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Bliley太空原子鐘的石英晶振應用及工作原理
從上個世紀開始人們開始探索宇宙外太空,發射了數百次人造衛星,2019年1月3日,中國的嫦娥四號成功登錄月球背面,在此之前從來沒有任何一個國家可以做到,考驗了我國的航空工程和太空建設能力.完成這個重大項目的基礎上,有非常重要的兩個東西,分別是原子鐘和石英晶振,那么什么是原子鐘?它與石英晶體和晶體振蕩器有什么關聯?對航天設備和事業有怎樣的貢獻和作用?答案都在這篇文章里,感興趣的客戶歡迎閱讀,如有任何與晶振相關的問題,可在金洛鑫電子官網上留言.
你知道關于太空中的原子鐘以及它們是如何工作的嗎?如果沒有,那就是你做的時間.在GPS衛星和其他空間應用方面,時間就是一切.即使只是一微秒的定時誤差也可能導致地面300米的誤差.原子鐘可以保持非常精確的定時,使其成為GPS和其他LEO衛星的理想定時解決方案.
什么是原子鐘?
就像擺鐘將用作舊模擬時鐘中的頻率參考一樣,原子鐘是更精確的頻率參考.原子鐘的核心是石英晶體.當向晶體施加電壓時,石英晶體產生非常特定的頻率脈沖(類似于擺的擺動).晶體產生的所需輸出頻率取決于石英的切割和制造方式.石英晶體和石英晶體振蕩器廣泛應用于從手機到高端軍用和PNT設備的各種應用中.然而,當涉及GNSS和GPS衛星星座標準時,僅由石英晶體或晶體振蕩器產生的頻率通常不夠精確.它仍然慢慢地失去了時間的追蹤.需要一種升級的策略來幫助創建今天使用的超精確原子鐘.
什么是原子鐘類型?
其他原子的特定元素用于原子鐘中以滿足不同的要求.3種原子鐘包括銫,氫和銣.銫原子鐘-如上所述,原子鐘采用一束銫原子.時鐘通過磁場分離不同能級的銫原子.氫原子鐘-在具有特殊材料的壁的容器中維持所需能級的氫原子,使得原子不會太快地失去其較高的能量狀態.
銣原子鐘-所有原子鐘中最簡單,最緊湊的.他們使用銣氣體玻璃池,當周圍的微波頻率恰到好處時,它會改變光學銣頻率下的光吸收.在Bliley晶振公司,我們將我們85年的石英晶體和振蕩器制造與Accubeat相結合,創造了AR133銣原子鐘.AR133原子鐘旨在提供精確的時序和頻率,超出石英振蕩器的典型時序和頻率.
物理學家發現特定元素的原子以完全相同的速率振蕩.1967年,原子鐘時序標準被確定為每秒9,192,631,770次振蕩(銫133原子共振頻率).當應用與銫完全相同的無線電波時,它開始共振并使原子擺動到更高的能量狀態.這類似于歌劇演唱者唱出特定的高音,導致玻璃共振然后粉碎.
這里的想法是使用這種增強的能量狀態來表明無線電波頻率是完全正確的.因此,使用Quartz Crystal的共振,它產生的頻率脈沖用于確定無線電波發射器的頻率(以赫茲為單位,即’每秒波浪數’).就像計算石英晶體時鐘中的電脈沖數一樣,原子鐘將計算頻率波的數量,以確定非常準確的秒數.例如,如果一塊石英以每秒33,138次諧振......無線電發射器將發射33,138Hz的頻率.當從無線電發射器計算相同數量的波時,我們知道已經過了一秒鐘.
但是,隨著時間的推移保持相同的頻率是非常困難的.這是因為石英的頻率可能會因環境因素(例如振動,溫度和g力的變化)而發生偏差.有時,高質量,超穩定的貼片振蕩器有助于保持晶體所需的頻率.然而,原子鐘通常使用銫.高能態銫原子的流動由原子鐘中的傳感器檢測.如果無線電波頻率是準確的,銫原子將繼續以其峰值速率流過傳感器.但如果頻率不完全正確,傳感器會確定更少的銫原子.在這種情況下,電壓會發送到石英振蕩器,這會改變頻率,使其恰好適合正確的銫原子共振速率.此過程稱為反饋循環.這基本上使原子鐘自我校正.
