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第8章 各种物理量的测试计量 8.1 时间频率计量测试 8.2 电磁学计量测试 8.3 电子计量测试 习 题 8.1 时间频率计量测试 8.1.1 基本概念 时间是一个基本的物理量，它的单位是秒（s）。 在单位时间内周期运动重复的次数称为频率，它的单位是赫兹（Hz）。在SI中，秒是基本单位，赫兹是导出单位。时间的量纲和频率的量纲是倒数关系。  历史上都是通过天文观测和计算的方法获得准确秒的。随着科技的进步，时间单位秒的确定也经过了世界时、历书时和原子时的过程。  根据地球自转所形成的昼夜变化，通过天文观测可以定出的太阳日被称为视太阳日。 ? 将每太阳日均分为86 400等份，可以得到时间单位秒。 但从全年来看，这个时间单位值仍然是变化的。 因为随着季节的变化，每个视太阳日的长短也有所变化， 其中最长和最短的视太阳日之差会达到51 s。 为了得到全年一致的时间单位值，把全年长短不等的视太阳日加以平均，得到一个平太阳日，再将平太阳日分为86 400等份， 每一份便是时间单位秒。  世界时UT秒定义为：1 s等于平太阳日的86 400分之一。 只有时间单位和计时系统（如钟）还不能完全决定时间， 即只能得到时间间隔， 而不能得到时刻， 也就是说，还需要一个起点。为了统一全世界的时间， 经1884年国际子午线会议决定，以通过英国格林威治天文台的经线作为计算全球经度的起点（0°）， 每隔15°定一条标准经线， 在其两侧各7°30′的地区（时区）内均采用标准经线处的地方时，称为该时区的标准时（或区时）。这样，全球一共分成24个时区, 相邻时区的标准时相差1小时。世界各地的标准时， 都归算到零时区的标准时（格林威治平太阳时），称为世界时。 时刻的起点为1858年11月17日0时。  由于科学技术的发展，尤其是石英晶体振荡器和石英钟的出现并用于守时，人们发现地球的自转是不均匀的， 在不同的年度得到的世界时秒长并不一致， 其精度只达到10-8左右。  1960年第十一届国际计量大会决定采纳基于地球公转周期的历书时ET秒定义： “秒为1900年1月0日历书时12时起算的回归年的1/31 556 925.9747。 ” 历书时虽然在理论上是一种均匀时标， 但是观测比较困难， 而且需要长年累月地进行。利用对太阳和月亮的综合观测三年的资料才能得到10-9的精度。  随着量子理论和电子学的发展，人们认识到，原子或分子只处于一定的量子能级，当它从一个能级跃迁到另一个能级时， 将辐射或吸收一定频率的电磁波。这种电磁波的频率稳定性相当高， 远远超过世界时和历书时所依据的天文标准， 若用其来定义秒， 可以使秒的精度大大提高。 1967年第十三届国际计量大会通过新的原子秒的定义： “秒是与铯-133原子基态的两个超精细能级间跃迁相对应的辐射的9 192 631 770个周期的持续时间。” 原子时AT的时刻起点为1958年1月1日0时。  目前， 铯原子钟的精度已经达到10-15量级，也就是数百万年不差一秒。  国际原子时TAI的稳定性是由分布于世界各地的、 隶属于十多个国家的数十家实验室的原子钟定期比对来保证的。 这些原子钟的比对是通过罗兰-C系统、 电视与GPS系统进行的。 比对的不确定度根据比对方法的不同而不同， 但都小于0.2 μs。  国际原子时从1975年开始发布， 作为统一全世界时标的基础。 原子频标的建立使人们摆脱了以地球自转为基础的世界时， 获得了高度准确的时间频率。 但是这对于那些与地球自转角位置密切相关的、 适应于不均匀的世界时的工作， 比如船舶定位、 大地测量等来说， 则有些不便。 为了解决这个问题， 提出了以“闰秒”作为协调的办法。 当世界时由于地球自转速度的变化而与国际原子时不一致时， 则在适当的时刻增加一秒（闰秒）或减少一秒（负闰秒）， 使两者的时刻基本一致， 这就是协调世界时。 协调世界时的秒长与原子时一致， 而时刻则是利用闰秒协调来与世界时一致（两者的时差控制在±0.95 s以内)， 这就可以满足各方面的需要了。 协调世界时的起点是1960年1月1日世界时0时。 从1972年起， 世界各国的标准频率和时号发播台都正式播发协调世界时。 1974年国际上确定把协调世界时作为国际的法定时间。 截至1983年6月底， 协调世界时已比国际原子时落后了21 s。 实施闰秒的具体时间， 一般是在当年的6月30日或12月31日的最后一分钟，由国际时间局综合世界各国天文台的观测结果来确定，并提前两个月发出公告， 全球统一行动， 要求时间同步到1 ms以内， 频率同步到1