Z precyzją do miliardowych części sekundy

Przeczytaj, jak jest ustalany czas urzędowy w Polsce

Od zegara wahadłowego do zegara optycznego (Pomiary czasu i częstotliwości w Polsce i na świecie 1919–2014)

W ciągu ostatnich 95 lat dokonał się ogromny postęp w dziedzinie precyzyjnych pomiarów czasu - poziom dokładności w Polsce i na świecie zmienił się o 6 rzędów wielkości: z poziomu milisekund do poziomu nanosekund. Jest to wynikiem ogromnego zapotrzebowania na wiarygodną i dokładną informację o czasie - początkowo głównie dla potrzeb nawigacji morskiej czy zwykłej regulacji transportu publicznego i komunikacji, a w końcu w licznych zastosowaniach nawigacji satelitarnej, łączności przewodowej i bezprzewodowej, teleinformatyce, bezpieczeństwie operacji finansowych, energetyce i praktycznie w każdym obszarze funkcjonowania państwa i społeczeństwa. Przed Głównym Urzędem Miar od początku jego istnienia stało i nadal stoi zadanie wychodzenia naprzeciw tym potrzebom i dbałości o rozwój tej dziedziny

Udoskonalenie metody wzorcowania mierników pola EM o pomiar tzw. strefy stabilnego wskazania

Praca przedstawia dotychczasową, jak i nową metodę wzorcowania mierników pola, stosowaną w Głównym Urzędzie Miar. Prezentowane są różnice, w tym wady i zalety każdej z nich. Krótko omawiany jest także rachunek niepewności pomiaru.This paper presents the current and new method for field meters calibration used in the Central Office of Measures. There are shown the differences, including their advantages and disadvantages. Measurement uncertainty calculation is also briefly discussed

In-country interlaboratory comparison in time and frequency domain – generator with microprocessor signal simulator of electronic watch stepper motor

W niniejszym artykule przedstawione zostały zagadnienia dot. organizowanych przez Główny Urząd Miar krajowych porównań międzylaboratryjnych w dziedzinie czasu i częstotliwości, w kontekście zastosowania w najnowszym porównaniu z 2011 r. jako wzorca przenośnego: generatora z symulatorem sygnału z silnika krokowego zegara elektronicznego. Podczas analizy wyników tego porównania zauważono istotny wpływ charakterystyk pracy stosowanych przez laboratoria chronokomparatorów na wyniki porównania, co przełożyło się na poprawę sposobu szacowania niepewności wyniku pomiaru przez laboratoria biorące udział w porównaniu i lepsze rozumienie uzyskiwanych wyników pomiaru.This paper presents the issues concerning interlaboratory comparisons in time and frequency domain organized by the Central Office of Measures [5, 6, 7]. A short description of the purpose of such comparisons is presented in the first section. The second section contains description of the previous comparisons with a HS-1000 stopwatch as a portable standard which, however, was not stable long-term enough and was not resistant to influence of outside temperature (Fig. 1). In Section 3, there is presented a comparison of 2011 with a new model of the portable standard – a generator with a microprocessor signal simulator of the electronic watch stepper motor (Fig. 2 and 3) whose internal control system and motor stepper signal simulator were made in GUM. This standard is characterized by small dependence of the relative frequency deviation on changes of the outside temperature and simulates three detuning signals with a frequency of about 1 Hz. The analysis of the comparison results of 2011 (Section 4) was focused on the causes of a relatively large discrepancy between the results obtained by participants and the actual (correct) values of the simulated detuned signals in some cases. It was found that the characteristics of the work of the control instruments (clock testers) were critical and needed to be adequately taken into account in estimation of the measurement uncertainty. This comparison helped the participants to better understand the work of the clock testers and allowed them to verify and improve procedures of evaluation of the measurement results obtained with use of this type of equipment

Krajowe porównanie międzylaboratoryjne generatora z mikroprocesorowym symulatorem sygnału z silnika krokowego zegara elektronicznego

W artykule przedstawiono zagadnienia dotyczące organizowanych przez GUM krajowych porównań międzylaboratoryjnych w dziedzinie czasu i częstotliwości. Opisano zalety zastosowania jako obiektu porównań generatora z symulatorem sygnału z silnika krokowego zegara elektronicznego i zwrócono uwagę na charakterystykę pracy chronokomparatorów

Phase measurements of voltage signals

W niniejszym referacie przedstawiona została teoria i praktyka pomiaru różnicy faz sygnałów napięciowych za pomocą częstościomierza-czasomierza cyfrowego. Szczególną uwagę zwrócono na czynniki mające bezpośredni wpływ na wartość i niepewność wyniku pomiaru oraz zapro-ponowano sposób zminimalizowania ich wpływu. W efekcie uzyskano zweryfikowane i spójne wyniki pomiaru różnicy faz sygnałów napięciowych wykonanych za pomocą częstościomierza-czasomierza, w pełni wykorzystując dużą precyzję pomiaru czasu.In this paper, we present the theory and practical aspects of phase measurements of voltage signals with usage of universal time and frequency counter. Special attention is turned to the factors which influence directly the final value and uncertainty of measurement's result. We propose a method of reducing their influence. As a result, we obtain verified and consistent results of phase measurements of voltage signals performed with a universal time and frequency counter, using to the full its high precision for time measurements

Porównanie transferu czasu metodą GPS CV i metodą dwukierunkową z zastosowaniem włókien światłowodowych

