Precision blir allt viktigare i modern teknik och ingen mer än noggrannhet i tid. Från internet till satellitnavigering är exakt och exakt synkronitet avgörande i modern tid.

Faktum är att många av de teknologier som vi tar för givet i dagens värld inte skulle vara möjliga om det inte var för de mest exakta maskinerna som uppfann - atomklocka.

Atomklockor är bara timekeeping enheter som andra klockor eller klockor. Men vad står dem ifrån varandra är den noggrannhet de kan uppnå. Som ett vanligt exempel kommer din standardmekaniska klocka, till exempel ett klocktorn i stadscentrum, att drifta så mycket som en sekund om dagen. Elektroniska klockor som digitala klockor eller klockradioer är mer exakta. Dessa typer av klocka drifter en sekund på ungefär en vecka.

Men när du jämför precisionen hos en atomur, där en sekund inte går förlorad eller uppnådd i 100,000 år eller mer, är exaktheten hos dessa enheter ojämförlig.

Atomklockor kan uppnå denna noggrannhet av de oscillatorer de använder. Nästan alla typer av klockor har en oscillator. I allmänhet är en oscillator bara en krets som regelbundet fästs.

Mekaniska klockor använder pendlar och fjädrar för att ge regelbunden oscillation medan elektroniska klockor har en kristall (vanligtvis kvarts) att när en elektrisk ström går igenom, ger en exakt rytm.

Atomklockor använder oscillationen av atomer under olika energitillstånd. Ofta används cesium 133 (och ibland rubidium) eftersom dess hyperfina övergångsoscillation är över 9 miljarder gånger i sekundet (9,192,631,770) och detta ändras aldrig. Faktum är att Internationellt system av enheter (SI) anser nu officiellt en sekund i tiden som 9,192,631,770-cykler av strålning från cesiumatomen.

Atomklockor utgör grunden för världens globala tidsskala - UTC (Koordinerad Universal Time). Och datanät över hela världen håller på att synkronisera genom att använda tidssignaler som sänds med atomur och plockas upp NTP-tidsservrar (Network Time Server).

Fortsatt…

Det finns emellertid vissa tillfällen när en tidsserver kan förlora anslutningen med klockan och inte ta emot tidskoden under en längre tidsperiod. Ibland kan det bero på nedstängning av klockkontrollerna för underhåll eller att närliggande störningar blockerar överföringen.

Självklart ju längre signalen är nere desto mer potentiell drift kan inträffa på nätverket som kristalloscillatorn i NTP-server är det enda som håller tid. För de flesta applikationer borde det aldrig vara ett problem eftersom den mest långvariga nedetiden normalt inte är mer än tre eller fyra timmar och NTP-servern skulle inte ha förflyttat sig mycket under den tiden och förekomsten av denna nedetid är ganska sällsynt (kanske en gång eller två gånger om året).

Men för vissa ultimata precisa applikationer i hög grad börjar rubidiumkristalloscillatorer användas eftersom de inte drifter så mycket som kvarts. Rubidium (används ofta i atomur sig istället för cesium) är mycket mer exakt en oscillator än kvarts och ger bättre noggrannhet för när det inte finns någon signal till en NTP tidsserver vilket gör att nätverket kan upprätthålla en mer exakt tid.

Rubidium i sig är en alkalimetall, liknande i egenskaper till kalium. Det är väldigt lite radioaktivt men utgör ingen risk för människors hälsa (och används ofta i medicinavbildning genom att injicera det i en patient). Den har en halveringstid på 49 miljarder år (den tid det tar att sönderfalla med hälften - i jämförelse har några av de mest dödliga radioaktiva materialen halveringstid på under en sekund).

Den enda verkliga fara som rubidium innebär är att den reagerar ganska våldsamt mot vatten och kan orsaka brand

Oscillatorer har varit avgörande för utvecklingen av klockor och kronologi. Oscillatorer är bara elektroniska kretsar som producerar en repetitiv elektronisk signal. Ofta används kristaller som kvarts för att stabilisera oscillationsfrekvensen,

Oscillatorer är den primära tekniken bakom elektroniska klockor. Digitala klockor och batteridriven analog klocka styrs alla av en oscillerande krets som vanligtvis innehåller en kvartskristall.

Och medan elektroniska klockor är många gånger mer exakta än en mekanisk klocka, kör en kvartsoscillator fortfarande med en sekund eller två varje vecka.

Atomur Naturligtvis är det mycket mer exakt. De använder dock fortfarande oscillatorer, oftast cesium eller rubidium, men de gör det i ett hyperfinalt tillstånd, ofta fryst i flytande kväve eller helium. Dessa klockor i jämförelse med elektroniska klockor kommer inte att drivas med en sekund på jämn miljon år (och med de mer moderna atomklockorna 100 miljoner år).

För att utnyttja denna kronologiska noggrannhet en nätverks tidsserver som använder NTP (Network Time Protocol) kan användas för att synkronisera kompletta datornätverk. NTP-servrar använd en tidssignal från antingen GPS eller långvågradio som kommer direkt från en atomur (i fråga om GPS genereras tiden i en klocka ombord på GPS-satelliten).

NTP-servrar Kontrollera kontinuerligt denna källa för tid och justera sedan enheterna i ett nätverk för att matcha den tiden. Mellan pollen (mottagande tidskällan) används en standardoscillator av tidsservern för att hålla tid. Normalt är dessa oscillatorer kvarts, men eftersom tidsservern står i regelbunden kommunikation med atomuret varje minut eller två, är det normalt inte en normal drift av en kvartsoscillator eftersom några minuter mellan mätningarna inte leder till någon mätbar drift.

Fortsättning ...