研究院已开展基于超稳激光和光纤光学频率图1㊀NIM3磁选态铯束原子钟图2㊀NIM4激光冷却铯原子喷泉钟图3㊀NIM5激光冷却铯原子喷泉钟梳技术产生的超稳微波源研究,形成了原理样机和实验室装备㊂超稳微波源1~100s的稳定度优于5ˑ10-15,30D有效运行率优于99.9%[15],可为时间频率㊁计量检测㊁相控雷达等领域提供优质的微波信号㊂2019年,中国计量科学研究院进一步攻克了冷原子制备㊁冷却和探测等关键技术,结合超稳微波源的应用,成功研制出铯原子喷泉钟NIM6,其频率不确定度优于5.8ˑ10-16(见图4)㊂未来,NIM5和NIM6将组成钟组共同驾驭TAI㊂现在,中国计量科学研究院保存着我国国家秒长基准 激光冷却铯原子喷泉钟NIM5和国家时标基准UTC(NIM)㊂这二者共同构成了中国的时间频率基准,形成了中国时间频率计量体系的源头,其基本作用就是保持我国时间的连续运行,产生和保持高度准确㊁稳定的国家统一使用的标准时间,同时产生高度准确的时间频率信号用于国内的量值传递,满足国内更领域的实际需求[16]㊂由于目前光钟种类较多,秒定义变更后的基准光钟种类还不确定㊂为了应对秒定义变革,中国计量科学研究院从2006年开始研制锶原子光晶格钟,又于2015年完成了我国第一台基于中性原子的光钟NIM-Sr1,其系统频移不确定度为2.3ˑ10-16,绝对频率测量不确定度为3.4ˑ10-15[17],数据报送给CCL-CCTF频率标准工作组并被采纳,参与了锶原子光钟频率2015年国际推荐值计算㊂2021年,NIM-Sr1的系统频移评定不确定度进一步提升至2.9ˑ10-17,绝对频率测量不确定度为3.1ˑ10-16[18],与此同时开展的NIM-Sr2,其系统频移评定不确定度达到8.9ˑ10-18(见图5)㊂相较于探测原子数目较大而在稳定度上占优势的光晶格钟,离子光钟受到的环境扰动更小因而准确度更高㊂其中镱离子光钟拥有两条成为次级秒定义的钟跃迁谱线,且囚禁时间长达数月,其八极跃迁谱线自然线宽在n Hz量级㊂另外,镱离子的冷却㊁重泵㊁探测等激光均可通过半导体激光器直接获得,镱离子光钟系统具有更好的应用前景㊂中国计量科学研究院自2020年开始布局镱离子光钟的研制[20],目标是在2025年完成镱单离子光钟的研制,使其不确定度达到5ˑ10-18,目前已完成物理系统及光学系统的搭建㊂在光钟的绝对频率测量和比对测量方面,中国计量科学研究院已开展了掺铒光纤光学频率梳和双光梳时频传递技术的研究㊂掺铒光纤光学频率梳实现了500~2200nm的宽带光谱覆盖,连续锁定时间超过30D[21],其中窄线宽的光学频率可实现698~1542nm 的传递,可覆盖多个光钟的输出频率,梳齿线宽与参考光学频率线宽一致(Hz量级线宽),其具体装置如图6所示㊂在双光梳时频传递技术方面,中国计量科学研究院在国内建立了第一套基于超窄线宽激光锁定的双光梳系统[22](见图7),经过与第三套线宽约为1Hz的连续激光拍频测试,两套光梳梳齿之间的相对线宽优于1Hz;经有效隔振单台光梳梳齿绝对线宽也可优于1Hz,为国产化双光梳时频传递装置的建立提供了基础㊂在高准确度的时频传递方面,中国计量科学研究院成功研制了远程时间溯源装置 NIMDO,实现了基于全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)时间频率传递的可准实时验证的溯源图4㊀NIM6激光冷却铯原子喷泉钟图5㊀NIM-Sr2锶原子光晶格钟[19]图6㊀掺铒光纤光学频率梳图7㊀基于超窄线宽激光锁定的双光梳系统或授时技术,通过GNSS实现远程时间频率源与原子时标国家计量基准UTC(NIM)的比对,进而实现远程时间频率源与UTC(NIM)的实时同步㊂以UTC (NIM)作为参考时,可在远程端以偏差优于10ns㊁合成标准不确定度优于5ns的水平复现UTC(NIM)㊂5㊀结束语从天文秒到原子秒,时间单位的不确定度已提高到5~6个数量级,目前的时间单位的不确定度已达到小数10~16的水平,而有望成为下一代秒定义的光钟的不确定度也已进入了10~19量级㊂时间单位指标的提升带动了一系列领域的技术创新和原理创新,同时也需要更多技术的支持㊂在时间频率基准的研究方面,我国的国家计量院,在铯原子喷泉钟㊁原子时标㊁光钟㊁超稳微波源㊁光学频率梳㊁时频传递等方面都开展了大量的工作并取得了一系列的成果㊂从时间频率基准的发展角度看,无论是复现秒定义的铯原子喷泉钟还是有望成为未来秒定义的光钟,一方面需要不断提高准确度㊁稳定度㊁连续运行率等技术指标,另一方面需要基于现有指标加快推动时间频率基准的传递和应用工作㊂参考文献[1]Bureau International des Poids et Mesures.SI base unit: second(s)[EB/OL].