Reproducibilidad, reposicionabilidad

El concepto de reproducibilidad tiene dos aspectos (véase el Glosario):

a) con respecto a un conjunto de dispositivos independientes del mismo diseño, es la capacidad de éstos de producir el mismo valor;

b) con respecto a un solo dispositivo, puesto en operación repetidamente sin ajustes, es la capacidad de producir el mismo valor.

La reposicionabilidad (véase el Glosario) es la capacidad de un dispositivo de producir el mismo valor cuando los parámetros especificados están ajustados independientemente en condiciones de uso establecidas.

Se hace notar que la cifra de exactitud de un patrón de frecuencia dado (por ejemplo 3  10^–12) es un límite superior de su reproducibilidad y de su reposicionabilidad (por ejemplo 5  10^–13) así como de su estabilidad de frecuencia a largo plazo (por ejemplo 2  10^–12 para la vida útil del dispositivo).

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AUDOIN, C. [1992] Caesium Beam Frequency Standards: Classical and Optically Pumped. Metrologia, 29, 113-134.

AUDOIN, C., DIMARCQ, N., GIORDANO, V. y VIENNET, J. [1992] Physical Origin of the Frequency Shifts in Caesium Beam Frequency Standards: Related Environmental Sensitivity. IEEE Trans. On Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 39, 412-421.

BAUCH, A., DE BOER, H., FISCHER, B., HEINDORFF, T. y SCHRÖDER, R. [1988] Long term Performance of the PTB’s Primary Clock CS2. Proc. 2nd European Frequency and Time Forum, Neuchâtel, Suiza, 425-435.

BESSON, R. J. [1977] A New Electrodeless Resonator Design. Proc. 31st Annual Symposium on Frequency Control, Atlantic City, N.J., Estados Unidos de América, 147-152.

BIPM [1991] Le Système international d'unités, Sèvres, Francia.

BIPM [junio de 1992] Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement, Sèvres, Francia.

ISO Document ISO/TAG 4/WG3.

BUSCA, G., THOMANN, P., BERNIER, L. G., WILLEMIN, P. y SCHWEDA, H. [1990] The Classical Microwave Frequency Standards. Proc. 22nd Annual Precise Time and Time Interval (PTTI).

Applications and Planning Meeting, Vienna, VA, Estados Unidos de América, 9-17.

CLAIRON, A., LAURENT, P., SANTARELLI, G., GHEZALI, S., LEA, S. N. y BAHOURA, M. [1995]

A Caesium Fountain Frequency Standard: Preliminary Results. IEEE Trans. on Inst. and Meas., Vol. 44, 128-132.

CUTLER, L. S. [1990] The Status of Caesium Beam Frequency Standards. Proc. 22nd Annual Precise and Time Interval (PTTI). Applications and Planning Meeting, Vienna, VA, Estados Unidos de América, 19-27.

CUTLER, L. S. y SEARLE, C. L. [1996] Somes Aspects of the Theory and the Measurement of Frequency Fluctuations in Frequency Standards. Proc. IEEE, Vol. 54, 136-154.

DE MARCHI, A. [1987] New Insights into Causes and Cures of Frequency Instabilities (Drift and Long Term Noise) in Caesium Beam Frequency Standards. Proc. 41st Annual Frequency Control Symposium, Philadelphia, Estados Unidos de América, 53-58.

DORENWENDT, K., FISCHER, B. y HEINDORFF, T. [1990] The PTB’s Primary Time and Frequency Standards. Performance and Uncertainty. Physica Scripta, Vol. 41, 712-716.

ESSEN, L. y PARRY, J. V. L. [1957] The Caesium Resonator as a Standard of Frequency and Time.

Philosophical Trans. of the Royal Society, Vol. 250, 45-69.

FILLER, R. L. y VIG, J. R.. [1957] Long-Term Aging of Oscillators. IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 42, 387-393.

GERBER, E. A. y BALLATO, A. (Editors) [1985] Precision Frequency Control. 2 Volumes. Academic Press, Orlando, Florida, Estados Unidos de América.

GERLACH, W. y STERN, O. [1924] Über die Richtungsquantelung im Magnetfeld. Annalen der Physik, 74, 673-699.

