8.5.1 基本概念
频率
频率——周期性现象或事件在单位时间内出现的周期数,符号为:f。所以这两个量知道一个就可以得到另一个。
在国际单位制中,频率的单位为Hz。
频率与周期呈倒数关系,如周期的量纲为[T],则频率的量纲为[1/T]。
频率是目前七个基本物理量中,最准的一个物理量,采用的是量子基准。1967年第13届国际计量大会决定:铯原子Cs133基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631770个周期所持续的时间为1秒。它也被称为:原子秒,以区别于“世界时”。
世界时来自于地球的自转,由于自转逐渐变慢导致每隔几年就要对世界时进行修正(如加1秒)。这样的世界时又被称为协调世界时。
鉴于地球自转速度减慢,作为环球主要计时标准的英国格林威治时间(GMT),将于今天多1闰秒,但在法国负责原子钟计时的专家认为,既然现代科技水平已明显提升,国际社会应考虑是否改用原子钟时计、舍弃不够精准的格林威治时间,引发一场英法争议。
据香港明报报道,位于经线零度的英国格林威治皇家天文台,实行“平均太阳时”,即太阳直照在该天文台子午仪中心子午在线的时间,计算一天的始终。惟自1972年以来,科学家留意到地球自转减慢,影响到太阳直照落点时间,天文台要三番四次添加“闰秒”,以保持国际公认的“标准时间”地位。
自网易的文章
目前喷泉钟的实验室水平其准确度已经进入E-15的量级。
原子钟不仅仅是准确度高,更重要的是它基于量子理论,所以在各个国家的实验室都可以准确的复现出来(差别在一个数量级左右)。
便携式商品化的铯钟的准确度已进入E-12的量级。
电子计数器内的准确度约在E-9左右。
而通常使用的石英晶体振荡器在E-5到E-6之间。
例图是HP-5071便携式铯钟
时间
由于频率测量涉及到时间的概念,这里也顺便简要介绍一下。
时间是个多义词,时间可以指时刻,也可以指时间间隔。时间是物质存在的一种属性,哲学上可以指:过去、现在、将来,以至无限的光阴流逝。在国际单位制中,时间的基本单位是秒。
从上面的介绍我们知道“铯原子Cs133基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631770个周期所持续的时间为1秒”。这样就确定了秒的准确度,实际上在计量领域,时间和频率的准确度是一样的。
例图为国家守时钟组(确定时刻),由三台HP-5071a组成。
由于许多物理参数转换为电信号时都呈现出周期的特性,如振动信号、声音信号、所以说频率测量是比较常用的测量任务。
频率测量有两种基本测量方法,一种是时域测量方法,另一种是频域测量方法。下面我们来分别介绍。