[2022-06-13].https://www./en/si-base-units/second.[2]HEAVNER T P,DONLEY E A,LEVI F,et al.First accuracy evaluation of NIST-F2[J].Metrologia,2014,51 (3):174-182.[3]BREWER S M,CHEN J S,HANKIN A M,et al.27Al+quantum-logic clock with a systematic uncertainty below 10-18[J].Physical Review Letters,2019,123(3):033201.[4]ESSEN L,PARRY J V L.An atomic standard of frequency and time interval:a Cæsium resonator[J]. 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Keywords:definition of the unit of time;time and frequency primary standard;caesium fountain clock;optical clock(收稿日期:2022-06-13)。
时间与频率的测量
➢ 输入通道：通常有A、B、C多个通道，以实现不同的 测量功能。输入通道电路对输入信号进行放大、整形 等（但保持频率不变），得到适合计数的脉冲信号。
通过预定标器还可扩展频率测量范围。
➢ 主门电路：完成计数的闸门控制作用。
➢ 计数与显示电路：计数电路是通用计数器的核心电路， 完成脉冲计数；显示电路将计数结果（反映测量结果） 以数字方式显示出来。
A
与
TB
B
门
C
TB
上图为由“与”逻辑门作为闸门，其门控信号为‘1’时闸门开启（允 许计数），为‘0’时闸门关闭（停止计数）。
◆测频时，闸门开启时间（称为“闸门时间”）即为采样时间。
测时间（间隔）时，闸门开启时间即为被测时间。
2）通用计数器的基本组成
通用电子计数器的组成框图如下图所示：
2）通用计数器的基本组成
2）原子时标
原子钟
➢ 原子时标的实物仪器，可用于时间、频率标准的发布和比对。
铯原子钟
➢ 准确度：10-13~10-14。 ➢ 大铯钟，专用实验室高稳定度频率基准；小铯钟，频率工作基准。
铷原子钟
➢ 准确度： 10-11，体积小、重量轻，便于携带，可作为工作基准。
氢原子钟
➢ 短期稳定度高：10-14~10-15，但准确度较低（10-12）。
1）天文时标
◆为世界时确定时间观测的参考点，得到
➢ 平太阳时：由于地球自转周期存在不均匀性，以假想 的平太阳作为基本参考点。
➢ 零类世界时（UT0 ）：以平太阳的子夜0时为参考。 ➢ 第一类世界时（UT1）：对地球自转的极移效应（自转
轴微小位移）作修正得到。
➢ 第二类世界时（UT2）：对地球自转的季节性变化（影 响自转速率）作修正得到。准确度为3×10－8 。
频率计的发展简介
频率计的发展简介频率计是一种用于测量信号频率的仪器。
它广泛应用于电子、通信、无线电、自动化控制等领域。
本文将对频率计的发展历程进行简要介绍。
一、频率计的起源频率计的起源可以追溯到19世纪末。
当时，无线电通信技术刚刚兴起，人们迫切需要一种能够准确测量信号频率的仪器。
最早的频率计是基于机械振荡器的，通过机械振荡器的频率与待测信号频率进行比较来实现测量。
二、频率计的发展过程1. 早期机械频率计早期的频率计主要采用机械振荡器和机械计数器的组合。
机械振荡器通过机械共振实现稳定的振荡频率，机械计数器则通过机械传动实现频率计数。
这种频率计具有测量范围窄、精度低的特点，但在当时仍然是一种重要的测量工具。
2. 电子频率计的浮现20世纪初，随着电子技术的发展，电子频率计开始浮现。
电子频率计利用电子元件的特性来实现频率测量，具有测量范围广、精度高、稳定性好的优点。
电子频率计的浮现极大地提高了频率测量的准确性和可靠性。
3. 数字频率计的应用随着计算机技术的发展，数字频率计逐渐取代了传统的摹拟频率计。
数字频率计利用数字信号处理技术对输入信号进行采样和处理，通过数学算法计算出信号的频率。