GERLACH, W. [1925] Über die Richtungsquantelung im Magnetfeld II. Experimentelle Untersuchungen über das Verhalten normaler Atome unter magnetischer Kraftwirkung. Annalen der Physik, 76, 163-197.

GIBBLE, K. y CHU, S. [1993] Laser-Cooled Cs Frequency Standard and a Measurement of the Frequency Shift due to Ultracold Collisions. Phys. Rev. Letters, 70, 1993, 1771-1774.

HELLWIG, H. [1985] Microwave Frequency and Time Standards Precision Frequency Control. Volume 2.

Gerber E. A. and Ballato A. (editors). Academic Press, Orlando, Florida, Estados Unidos de América.

KASTLER, A. [1950] Quelques suggestions concernant la production optique et la détection optique d'une inégalité de population des niveaux de quantification spatiale des atomes. Applications à l'expérience de Stern et Gerlach et à la résonance magnétique. J. de Physique et le Radium, Vol. 11, 255-265.

LEE, W. D., SHIRLEY, J. H., LOWE, J. P. y DRULLINGER, R. E. [1995] The accuracy evaluation of NIST-7. IEEE Trans. on Instr. and Meas., Vol. 44, 120-124.

LEESON, D. B. [1996] A Simple Model of Feedback Oscillator Noise Spectrum. Proc. IEEE, Vol. 54, 329-330.

LEWIS, L. L. [1991] An Introduction to Frequency Standards. Proc. IEEE, Vol. 79, 927-935.

MATTISON, E. M. [1992] Physics of Systematic Frequency Variations in Hydrogen Masers. IEEE Trans.

on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 39, 250-255.

PRESTAGE, J. D., TJOELKER, R. L., DICK, G. J. y MALEKI, L. [1994] Progress report on the linear ion trap extended (LITE). CPEM Conference Digest, 27 de junio – 1 de julio 1994.

RILEY, W. J. [1992] The Physics of Environmental Sensitivity of Rubidium Gas Cell Atomic Frequency Standards. IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 39, 232-240.

SAUVAGE, G. [1992] Phase Noise in Oscillators: A Mathematical Analysis of Leeson's Model. IEEE Trans.

on Instr. and Meas., Vol. 26, 408-410.

VANIER, J. y AUDOIN, C. [1989] The Quantum Physics of Atomic Frequency Standards. 2 Volumes.

Institute of Physics Publishing, Bristol.

VESSOT, R. F. C. [1990] State of the Art and Future Direction for the Atomic Hydrogen Maser. Proc.

22nd Annual Precise Time and Time Interval (PTTI). Applications and Planning Meeting, Vienna, VA, Estados Unidos de América, 29-51.

VESSOT, R. F. C., MATTISON, E. M., WALSWORTH, R. L. y SILVERA, I. F. [1990] Future Prospects for the Cold Hydrogen Maser. Proc. 4th European Forum on Time and Frequency, Neuchâtel, Suiza, 277-281.

VIG, J. R. [1991] Quartz Crystal Resonators and Oscillators for Frequency Control and Timing Applications.

A Tutorial. Available from US Army Electronics Technology and Devices Laboratory. Fort Monmouth, N.J., Estados Unidos de América.

WALLS, F. L. y GAGNEPAIN, J. J. [1992] Environmental Sensitivities of Quartz Crystal Oscillators. IEEE Trans. on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 39, 241-249.

WALLS, F. L., HANDEL, P. H., BESSON, R. y GAGNEPAIN, J. J. [1992] A New Model of 1/f Noise in BAW Quartz Resonators. Proc. IEEE Frequency Control Symposiun, Hershey, Pennsylvania, Estados Unidos de América, 327-333.

WINELAND, D. J., ITANO, W. M., BERGQUIST, J. C., BOLLINGER, J. J., HEINZEN, D. J., MANNEY, C. H., MOORE, F. L., RAIZEN, M. G. y WEIMER, C. S. [1990] Trapped-Ion Frequency Standards.

Proc. 22nd Annual Precise Time and Time Interval (PTTI). Applications and Planning Meeting, Vienna, VA, Estados Unidos de América, 53-60.

