微小磁信号怎样高精度的检测

人们是怎么确定一种测时方式的精度的？

      应该是和授时系统有关，低精度的就不说了，它有高精度的来测定就行了，最高精度的就是授时标准自己了，那么我国的就是北京的那个原子钟吧，他自己就不能称为精度了，应该叫稳定度，是依靠他的同类比较的一致性来标定的，只能称为稳定度或不确定度。多个最高标准的原子钟存在的时候，你怎么取值呢，就和做实验一样，不是还有数学么，有一门误差分析的学问让你计算一下给出一个最接近真实的值。。。

采用磁电传感器测量转速的精度怎样，怎么保证测量的准确性？

      转速传感器是将旋转物体的转速转换为电量输出的传感器，其常用类型有:光电式、电涡流式、磁阻式、霍尔式、电容式、接近开关式等。而磁阻式、电涡流式以及霍尔式转速传感器都是以电磁感应为基本原理来实现转速的测量，均属于磁电式转速传感器。磁电式转速传感器广泛应用于工业生产中，如电力、汽车、航空、纺织和石化等领域，用来测量和监控机械设备的转速参量，并以此来实现自动化管理和控制。因此，建立科学可靠的磁电式转速传感器校准方法成为计量工作的一项迫切要求。本文对磁电式转速传感器测量原理进行了阐述。

      有源或无源型磁电式转速传感器，其测量方式均为非接触式。磁阻式、电涡流式转速传感器感应测量对象为带有凸起或凹陷的磁性材料及导磁材料的被测物体，其工作原理如图1(a)所示，前者基于磁阻效应，后者基于电涡流效应。当测速轮旋转时，齿轮与传感器之间的间隙产生周期性变化，磁通量也会以同样的周期变化，从而传感器感应出周期变化的脉冲信号。霍尔式转速传感器需在旋转物体上安装磁体，用以改变传感器周围的磁场，这样传感器才能准确捕捉被测物体的运动状态，其工作原理如图1(b)所示，当传感器通过磁力线密度的变化，在磁力线穿过传感器上的感应元件时产生霍尔电势并将其转换为交变电信号，由传感器内置电路将信号调整和放大并输出脉冲信号。

      随着被测物体的转动，转速传感器输出与旋转速度相对应的脉冲信号(近似正弦波或矩形波)，通过计数仪表显示测量的转速值。

人们是怎么确定一种测时方式的精度的？

      你的问题描述槽点不少，得一个个捋清楚原理后，你才能理解为什么。【以下图片与资料大多数来自网络，认定侵权的请投诉知乎管家婆，你猜我会不会主动删？】

      “绝对标度”是物理性质，不是测出来的，不存在误差。

      2019年国际单位制改版之后，科学家更新了1秒的定义，表达为：秒，符号s，SI的时间单位。当铯的频率ΔνCs，即铯133原子基态的超精细能级跃迁频率以单位Hz，即s−1，表示时，将其固定数值取为9192631770来定义秒。

      可见，这个9192631770，是人为给出来的，它后面没有跟着任何不确定度，它就是一个常数。你提问的物理基础知识都错了，才有后续一堆问题。

      【“铯原子钟每八千万年才会有一秒的误差”、“晶体振荡器每天的误差不超过千分之一秒”这样的表述，】

      造成这种情况不是标度的锅，是测量的锅。

      原子钟的工作原理，使用的是光谱学技术。原子有很多很多的分立的能级。原子在两个能级之间跃迁，会吸收/辐射固定频率的光。基本结构，就是一台非常精密的光谱仪器。它直接测量的并不是时间，而是能级跃迁时发出的光。

      以下是阅读前需要理解的科普ABC，懂的略过：

      1，微波是光，从伽马射线、X光、紫外、红外、微波炉的微波、雷达波、电台无线电波、手机4G信号、电视信号一直到超长无线电信号都是光；

      2，光的结构是电场震荡复合磁场震荡。

      3，产生光的原因是原子自带电子震荡激发磁场震荡，磁场震荡又激发电场震荡，两者复合就是光。

氢原子中电子在不同轨道跃迁产生的光波长

      4，因此光速只与传播空间中的磁导率与介电常数有关，科学语言中的描述是：

      以上是阅读基础ABC

      原子钟里有一个微波发射器，一个微波接收器，中间放置充满了气态铯原子的真空室。

      这是原子钟的测量部件图

      微波发射器的发射频率，大约在9.192632GHz.当铯原子被微波照射的时候，它就会吸收能量并且跃迁。随后，它返回到低能级时再发出固定频率的微波。如果微波发射器的频率，正好与铯原子跃迁所需要的频率（能量）一模一样，我们就会观察到最强烈的信号。在仪器输出端就可以看到一条谱线[1]：