数字频率计具有测量速度快、精度高、灵便性强的特点，广泛应用于科研、工业生产等领域。
4. 频率计的功能扩展随着科技的进步，频率计的功能也得到了不断扩展。
现代频率计不仅可以测量信号的频率，还可以测量相位、脉宽、占空比等参数。
一些高级频率计还具备频谱分析、信号发生器、计时功能等，满足了不同领域对频率测量的需求。
三、频率计的应用领域频率计广泛应用于电子、通信、无线电、自动化控制等领域。
在电子领域，频率计常用于测量电路中的振荡频率、时钟频率等。
在通信领域，频率计用于测量无线电信号的频率、调制频率等。
在自动化控制领域，频率计用于测量机电转速、控制系统的频率响应等。
四、频率计的发展趋势随着科技的不断进步，频率计的发展也呈现出以下几个趋势：1. 小型化：随着集成电路技术的进步，频率计体积越来越小，便于携带和使用。
物理实验技术中的频率测量方法和技巧
物理实验技术中的频率测量方法和技巧在物理学实验中，频率测量是非常重要的一项技术。
频率是指在单位时间内发生的周期性事件的次数，是衡量系统变化速率的重要指标。
在频率测量的过程中，我们常常会遇到各种各样的问题和挑战，因此需要掌握一些方法和技巧来确保准确度和可靠性。
首先，常见的频率测量方法之一是使用频率计。
频率计是一种精度较高的仪器，通过测量电磁波的周期来获取频率。
在实验中，我们可以通过将电磁波输入频率计中，由频率计的显示来确定频率的大小。
为了提高测量的准确性，我们需要在实验前进行校准，确保频率计的读数与标准频率的值相吻合。
其次，对于一些较低频率的信号，频率计可能不太适用。
在这种情况下，我们可以选择使用光栅光谱仪等其他仪器进行频率测量。
光栅光谱仪是一种基于衍射原理的仪器，可以将光信号分解成不同频率的光谱线，并可通过测量光谱线位置的方法来确定频率。
在使用光栅光谱仪时，需要注意光源的选择和光路的精确对准，以确保测量的准确性。
此外，在一些特殊情况下，我们可能需要采用更加创新的测量方法和技巧来进行频率测量。
例如，在无线电技术中，我们常常会遇到信号幅度很小的情况。
此时，传统的频率测量方法容易受到噪声的干扰，测量结果不够准确。
为了解决这个问题，我们可以采用锁相放大器来进行测量。
锁相放大器是一种能够提取信号与参考信号之间相位差的仪器，通过测量相位差和频率信号的振幅来确定信号的频率。
除了选用适当的仪器和方法外，频率测量中的技巧也起着非常重要的作用。
首先，我们需要将测量对象与外界的干扰隔离开来，以确保测量结果的准确性。
例如，在电磁波频率测量中，我们可以使用屏蔽室或远离电磁场干扰的环境来进行实验。
其次，我们需要提高测量的精确度，避免误差的产生。
在频率测量中，误差可能来自于多个方面，如仪器本身的误差、测量环境的影响等。
为了减小误差，我们可以采用平均多次测量的方法，提高数据的可靠性和准确性。
最后，为了保证频率测量的准确性和可靠性，我们需要进行数据处理和分析。
CPT原子钟、星载钟及时频测控领域的新技术研究
CPT原子钟、星载钟及时频测控领域的新技术研究CPT原子钟、星载钟及时频测控领域的新技术研究引言随着科技的不断发展，时间和频率的精确测量在现代社会中扮演着越来越重要的角色。
时间作为一种基本的物理量，对于许多领域的研究和应用至关重要。
而原子钟和星载钟作为目前最精确的时间和频率测量设备，正成为科研、导航、通信等领域中不可或缺的技术工具。
本文将探讨CPT原子钟以及星载钟，在时频测控领域中的新技术研究。
一、CPT原子钟的新技术研究1. CPT原子钟简介CPT原子钟是一种基于共振线宽测量的原子钟技术。
该技术利用冷却的原子团簇，通过调整磁场和激光频率来实现高精度的时间测量。
与传统的光学原子钟相比，CPT原子钟具有更高的精度和稳定性，并且更适用于卫星导航和通信领域。
2. CPT原子钟的研究进展近年来，CPT原子钟在时频测控领域中的研究取得了许多重要的进展。
首先，研究人员成功改进了CPT原子钟的冷却技术，使得原子团簇的运动更加稳定，从而提高了钟的精度和长期稳定性。
其次，研究人员还开发了更高效的激光系统，可以实现更精确的频率控制，进一步提高了原子钟的测量精度。
此外，还有一些关于噪声抑制和环境干扰的研究，为CPT原子钟的应用提供了更好的保障。
3. CPT原子钟的应用前景由于其高精度和稳定性，CPT原子钟在卫星导航和通信领域有着广阔的应用前景。
例如，在卫星导航系统中，CPT原子钟可以提供高精度的时间参考，为卫星导航的定位和定时提供准确的数据支持。
在通信系统中，CPT原子钟可以用于精确的时间同步，提高通信系统的容量和可靠性。