W niniejszym referacie przedstawiono najnowsze wyniki, prowadzonych w GUM we współpracy z TP i AGH, badań nad precyzyjną transmisją czasu przez włókna światłowodowe w oparciu o uruchomione pomiędzy GUM i TP stałe operacyjne łącze światłowodowe z zaimplementowaną dwukierunkową metodą transferu czasu i pozostawioną, jako metodą zapasową, metodą GPS CV. Wykazano, że dwukierunkowa transmisja sygnałów czasu poprzez światłowód może być zastosowana do zdalnej kalibracji i monitorowania opóźnień wewnętrznych satelitarnych systemów do transferu czasu.In this paper there are presented the newest results of investigations carried out at the Central Office of Measures (GUM - Główny Urząd Miar) in cooperation with the Polish Telecom (TP - Telekomunikacja Polska S.A) and AGH University of Science and Technology (AGH - Akademia Górniczo-Hutnicza) on a precise time transfer using optical fibers [4-5]. Since December 2008 the constant operational optical link with implemented two-way time transfer method has been run between GUM and TP (Fig. 2, Section 3). Due to using GPS CV method (Fig. 1, Section 2) as a backup, there is carried out continuous comparison of measurement results obtained from both two method. It allows constant verification of the accuracy of the GPS CV method which is the basic method for time transfer in the case of the remaining time transfer links between GUM and the other institutions participating in continuous national comparisons of atomic time and frequency standards. The obtained metrological characteristics of the two-way time transfer using optical fibers are much better than in the case of GPS CV method (Figs. 3 and 4, Section 4). There was confirmed the unstability of internal delays in GPS CV time transfer systems [10-11], probably due to different types of GPS antennas and types of internal conditioning. The optical method can be used for remote calibration of GPS CV time transfer systems. Such investigations are also very important in context of planning to create an optical fiber net for atomic clock comparisons [6]

A system for direct comparison of atomic clocks and timescales

W artykule przedstawiono budowę i oprogramowanie systemu porównań bezpośrednich zegarów atomowych i skal czasu. Omówiono znaczenie takich porównań oraz zasadę działania i strukturę systemu pomiarowego realizującego proces porównań. Istotnym elementem sytemu pomiarowego jest opracowany przez autorów 24-kanałowy multiplekser analogowy. Oprogramowanie systemu, które w znacznym stopniu decyduje o jego funkcjonalności, zrealizowano w środowisku LabWindows/CVI. Dzięki zastosowanej w oprogramowaniu technologii zmiennych sieciowych prezentowany w artykule system może komunikować się z innymi systemami pomiarowymi wchodzącymi w skład kompleksowego systemu nadzoru państwowego wzorca jednostek miar czasu i częstotliwości.The paper describes a system for direct comparison of atomic clocks and timescales used for TAI and UTC timescales creation. There is also presented the significance of direct comparison of atomic clocks and timescales, a measuring system structure (Fig. 1) and the software controlling the system. A 24-channel analog multiplexer (Fig. 2) with small delay of signal paths, designed and constructed by the authors, is also used in the comparison process. The construction of the multiplexer (Fig. 3) is based on the low-priced National Instruments data acquisition card NI-DAQ USB 6501 and a set of reed relays. To determine the time differences between the reference signal (the signal of the main atomic clock) and the signals of compared atomic clocks, one out of three precision frequency/ timer meters can be used, i.e., Pendulum CNT-81, Hewlett-Packard HP53132A or Stanford Research SR620. The software of the system was developed in the LabWindows/CVI programming environment using the layered model (Fig. 4). Thus, the changes of instruments that previously were not expected to be used in the system will require relatively minor modifications of the software. This system is currently implemented in the Laboratory of Time and Frequency of the Central Office of Weights and Measures as a part of a complex integrated system for monitoring and control of the national time and frequency standard

Verification of nonlinearities in time interval measurement with a chosen type of time inteval counters

Celem niniejszego artykułu jest zaprezentowanie metody i wyników badań nad nieliniowością częstościomierzyczasomierzy w pomiarach precyzyjnych przedziałów czasu, prowadzonych w GUM przy współpracy z AGH. Dokonano porównań wyników pomiarów dla częstościomierzy-czasomierzy SR620 i HP 53132A zarówno stałych i zmiennych przedziałów czasu. Potwierdzono przydatność dwukanałowego generatora/dzielnika typu Dual Channel 1/100 PPS Generator oraz komparatora częstotliwości typu A7-MX.In this paper we present the method and the last results of verification of nonlinearities in time interval measurements with the usage of Time Interval Counters (TIC), performed at Central Office of Measures (GUM) with cooperation of AGH University of Science and Technology. We consider the non-ideal operation of TIC manifested by fluctuations of differences between the current indication of TIC and the real value of the measured time interval. We observed instabilities of indications of TIC, even if the measured time interval is keeping constant. For verification of TIC operation at continuously changed time intervals, it was set up a special measurement system that performs simultaneous measurements of the phasetime changes between two standard frequency signals (with the usage of A7-MX standard frequency comparator) and time intervals between two pulse signals (with the usage of TIC under test). Due to applying a special, developed by AGH, dual channel 1/100 pps generator, the measured 1 pps (1 pulse per second) and 10 MHz signals are standardized and the phasetime between 1 pps and 10 MHz signals are kept in pairs constant. Differences between the indications of TIC and the proper measurement results for frequency allow to verify internal nonlinearities of TIC in time interval measurements. Here, we show and shortly discuss the results obtained for SR620 and 53132A universal counters. The obtained range of fluctuations of indications of SR6200 with relation to the measured time interval approaches about 190 ps, and for 53132A – about 450 ps, whereas the observed short-term noise of measurement for SR620 is about 10 ps, and for 53132A – about 100 ps typically. It was confirmed the complex and random influence of many factors on operation of TIC. Our investigation will be continued with the usage of 100 pps (100 pulses per second) signals and with automatic switching of the measured pulse signals in pairs