Xác định độ ổn định tần số các đồng hồ nguyên tử Cesium trên cơ sở dữ liệu so sánh từ bộ TSC 12030-110

Bài viết này trình bày về hệ thống chuẩn thời gian tần số tại Viện Đo lường Việt Nam, việc xác định độ ổn định tần số của các đồng hồ nguyên tử Cesium hiện có theo phương pháp trực tiếp, trên cơ sở dữ liệu so sánh từ bộ đo thời gian đa kênh TSC 12030-110.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xác định độ ổn định tần số các đồng hồ nguyên tử Cesium trên cơ sở dữ liệu so sánh từ bộ TSC 12030-110Công nghệ thông tin XÁC ĐỊNH ĐỘ ỔN ĐỊNH TẦN SỐ CÁC ĐỒNG HỒ NGUYÊN TỬ CESIUM TRÊN CƠ SỞ DỮ LIỆU SO SÁNH TỪ BỘ TSC 12030-110 Triệu Việt Phương*, Ngô Văn Công, Nguyễn Thu Hằng Tóm tắt: Đối với các phòng thí nghiệm tham gia chương trình so sánh chủ chốt CCTF-K001.UTC, độ ổn định tần số của các đồng hồ nguyên tử (chuẩn tần số) - biểu thị bằng độ lệch Allan - với khoảng thời gian trung bình đo () 5 ngày hoặc hơn, hoàn toàn có thể xác định từ các Circular – T được Văn phòng Cân đo quốc tế (BIPM) ấn bản định kỳ. Tuy nhiên trong thực tế luôn cần thiết phải xác định độ ổn định của chuẩn tần số với  ngắn hơn ( = 1 s, 10 s, 100 s…). Khi đó, độ lệch Allan của chuẩn có thể xác định được, với điều kiện phải có ít nhất 03 đồng hồ nguyên tử so sánh với nhau sử dụng bộ đo thời gian đa kênh hoặc máy đo khoảng thời gian kết hợp bộ chuyển mạch. Bài báo này trình bày về hệ thống chuẩn thời gian tần số tại Viện Đo lường Việt Nam, việc xác định độ ổn định tần số của các đồng hồ nguyên tử Cesium hiện có theo phương pháp trực tiếp, trên cơ sở dữ liệu so sánh từ bộ đo thời gian đa kênh TSC 12030-110. Kết quả đạt được cho thấy, việc áp dụng phương pháp trực tiếp nhằm xác định độ ổn định tần số của các đồng hồ nguyên tử Cesium là đúng đắn và phù hợp với thực tế.Từ khóa: BIPM CCTF-K001.UTC; Đồng hồ nguyên tử Cesium; Độ lệch Allan. 1. MỞ ĐẦU Độ ổn định tần số là yếu tố vô cùng quan trọng trong các lĩnh vực khoa họckhác nhau như: truyền thông vô tuyến, radar, hàng không, định vị, dẫn đường, ứngdụng thời gian...Thông thường, mỗi bộ dao động có một số tần số hoạt động danhđịnh. Sự ổn định tần số của một bộ dao động là một thuật ngữ được sử dụng để môtả sự thay tần số nhỏ như thế nào quanh giá trị danh định của nó. Độ ổn định tần sốđược hiểu là mức độ tín hiệu dao động tạo ra cùng một giá trị tần số tại bất kỳ thờiđiểm nào, trong một khoảng thời gian nhất định [1]. Trong lĩnh vực Đo lường thời gian và tần số chuẩn, việc đánh giá độ ổn định tầnsố của các chuẩn tần số (đồng hồ nguyên tử Cesium, Rubidium…) luôn được cácphòng thí nghiệm quốc gia (PTN) xác định là nhiệm vụ quan trọng hàng đầu, nhằmđảm bảo duy trì chuẩn quốc gia, tính liên kết của chuẩn đến hệ đơn vị đo lườngquốc tế SI. Các PTN cần tham gia chương trình so sánh chủ chốt CCTF-K001.UTC [2]. Theo đó, hàng tháng các PTN gửi dữ liệu so sánh các đồng hồnguyên tử, thu đo thời gian GPS đến BIPM. Dựa vào những dữ liệu này, BIPMtiến hành xử lý, đánh giá và thông báo cáo kết quả so sánh là các Circular-T trênwebsite của BIPM [3], qua email đến từng PTN. Trên cơ sở kết quả trong BIPMCircular-T, các PTN sẽ tự tính toán, điều chỉnh, duy trì độ chính xác của chuẩnUTC(k) – k là tên viết tắt mỗi PTN tham gia chương trình - xác định được độ lệch,độ không đảm bảo đo của hệ thống chuẩn của mình, phục vụ duy trì, dẫn xuấtchuẩn. Phương sai Allan được dùng để xác định sự ổn định của tần số (độ lệchAllan) trong các bộ dao động nói chung cũng như của chuẩn tần số [1, 4, 5]. Đểxác định được độ ổn định tần số của các đồng hồ nguyên tử, thiết lập khả năng đo,244 T. V. Phương, N. V. Công, N. T. Hằng, “Xác định độ ổn định tần số … bộ TSC 12030-110.”Thông tin khoa học công nghệthử nghiệm của mỗi phòng thí nghiệm, có thể tính toán độ lệch Allan sử dụng dữliệu từ BIPM Circular-T [6]. Tuy nhiên có thể nhận thấy, việc tính toán theo thờigian trung bình đo  = 5 ngày từ BIPM Circular-T là rất dài, và thực tế các phép đoliên quan đến độ chính xác, ổn định tần số thường có thời gian ngắn hơn. Do đó,cần thiết phải xác định được độ ổn định tần số của chuẩn tần số với thời gian trungbình đo  ngắn hơn. Phương pháp trực tiếp [1] tính toán xác định độ lệch Allangiữa các đồng hồ nguyên tử hiện đang được sử dụng phổ biến nhằm xác định độ ổnđịnh tần số với  ngắn. Để thực hiện được phương pháp này, yêu cầu tối thiểu làPTN phải có ít nhất 03 đồng hồ nguyên tử, so sánh với nhau thông qua bộ đo thờigian đa kênh hoặc máy đo khoảng thời gian kết hợp bộ chuyển mạch [1]. Với cáctrang thiết bị hiện có, kết hợp với nghiên cứu thành công giải pháp lưu trữ, xử lýdữ liệu từ bộ đo thời gian đa kênh TSC 12030-110, việc tính toán xác định độ ổnđịnh tần số của các đồng hồ nguyên tử Cesium tại phòng đo lường Thời gian &Tần số, Viện Đo lường Việt Nam theo phương pháp trực tiếp là khả thi. Trong bài báo này sẽ trình bày về hệ thống chuẩn thời gian tần số tại Viện Đolường Việt Nam (VMI), hoạt động của bộ đo thời gian đa kênh TSC 12030-110,kết quả xác định độ ổn định tần số của các đồng hồ nguyên tử Cesium hiện có theophương pháp trực tiếp trên cơ sở dữ liệu so sánh từ bộ đo thời gian đa kênh TSC12030-110. 2. HỆ THỐNG CHUẨN THỜI GIAN & TẦN SỐ TẠI VMI2.1. Hệ thống chuẩn và liên kết chuẩn đến BIPM Chuẩn, các thiết bị thuộc hệ thống ch ...