二、星载钟的新技术研究1. 星载钟简介星载钟是指通过将原子钟装载到卫星中，利用卫星的运动提供一个高精度的时间参考。
与地面原子钟相比，星载钟可以避免地球引力和大气等因素对时间的影响，提供更加稳定和准确的时间信号。
2. 星载钟的研究进展星载钟是多个领域合作和研究的结果。
研究人员通过不断改进星载钟的冷却技术和激光控制系统，进一步提高了其精度和稳定性。
频率计资料
频率计频率计是一种用于测量信号频率的仪器，广泛应用于各种领域，包括电子、通信、电力等。
频率计的原理是利用输入信号的周期或脉冲数来计算其频率，从而实现频率测量。
本文将介绍频率计的工作原理、分类、应用及未来发展方向。
工作原理频率计主要通过计算输入信号的周期或脉冲数来确定其频率。
一般来说，频率计可以分为两种类型：数字频率计和模拟频率计。
数字频率计通过将输入信号转换为数字形式，并利用计数器来计算周期或脉冲数。
随着技术的进步，数字频率计在精度和稳定性方面有了显著提高，逐渐成为主流。
模拟频率计则通过比较输入信号与参考信号，利用锁相环等电路来测量频率。
尽管模拟频率计在某些特定应用中仍具有优势，但受限于精度和稳定性较差，逐渐被数字频率计所替代。
分类根据测量范围和精度的不同，频率计可以分为基本频率计和精密频率计。
基本频率计通常用于测量工程中的常用频率范围，如电力系统中的50Hz/60Hz，通信系统中的几百kHz至几GHz等。
这类频率计具有成本低、易操作等特点，适用于大多数应用场景。
精密频率计则用于对频率要求更高的领域，如科学研究、航空航天等。
这类频率计具有更高的精度、稳定性和抗干扰能力，在特定场合中得到广泛应用。
应用频率计作为一种关键的测量仪器，在各个行业都有着重要的应用。
在电力系统中，频率计用于监测电网频率的稳定性，保障电网运行的安全可靠。
在通信系统中，频率计用于测量无线信号的频率，确保通信系统正常工作。
在科学研究中，频率计用于实验室中各种信号的频率测量，为科学家们提供准确的数据支持。
未来发展随着科学技术的不断进步，频率计也在不断发展和完善。
未来，随着5G技术的广泛推广，对高频率、高精度频率计的需求将进一步增加，频率计将朝着更加智能、精准、高效的方向发展。
另外，随着人工智能技术的不断成熟，频率计的自动化、智能化程度也将得到提升，从而进一步提高频率测量的精度和效率。
总的来说，频率计作为一种重要的测量仪器，将在未来的科技发展中继续发挥重要作用，并不断适应各种新的应用场景，为人类的科学研究和生产生活带来更多的便利和效益。
时间频率的高精度测量技术
它 是 国际 单 位 制 中七 个 基本量 之 一 。 在 计 量 学和计 量测 试 中 ，时 间
频率是带头学科 ，是先导 。当代 量子频标 的出现和电子技术 的进 步 ， 极大地提高了时间频率计量测试的稳定度和准确度， 其测量精度和测 量技术遥遥领先于其它量子的计量测试水平．因而，下面就 目前时间
此 我 们 已建 立 了频 差 倍 增 测 量 系 统 来 对 时 间 频 率 进 行 高精 度 的 测 量 。根据这种原理制作 的装 置通 常称 为频 差倍增 器 （ 也称 比较器 、比 对 器 、测频器等 ），它是频 率测量 的基 本 组成 部分 ， 目前 。频 差倍
司！
增器的倍增次数一般最高为 １ ０ ０ 至 １ ０ ５ ，它可使频率测量系统的测量 精度达到 １ ０ － １ “ 至１ ０ － １ ３ （ 闸门时间为 ｌ ｏ ｏ ｓ 时 ）量级。 所谓频差倍增法， 就是将被测频率 ｆ ． 与参考频标 ｆ ， 之间的差值
为
Ａ ｆ ｌ ｆ 二 ２ ． ３ ｘ １ ０ － １ ４
根据这一基本原理，我们利用 １ ２ ０ ５ 数字 比相仪、艳束原子频标
和微型计算机组建了时 频坷准相 ． 位比 较侧ｆ系 ； 统・ 若 将５ Ｍ Ｈ ： 的 频标
术 ，其线路结构简单，测ｔ分辨率高 ．它主要适用于长时间指标 的测 量， 尤其适用于两个相同频 标长稳指标 的昼夜 比较测量而无须人员看 守 。这一 系统的建立 ，它 能够完成 目前 高精度 时频标准 中的精确测
代 产 品大 为增 加 。
２ ．测量技术与方法
２ ． １频差倍增法
在进行时间频率的高精度测 量时，不仅要选择高精密度 的时间
2024年频率测量仪市场分析现状
2024年频率测量仪市场分析现状简介频率测量仪是一种用于测量电信号频率的仪器。
在电子、通信、航天、军事等领域有广泛的应用。
本文将对频率测量仪市场的现状进行分析。
市场规模频率测量仪市场规模庞大，据统计，全球频率测量仪市场规模约为XX亿美元。
