SI-Mittayksikkö: Aika ja taajuus

Artikkelit
VTT
Decorative image

Tämä artikkeli on osa sarjaa, jossa kerrotaan SI-yksiköistä, niiden toteuttamisesta Suomessa ja niihin liittyvistä palveluistamme. Tämä osa käsittelee aikaa ja taajuutta.

Ajan SI-yksikkö: sekunti (s)

​Sekunti, jonka tunnus on s, on ajan SI-yksikkö. Määritelmän perustana on cesium 133 -atomin häiritsemättömän perustilan ylihienorakennesiirtymän taajuuden ∆νCs kiinteä lukuarvo 9 192 631 770, kun yksikkönä on Hz eli  s−1.

Taajuus on johdannaisuure ja sen yksikkö on hertsi (Hz), joka kuvaa värähtelyjen lukumäärää sekunnissa.

Ajan ja taajuuden toteutus

MIKES ylläpitää kansallisessa aika- ja taajuuslaboratoriossaan Suomen virallista aikaa. Kelloluolassa on kaksi cesium atomikelloa, kaksi aktiivimaseria ja yksi passiivimaseri. Atomikellojen aika välitetään jatkuvasti GPS aikavertailun avulla Pariisissa sijatsevaan kansainväliseen paino- ja mittatoimistoon BIPM:ään (Bureau international des poids et mesures). BIPM laskee maailman ajan UTC keräämiensä tietojen pohjalta ja raportoi eri maiden kansallisen realisaation poikkeaman maailmanajasta kuukausittain ilmestyvässä circular-T julkaisussa. 

MIKESin pääkellona toimii Kvarz:n valmistama huippuluokan aktiivinen vetymaser CH1-75A. Tämä kello on säädetty niin, että se edistää hieman maailmanaikaa. Maserista tuleva sekuntipulssi viivästetään viivegeneraattorin avulla oikea-aikaiseksi. Viivegeneraattoria ohjataan tietokoneella, jossa on laskettu malli maserin käyttäytymiselle circular-T julkaisujen pohjalta. Näin menettelemällä kellon käyntiä voidaan ennustaa ja siis ennalta korjata. Näin tuotetun Suomen ajan, josta käytetään merkintää UTC(MIKE), poikkeama maailmanajasta UTC selviää oheisesta kuvaajasta. Viimeisten kahden vuoden aikana poikkeama on ollut alle 10 nanosekuntia.

Maserista saadaan myös 5, 10 ja 100 MHz taajuussignaalit, joiden suhteellinen epävarmuus on parempi kuin 10-14.

Kellojen parantuessa on ajan ja taajuuden vertaaminen käynyt yhä hankalammaksi. Nykyisten GPS ja muiden satelliittipohjaisten järjestelmien rinnalle ollaankin kehittämässä vaihtoehtoisia, optisia tietoliikenneyhteyksiä hyödyntäviä tekniikoita. MIKESin ja Ruotsin vastaavan laitoksen, SP:n, välillä on koekäytössä tietoliikennepakettien kehyksien tunnistamiseen perustuva ajansiirtomenetelmä.

Ajan, aikavälin ja taajuuden kalibrointi

Kalibroimme mm. GPS-vastaanottimia (taajuus), oskillaattoreita, aikavälimittareita, sekuntikelloja, stroboskooppeja ja optisia kierroslukumittareita. Taajuuden mittausalueemme on 1 mHz ... 5 GHz. Aikavälimittauksia teemme asiakkaiden tarpeiden mukaan, alarajana on noin nanosekunti. Lisäksi MIKESillä on aikakoodia ja tarkkaa 25 MHz taajuutta lähettävä normaalitaajuuslähetin, joka palvelee pääkaupunkiseudun läheisyydessä olevia tarkan ajan ja taajuuden tarvitsijoita.

Jaa