[發明專利]基于標準尺及光速不變原理構建的時間定時裝置

有效

• 申請號: 201710236240.5
• 申請日: 2017-04-12
• 公開（公告）號: CN106933090B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 徐國棟;徐振東;張迎春;董立珉;李鵬飛;宋佳凝;張兆祥;張光宇
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G04F5/04
• 分類號: G04F5/04
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

本發明提供一種高精度、高穩定度、體積較小，重量輕和成本低的基于標準尺及光速不變原理構建的時間定時裝置，屬于時鐘領域。包括分頻器、標準尺、鑒相器和壓控振蕩器；壓控振蕩器輸出的脈沖信號輸入至分頻器，分頻器輸出二分頻的時鐘信號和四分頻的方波信號，所述方波信號分成兩路，一路為直接信號，另一路經標準尺輸出延時信號，所述直接信號和延時信號存在穩定的時間差；直接信號和延時信號分別到達鑒相器進行周期及相位檢測，鑒相器輸出的檢測偏差信號輸入至壓控振蕩器，調控壓控振蕩器輸出的脈沖信號的周期和相位，實現負反饋控制；標準尺為標準長度且具有穩定延時的傳輸線。所述標準尺采用熱膨脹系數為零或熱膨脹系數正負互補的因瓦合金制成。

技術領域

本發明涉及一種時間定時裝置，特別涉及一種基于標準尺及光速不變原理構建的時間定時裝置。

背景技術

目前，原子時被公認為是最穩定的時間基準。一般原子鐘的頻率穩定度為10^-12～10^-15量級，精度為3～3000萬年不差1秒。最新研制的原子光鐘頻率穩定度為10^-16～10^-17量級，精度達到3～30億年不差1秒。

原子鐘的發展方向有兩個：一是更高頻率的原子光鐘，采用激光冷卻、磁光阱凝聚、光梳等一系列的前沿技術，進一步提高時間精度及穩定度；二是小型化原子鐘，采用相干布居數囚禁技術(即CPT技術)，研制片上系統(SoC)。原子光鐘由于采用了先進復雜的技術，因此在提高時間穩定度及精度的同時，系統實現難度極大，成本極高，只能在國家級時間標準或時間基準中應用。CPT原子鐘可以實現小型化，但時間精度及穩定度不高，一般應用在有一定要求、但又不能太高的場合。

原子鐘技術源于量子理論△E＝hv，原子能級之間的躍遷輻射是原子鐘頻率穩定的基礎，它的頻率穩定度受不確定性原理的約束由此預期的原子光鐘頻率穩定度為10^-16～10^-17量級。

人們期望能夠實現在宇宙生命周期尺度上的高精度及高穩定度時鐘，其頻率穩定度達到10^-17～10^-18量級，實現30～300億年不差1秒的目標。但顯然，無論在理論上還是在技術上都受到了極大的挑戰。

發明內容

針對上述不足，本發明提供一種高精度、高穩定度、體積較小，重量輕和成本低的基于標準尺及光速不變原理構建的時間定時裝置。

本發明的基于標準尺及光速不變原理構建的時間定時裝置，所述時間定時裝置包括分頻器1、標準尺2、鑒相器3和壓控振蕩器5；

壓控振蕩器5輸出的脈沖信號輸入至分頻器1，分頻器1輸出二分頻的時鐘信號和四分頻的方波信號，所述方波信號分成兩路，一路為直接信號，另一路經標準尺2輸出延時信號，所述直接信號和延時信號存在穩定的時間差；直接信號和延時信號分別到達鑒相器3進行周期及相位檢測，鑒相器3輸出的檢測偏差信號輸入至壓控振蕩器5，調控壓控振蕩器5輸出的脈沖信號的周期和相位，實現負反饋控制；

標準尺為標準長度且具有穩定延時的傳輸線。

優選的是，所述時間定時裝置還包括濾波器4；

鑒相器3輸出的檢測偏差信號輸入至濾波器4，經濾波器4濾波后再輸入至壓控振蕩器5。

優選的是，所述標準尺2為采用熱膨脹系數為零的因瓦合金制成，該標準尺的長度l＝cT_r，其中c為光速，T_r為二分頻的時鐘信號的周期。

優選的是，所述標準尺2為采用負的熱膨脹系數的因瓦合金材料與正的熱膨脹系數的因瓦合金材料構成溫度互補型的標準尺。

優選的是，采用負的熱膨脹系數的因瓦合金材料與正的熱膨脹系數的因瓦合金材料構成溫度互補型的標準尺的方法為：