市场增长势头强劲，年复合增长率在X%以上。
市场动态技术发展随着科技的不断进步，频率测量仪的技术也在不断发展。
传统的频率测量仪已经逐渐被更先进的数字频率测量仪所取代。
数字频率测量仪具有更高的精度、更广的测量范围以及更便捷的操作，因此受到市场的青睐。
应用领域频率测量仪的应用领域非常广泛。
在电子行业，频率测量仪被广泛应用于电路测试、射频测量以及时钟同步等方面。
在通信领域，频率测量仪被用于网络测试和信号分析。
航天、军事等领域也是频率测量仪的重要应用领域。
市场竞争频率测量仪市场竞争激烈，市场上有众多的厂商竞争。
一些知名的频率测量仪制造商包括XX公司、XX公司和XX公司等。
这些厂商通过不断创新和技术升级来提高产品竞争力。
市场趋势随着5G时代的到来，频率测量仪市场有望迎来新的增长机遇。
5G通信对频率测量仪的要求更高，需要更高精度和更宽的测量范围。
因此，频率测量仪制造商需要加大研发力度，推出更先进的产品，以满足市场需求。
市场前景频率测量仪市场前景广阔。
随着科技的不断进步和应用领域的扩大，频率测量仪的需求将持续增长。
特别是在5G时代，频率测量仪市场有望迎来爆发式增长。
同时，市场竞争也将更加激烈，厂商需要加强技术创新和产品升级，以保持竞争优势。
总结频率测量仪市场呈现出良好的增长势头，市场规模不断扩大。
随着技术的进步和应用领域的拓展，频率测量仪的市场前景非常广阔。
然而，市场竞争也非常激烈，厂商需要持续创新以保持竞争优势。
频率时间和相位的测量
频率时间和相位的测量频率、时间和相位的测量在现代科学和工程领域中具有重要的意义。
频率是指在单位时间内重复发生的事件或周期的次数。
时间是描述事件发生的顺序和持续时间的尺度。
相位则用来描述波形的相对位置关系。
测量这些参数的准确性和精度对于许多应用来说至关重要，包括通信系统、无线电频谱管理、精密仪器、天文学、地球物理学等等。
下面我们将详细介绍频率、时间和相位的测量方法和技术。
频率测量是指测量事件发生的频率或周期的次数。
常见的频率测量方法包括计数法、相位比较法、频率合成法等。
计数法是一种简单直接的方法，通过计算事件发生的次数来得到频率。
在计数法中，可以使用计时器来记录事件发生的次数，然后根据计时器的时间得到频率。
相位比较法主要是利用比较两个信号的相位差来得到频率。
这种方法常用于稳定的参考信号。
频率合成法是通过将多个信号相加或相乘来合成一个新的信号，然后再根据新信号的特性来获得频率。
这种方法广泛应用于频率合成器和锁相环等设备中。
时间测量是指测量事件发生的准确时间。
时间测量的方法包括脉冲计数法、时钟同步法、时间标准法等。
脉冲计数法是通过计数脉冲的数量来测量时间。
计数器是常用的脉冲计数设备，它可以根据脉冲的来自外界触发信号进行计数，并转换成相应的时间单位。
时钟同步法是利用多个时钟设备的同步性来测量时间。
通过将多个时钟设备的信号进行比较，可以得到一个准确的时间值。
时间标准法是通过使用一个精密的时间标准来测量时间。
国际原子时（TAI）和协调世界时（UTC）是常用的时间标准。
时间标准设备可以通过比较其与时间标准之间的差异来测量时间。
相位测量是指测量信号波形的相对位置关系。
相位测量的方法包括相位差测量法、频率转换法、相位解调法等。
相位差测量法是通过比较两个信号的相位差来得到相位。
常用的相位差测量设备有相位计和相干解调器。
频率转换法是通过将信号的频率变换到特定范围内，然后再进行相位的测量。
这种方法常用于高频信号的相位测量。
中国计量科学研究院 时间频率基准
中国计量科学研究院时间频率基准时间与频率的精准测量是现代科技发展的重要基础，对于国家经济建设和国防安全具有重大意义。
中国计量科学研究院在时间频率基准的研究与建立上做出了突出贡献。
本文将详细介绍中国计量科学研究院在时间频率基准方面的研究成果。
一、中国计量科学研究院简介中国计量科学研究院（National Institute of Metrology, China，简称NIM）成立于1955年，是我国计量科学研究领域的权威机构，主要负责国家计量基标准和量值传递工作，为我国国民经济和社会发展提供重要技术支撑。
二、时间频率基准的重要性时间频率是国际单位制（SI）七个基本单位之一，对于科学技术进步和国家利益具有重要意义。
时间频率基准的建立和保持，直接关系到国家科技、经济、国防等领域的发展。
三、中国计量科学研究院在时间频率基准方面的研究1.建立我国原子时标中国计量科学研究院从20世纪70年代开始研究原子时，经过几十年的努力，成功建立了我国自己的原子时标——中国原子时（CAO）。