CAPÍTULO 2

FUENTES DE FRECUENCIA Y TIEMPO EXISTENTES

Cuadro de materias

Página Resumen del Capítulo 2... 24

Parte A

Fuentes de frecuencia y tiempo locales

2.1 Introducción... 25 2.2 Patrones de frecuencia de cristal de cuarzo... 25 2.2.1 El resonador... 25 2.2.2 El oscilador... 26 2.3 Patrón de frecuencia de células de gas de rubidio... 26 2.4 El máser de hidrógeno... 29 2.5 El patrón de frecuencia de haz de cesio... 31

Parte B

Referencias de dirección

2.6 Introducción... 35 2.7 Factores que se han de considerar en la selección y utilización de servicios y técnicas

de difusión de frecuencia y señales horarias

...

...

35

2.8 Comparaciones de fuentes alternativas y técnicas de difusión para referencias de

tiempo y frecuencia precisas

...

...

36

2.9 Información adicional referida a la utilización de los diversos servicios, sistemas y

técnicas alternativas

...

...

36

Referencias Bibliográficas... 48 Bibliografía... 49

RESUMEN DEL CAPÍTULO 2

Mientras que el Capítulo 1 trata de la física básica y de los conceptos operativos de los patrones de frecuencia con precisión, el Capítulo 2 se ocupa de las fuentes de tiempo y de frecuencia. Conforme a las condiciones ambientales y a las limitaciones y oportunidades locales, se mostrarán al usuario las diferentes opciones para obtener fuentes de tiempo y de frecuencia. El Capítulo se divide en dos partes. La Parte A trata de las fuentes de tiempo y de frecuencia independientes, y se describirán los patrones de frecuencia existentes en mayor detalle. La Parte B se ocupa del tiempo y la frecuencia según se pueden obtener de las fuentes de radiación (terrenales y de satélite). Esto, por supuesto, incluye la presentación de los métodos de transferencia pertinentes de tiempo y frecuencia.

Típicamente, las fuentes en la Parte A son fuentes de frecuencias. Ninguna de ellas entregará, intrínsecamente, UTC fuera de ser utilizado como relojes portables, que ya no es la mejor manera de obtener UTC. En la Parte B figuran las fuentes de tiempo (incluido UTC). Éstas no son buenas fuentes de frecuencias como las indicadas en la Parte A. A este respecto, es útil apreciar que las fuentes que figuran en la Parte A están ligadas a la física fundamental, a partir de la cual se define la frecuencia (el segundo SI). En contraste, el tiempo, que es la integral de la frecuencia, tiene como constante de integración un número ficticio acordado con los organismos internacionales de normalización o determinado por el usuario. De los mismos se obtiene el UTC, UTC(k), o cualquier otra escala de tiempo autónoma.

Combinando lo mejor de las Partes A y B en un sistema se pueden aprovechar los beneficios de ambos; es decir, una fuente de frecuencia ligada a la máxima exactitud del segundo SI y el cálculo óptimo del UTC.

Este concepto se tratará en la Parte B.

La Parte A puede parecer repetitiva del material presentado en el Capítulo 1, pero la intención es ayudar al usuario a decidir cuál de las fuentes dadas puede satisfacer mejor sus necesidades y requisitos.

PARTE A

Fuentes de frecuencia y tiempo locales 2.1 Introducción

Los patrones de tiempo y frecuencia de precisión basados en la resonancia mecánica del material de cuarzo y en los fenómenos de resonancia atómica se utilizan ampliamente en aplicaciones científicas y tecnológicas incluidas las redes de datos, sistemas de telecomunicación, de navegación, metrología, sistemas de tempo-rización mundiales, e investigación científica tal como la astronomía y la espectroscopía. En el Capítulo 1 ya se ha explicado el principio básico de estos dispositivos y facilitado la terminología para describir su comportamiento. Aquí, cada dispositivo se describe con algún detalle en un punto separado (véase también [Vanier y Audoin, 1989] para una descripción completa). El conocimiento de la física ayudará mejor al usuario a determinar el comportamiento de un patrón en un medio dado. Se adjuntan Cuadros que contienen datos de comportamiento pertinentes. Se mencionan las limitaciones aparentes más severas al comportamiento debido a efectos ambientales, los cuales se tratarán por separado en el Capítulo 5 de este Manual.

2.2 Patrones de frecuencia de cristal de cuarzo