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Bliley太空原子钟的石英晶振应用及工作原理
从上个世纪开始人们开始探索宇宙外太空,发射了数百次人造卫星,2019年1月3日,中国的嫦娥四号成功登录月球背面,在此之前从来没有任何一个国家可以做到,考验了我国的航空工程和太空建设能力.完成这个重大项目的基础上,有非常重要的两个东西,分别是原子钟和石英晶振,那么什么是原子钟?它与石英晶体和晶体振荡器有什么关联?对航天设备和事业有怎样的贡献和作用?答案都在这篇文章里,感兴趣的客户欢迎阅读,如有任何与晶振相关的问题,可在金洛鑫电子官网上留言.
你知道关于太空中的原子钟以及它们是如何工作的吗?如果没有,那就是你做的时间.在GPS卫星和其他空间应用方面,时间就是一切.即使只是一微秒的定时误差也可能导致地面300米的误差.原子钟可以保持非常精确的定时,使其成为GPS和其他LEO卫星的理想定时解决方案.
什么是原子钟?
就像摆钟将用作旧模拟时钟中的频率参考一样,原子钟是更精确的频率参考.原子钟的核心是石英晶体.当向晶体施加电压时,石英晶体产生非常特定的频率脉冲(类似于摆的摆动).晶体产生的所需输出频率取决于石英的切割和制造方式.石英晶体和石英晶体振荡器广泛应用于从手机到高端军用和PNT设备的各种应用中.然而,当涉及GNSS和GPS卫星星座标准时,仅由石英晶体或晶体振荡器产生的频率通常不够精确.它仍然慢慢地失去了时间的追踪.需要一种升级的策略来帮助创建今天使用的超精确原子钟.
什么是原子钟类型?
其他原子的特定元素用于原子钟中以满足不同的要求.3种原子钟包括铯,氢和铷.铯原子钟-如上所述,原子钟采用一束铯原子.时钟通过磁场分离不同能级的铯原子.氢原子钟-在具有特殊材料的壁的容器中维持所需能级的氢原子,使得原子不会太快地失去其较高的能量状态.
铷原子钟-所有原子钟中最简单,最紧凑的.他们使用铷气体玻璃池,当周围的微波频率恰到好处时,它会改变光学铷频率下的光吸收.在Bliley晶振公司,我们将我们85年的石英晶体和振荡器制造与Accubeat相结合,创造了AR133铷原子钟.AR133原子钟旨在提供精确的时序和频率,超出石英振荡器的典型时序和频率.
物理学家发现特定元素的原子以完全相同的速率振荡.1967年,原子钟时序标准被确定为每秒9,192,631,770次振荡(铯133原子共振频率).当应用与铯完全相同的无线电波时,它开始共振并使原子摆动到更高的能量状态.这类似于歌剧演唱者唱出特定的高音,导致玻璃共振然后粉碎.
这里的想法是使用这种增强的能量状态来表明无线电波频率是完全正确的.因此,使用Quartz Crystal的共振,它产生的频率脉冲用于确定无线电波发射器的频率(以赫兹为单位,即’每秒波浪数’).就像计算石英晶体时钟中的电脉冲数一样,原子钟将计算频率波的数量,以确定非常准确的秒数.例如,如果一块石英以每秒33,138次谐振......无线电发射器将发射33,138Hz的频率.当从无线电发射器计算相同数量的波时,我们知道已经过了一秒钟.
但是,随着时间的推移保持相同的频率是非常困难的.这是因为石英的频率可能会因环境因素(例如振动,温度和g力的变化)而发生偏差.有时,高质量,超稳定的贴片振荡器有助于保持晶体所需的频率.然而,原子钟通常使用铯.高能态铯原子的流动由原子钟中的传感器检测.如果无线电波频率是准确的,铯原子将继续以其峰值速率流过传感器.但如果频率不完全正确,传感器会确定更少的铯原子.在这种情况下,电压会发送到石英振荡器,这会改变频率,使其恰好适合正确的铯原子共振速率.此过程称为反馈循环.这基本上使原子钟自我校正.