中国原子时具有国际一流水平，为我国时间频率基准的研究和应用奠定了基础。
2.建立光纤时间频率传递系统为满足远程时间频率同步需求，中国计量科学研究院成功研发了光纤时间频率传递系统。
该系统利用光纤作为传输介质，具有传输距离远、同步精度高等优点，为我国远程时间频率同步提供了重要技术手段。
3.开展卫星导航时间同步研究中国计量科学研究院积极参与卫星导航时间同步研究，为我国北斗导航系统提供高精度时间同步技术支持。
通过地面时间频率基准与卫星时间同步，实现了全球范围内的高精度时间同步。
4.国际合作与交流中国计量科学研究院积极开展国际合作与交流，与世界各国时间频率研究机构保持紧密合作关系，共同推动全球时间频率基准的进步。
四、总结中国计量科学研究院在时间频率基准领域的研究成果，为我国科技、经济、国防等领域的发展提供了有力保障。
精密时间测量技术
精密时间测量技术精密时间测量技术是我们研究和理解自然世界的重要工具。
不论是在科研实验室里进行精细的科学实验，还是在日常生活中对各种设备和系统进行精确控制，时间的精确度和准确度都至关重要。
一. 原理与技术精密时间测量技术依赖于精确的时间参考源，它们通常包括振荡器、陀螺仪和原子钟等设备。
最常用的时间参考源是原子钟，其工作原理基于量子力学定律，和不同原子或离子的特殊能级之间的跳跃频率关联。
随着技术的进步，时间测量的精度也在不断提高。
现在的原子钟可以达到10-15级别的精度，简单的说，这意味着如果让它运行一亿年，误差也不会超过一秒。
这种级别的精度对于高精度实验和高精度仪器系统，如全球定位系统(GPS)，粒子加速器，光电子器件等应用至关重要。
GPS系统是精密时间测量技术最广泛的应用之一，它利用4颗以上的GPS卫星发送的信号来测量接收器和每颗卫星之间的传播延迟，从而精确调整接收器的本地时钟。
二. 应用与前景精密时间测量技术的应用领域非常广泛，它被应用在许多领域，包括航空航天，通信，科学研究等。
例如，在光纤通信领域，精密时间测量技术可以用来精确控制激光脉冲的发射，从而提高通信的精度和效率。
除此之外，时间频率测量也是粒子物理，量子信息，天文学等许多科学研究的关键部分。
目前，正有大量的研究正在进行，以进一步提高时间测量的精度和稳定性。
例如，光频率梳技术和光钟都是研究的热点。
光频率梳技术已经将时间测量的精度提高到了10-19级别，而最新的光钟实验则让人们对于未来的10-20级别精度充满了期待。
精密时间测量技术对于日常生活和科学的影响是巨大的。
无论是每天的导航定位，还是深入的科学研究，它们都离不开这个重要的技术。
未来的研究将会进一步提高时间测量的精度，进一步推动科技的发展，改变我们的生活。
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时间频率测量技术的发展与应用陈洪卿(中国科学院国家授时中心)1时间频率精密测量的目的和意义信息化时代的到来，高精度时问频率已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关重要的一个参量。
时间的应用范围已经渗透到从基础研究领域(天文学、地球动力学、物理学等)到工程技术领域(信息传递、电力输配、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等)，以及关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域(交通运输、金融证券、邮电通信等)的各个方面，几乎无所不及。
中国科协副主席、时间工作专家叶叔华院士认为“生活离不开时间频率，它是高新技术的基础”。
“863”高科技计划倡导者陈芳允院士认为“时间频率在工业、交通、电信等方面的应用十分广泛。
计时、工业控制、定位导航、现代数字化技术和计算机都离不开时频技术和时频测量”。
它“在科技发展和社会进步中占有特殊重要的地位。
”[1]2003年全国时间频率学术会议上，王义道教授作特邀报告“建设我国独立自主时间频率系统的思考”[2]指出：时间频率系统是维护国家安全和独立自主的命脉；现代化战争中原子钟比原子弹更重要；精密时间频率广泛应用于现代通信、导航、制导、定位、天文观察、大地测量、地质勘探、电网调配、电子对抗、交通管理、精密测量、科学研究等领域，设备需求量很大；标准频率与时间信号可以通过电磁波发射、传播、接收，直接为各种应用服务。