      可是我们也很容易看到，在不同能量状态下，跃迁产生的光谱会有偏差。原因有两个，

      第一，还是电磁震荡的锅，在能量/温度不稳定下，跃迁的距离还是稍微有一点偏差。对于精确度要求异常高的科学研究来说，任何偏差都不可接受。

      第二，测量仪器也会受到温度影响，在不同温度下发射与接收结果也会有偏差。

      怎么办呢？消除这种不稳定就好了，如果我们能把铯原子的温度恒定到一个绝对值，那么不就可以保证每一次跃迁的距离都是准确的吗？

      目前人类能做到的恒定温度，就是激光降温。利用激光云撞击铯原子，让它的动能在激光云中不断下降，当它彻底不动的时候，理论上温度就是绝对零度。人类目前能够把原子温度降低到绝对零度之上十亿分之一度。【PS，这个温度下原子呈现爱因斯坦-波尔态，原子不在是个体，而是弥漫成云，首次成功制备到这个温度的两位科学家获得了诺贝尔物理学奖】

      初步冷却的铯原子投入激光云室，获得足够低温的原子后，用微波激发，重新获得能量的原子开始运动就像泉水喷涌一样被抛出云室，在通道上微波测量装置捕获它产生的光。

      当然，我们同时还要对整个测量环境抽真空处理，其他元器件在确保正常工作状态下也要保持恒定低温。这种冷泉上抛式原子钟是地面测时最精密的。到目前为止，地面上精确度最高的冷原子喷泉钟误差已经减小到1秒/3亿年。

      请注意，这是在地面上最精确的。因为，我们还要考虑到相对论效应，无时无刻不在的地球引力对它产生巨大影响。自由运动的原子团始终处于变速状态，宏观上只能做类似喷泉的运动或者是抛物线运动，这使得基于原子量子态精密测量的原子钟在时间和空间两个维度受到限制。

      那么更好的办法是什么？没错，图上的空间冷原子钟就是现在解决办法。

      这个就是我国上海光机所生产的空间原子钟，已经在北斗导航卫星上使用。

      它的基本原理与喷泉冷原子钟一样，同样有激光云室，但是不再需要喷泉方式测量，微重力环境下，被冷却到绝对零度之上十几亿分之一度得原子团可以做超慢速匀速直线运动，基于对这种运动的精细测量可以获得较地面上更加精密的原子谱线信息，从而可以获得更高精度的原子钟信号。利用激光冷却和俘获技术获得接近绝对零度（μK量级）的超冷原子团，然后采用移动光学黏团技术将其沿轴向抛射。处于纯量子基态上的原子经过环形微波腔，与分离微波场两次相互作用后产生量子叠加态，经由原子双能级探测器测出处于两种量子态上的原子数比例，获得原子跃迁几率，改变微波频率即可获得原子钟的谱线Ramsey条纹。预计微重力环境下所获得的Ramsey中心谱线线宽可达0.1Hz，比地面冷原子喷泉钟谱线窄一个数量级，利用该谱线反馈到本地振荡器即可获得高精度的时间频率标准信号。

      这意味着，理论上，在地球轨道上，原子钟的精度应该可以做到1秒误差/300亿年

      目前限制空间冷原子钟测量精度的不是物理限制，而是缺钱。毕竟卫星的空间体积都很小，假如我们能发射一个空间站大小的原子钟，

      并且远离地球轨道，去到太阳地球引力平衡点拉格朗日点，

      我们应该能比地球轨道上的原子钟再精确一个数量级，达到1秒/3万亿年误差。

      至于你说的中子星脉冲误差也不是测出来的，仍然是算出来的，在它的物理性质确定后计算出来的。中子星的10^-18误差，对比拉格朗日点的原子钟9.5^-18已经差不多了。

      但是大家请注意：我们用的还是测量原子里的电子震荡。

      不过，别瞧不起人，这个误差最大的就是相对论效应，我们绕过去，找那些受相对论效应影响小的工具不就可以了？例如，我们可以用使用可见光而非微波的「光学钟」[3]，使用光晶格锁定住大量原子的「光晶格钟」[4]，使用量子逻辑电路的「量子钟」[5]，以及使用原子核跃迁（而非电子跃迁）的「原子核钟」[6]

      参考

      ^L.Essen&J.V.L.Parry,Nature(1955)176,280–282.https://www.nature.com/articles/176280a0

      ^W.Markowitz,R.GlennHall,L.Essen,andJ.V.L.Parry,Phys.Rev.Lett.(1958)1,105https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.1.105

      ^光学钟https://physicsworld.com/a/optical-clocks/

      ^光晶格钟https://physicsworld.com/a/optical-lattice-clock-shatters-precision-record/

      ^铝量子钟https://www.nist.gov/news-events/news/2010/02/nists-second-quantum-logic-clock-based-aluminum-ion-now-worlds-most-precise

      ^钍-229原子核钟https://www.nature.com/articles/s41586-019-1542-3