时间是国际单位制中的最基本的物理量之一，也是目前能够实现的测量不确定度最小的物理量。
时间测量的精密度可小于10—18，准确度可达10一15。
这使时间频率在计量、测量领域中起着十分突出的领先和独特作用[3]。
因此，其它的物理量，如果能够通过一定的物理关系和物理常数转化为时间频率量来进行测量，用时间测量来表征，那么，该物理量的测量精度将会大大提高，并使计量单位趋向于统一。
典型的例子，莫过于长度单位一米的定义。
100 多年前，为适应世界贸易和科学技术发展需求，为统一国际长度度量单位和标准，成立国际米制委员会，并确定和保持米尺原器，成为现代国际公制计量系统的基础。
长度单位一米的测量精度好不容易才达到10一8[4]。
而今，由光速不变原理和L=CT确定长度，长度单位l米=真空中光在1／299 792458秒时间内传播的距离，这样就可以用时间测量来表征长度测量，其精度就提高到lO一9以上。
作为原始基准的独立定义的长度单位，蜕变成由时间一光速联合定义的导出单位，长度单位就统一于时间单位了。
此外，通过交流约瑟夫森量子效应，从加在约瑟夫森结上的电压V与所产生的交流电频率之间的关系f=(2e／h)／v和国际协定常数值2e／h=483597．9GHz／V，由测量频率求得电压；也可以求得电流、电阻以及温度等等[3]。
随着无线电技术、电子技术、激光技术以及相关电子测量技术的发展，以时间频率测量为技术支持的无线电测距定位导航、激光测距定位导航技术和业务迅速展，使精确定位导航、精准武器制导等技术成为现代化战争的重要方面，所以说作为高精度时间频率技术标志的原子钟在现代战争中比原子弹还重要。
此外，高精度时间频率测量技术在现代通信(包括移动通信)、计算机网络、广播电视、电力自动化、交通运输、自动控制、地震监测、航空航天、深空跟踪、科学探测以及人们生产、生活的方方面面，都有应用需求。
因此，不断发展和提高时间频率测量技术和设备，并推广应用，是提高综合国力的战略措施。
2时间频率测量技术的新进展上个世纪50年代以来，时间频率测量技术有了突飞猛进的发展，平均而言，每过10年，时间频率的测量精度就要提高I-2个数量级。
电子技术、无线电技术、计算机技术、信息网络技术以及其它各种相关科学技术的发展，在对时间频率测量技术提出需求的同时，也促进了时间频率测量技术的发展和进步。
从以下几个方面可以看到时间频率测量技术的不断发展和成就。
2．1 频率标准技术的研究与进展自1955年英国国家物理实验室NPL研制成世界上第一台1．10一10的铯原子频标始，1967年达到l*lO一1I，更新了秒长定义；目前已达到I*10—15的量级。
除研制光抽运和激光喷泉铯原子钟外，铷原子频标、氢原子频标、钙原子光频标、汞离子频标等在准确性、稳定性、实用性、可靠性方面各有特色的频率标准也在不断发展更新。
典型的标志之一就是，在最近召开的第16届国际时间频率咨询委员会(CCTF)的会议上，就“国际秒定义”生成了补充定义，期为一秒[4]。
这也意味着，测量对象无论是微观的原子、量子运动，或是宏观的脉冲星双星运动，只要找到一种可靠的测量方法和技术，能比测量铯原子更准、更方便使用，就可能成为新的频率标准，更新国际秒标准定义。
北京大学、中国计量科学研究院、中国科学院上海天文台、武汉数学与物理研究所等等分别在铷、铯、氢原子频标研制不断取得进展，在商品化生产和市场化竞争方面，尚有待加强，才能与国际市场接轨。
2．2时间标准UTc的研究与进展时间测量包括时间间隔(对应于秒长一周期一频率)和时刻(由相对于时间历元的若干时间间隔计量)两部分测量。
它们分别由国际原子时TAI实现定义秒长和由国际地球自转服务组织IERS确定的世界时UT相互协调，生成世界通用的标准时间系统——协调世界时UTC。
随着原子时比对测量技术的进步和天文测量方法、技术测定地球自转运动的精度提高，用UTC确定某个事件发生时刻的精度，已由以前的1微秒提高到现在的好于100纳秒。
与此同时，国际天文学会IAU、国际计量局BIPM、国际电讯联盟ITU、国际标准化组织ISO等等国际组织都表明，应该把UTC作为国际标准时间(包括对应的时刻／日期)、标准频率的统一参考标准。
这对于。
时间就是金钱”、信息快变、争分夺秒的现代化社会生产、生活和科技发展来说，都是十分必要的。
为此，正在编制的国家标准《标准时间频率信号发射技术规范》将与国际标准接轨，采用相关的国际标准作为我国国家标准，并明确定义我国的标准时间——北京时间=UTC+SH。
国际上要求各国标准时间实验室保持的U1．C(K)与国际UTC的时刻偏差应该不大于100纳秒，中国科学院国家授时中心所保持的UTC(NTSC)与UTC的偏差达到50纳秒以内[5]，进入国际先进行列。
2．3 标准时间频率发播、传输与测量技术的发展高精度的时间频率源要通过各种手段传输给用户，为用户服务。
传输过程中，从发播、传播、中继，到接收、解调和应用，都离不开时间频率测量技术和相关的电子测量控制设备。
无线电、电子测量、信息编码、卫星技术的进步，先后出现短波、长波、微波、电视、卫星等无线电方法发播、传输标准时间频率，它们时间测量和时间同步的精度分别达到毫秒、微秒、纳秒、皮秒。
目前，远距离时间比对测量的最高精度为卫星双向法和激光方法，系统的测量精度到若干皮秒。
这对时钟信号源、传输设备以及比对测量设备的要求都相当高。
我国BPM短波时号的发播控制误差小于O．1毫秒，BPL长波时号发播控制误差小于O．1微秒，北斗一号卫星时号发播控制的误差小于几纳秒。
这些都表明时间频率测量技术发展和进步。
下表1是上世纪末美国对时间频率不同精度的调查结果；下表2是国际电联ITU—R第1011建议书关于不同系统、传输手段所能达到的时间频率传输、测量精度[5]：该建议书也将成为指导我国时间频率用户应用选择的参考标准。
(1)美国ISI调查用户对时间频率准确度的需求(1999)等级时间频率用户数手段低1秒一1毫秒lO一一10—8 >10000 电话短波中1毫秒一10微秒lO～一10—10 约3000 GOES／子午仪高10微秒一50纳秒10—10—5X10—13约1200罗兰C、GPS特高50—1纳秒5X10—13一10’14约200 GPS／光缆超高优于1纳秒优于10。
14 约40 TWSTT／光缆(2)时间频率传输的系统、手段与精度序号传输手段校时准确度频率准确度国外系统国内系统l HF广播1一10 10．6-10。
8／天WWⅧ，JJl『BPM，SXG2 L F广播 1 10—10一10一11 WWVB，DCF77 BPC3 罗兰C l∥S10—12 罗兰C链长河二号BPL4 地面T V广播10 10—1z—10一H 美国行1 0 CcTV行6(共视)5 导航星广播50—500ns lO一10．10—12 GPS 北斗l号共视5—20ns 10q3／天GLONASS6 气象卫星100∥S美G O E S欧洲L A S S O21世纪中国电子仪器发展战略研讨会2004年9月同步广播卫星20∥S印度C T(卫星电视) N卫星电视W T1—10 欧美日澳中、日电话时码10卅／天欧美日(双向) NIM光纤50 km 10—50 10一10-10’17美0 0 0 km lOq3—1014／天微波线路大气多径，必须双向(局部中继) 专用局部视距同轴电缆1—10 几百米几百米搬运钟网络其它2．4 时间频率接收、测量、比对技术的研究与进展以GPS全球卫星导航定位系统为代表的新的卫星授时系统的出现，也把标准时间频率信号的接收测量比对技术和设备提高到一个新水平。
此前，用户要得到1微秒准确时间，除需要专用仪器设备外，还需要一定的操着程序和技术方法，现在GPS定时接收机，只要打开电源开关，无须其它操作，可以自动实现准确度为1微秒或100纳秒的时间信息。
这对于其它各种电子测量设备实现自动控制和系统自动化管理，带来极大的方便。
前面讲到，用时间测量关联其它物理量测量，可以大大提高该物理量测量精度，现在可以说，除去GPS用于导航定位功能外，任何时间频率应用，只要采用GPS技术或类似卫星技术的定时校频功能，就会取得长足的进步和成功。
这也使年产值数十亿美元的世界GPS产业每年有2个百分点的增长速度。
国产的北斗一号卫星定时接收机业已开发，面向市场，这将会改善GPS时间频率技术和产品占据我国时间频21世纪中国电子仪器发展战略研讨会2004年9月3时间频率领域电子测量技术设备发展展望与标准化时间间隔的测量精度己从过去的毫秒、微秒提高到纳秒、皮秒和飞秒。
频率测量的准确度更高。
它们都由相关的电子测量技术、设备、相关的测量程序(技术规范)加以实现。
用于时间频率测量的仪器设备，除不断提高测量精度外，就是向智能化方向发展。
虚拟仪器的概念和技术也已在时间频率测量中显示其优越性。
以GPS技术为代表的国外时间服务系统、技术、产品，业已挤占我国电力、电信、交通、金融、科学研究(包括国防科研)等涉及国家安全和社稷民生部门的时间频率用户市场。
加入WTO后，其势更盛。
为保护国家权益和我国时频科学技术发展和结构战略性调整，培育、规范国内时频技术市场，运用时频技术标准化、时间工作管理标准化作为规划、保护的手段，很有必要[6]。