Elektročas HH3 – 地球上で最も正確な振り子時計

振り子時計は 1 億 5800 万年で 1 2 分の 1 に事実を示すことができますか? ちょっとしたケーキ…

ちっぽけな背景

時計は何年も前から私の情熱でした。私は実際に自分で別の電子時計または電気機械式時計を作成しました。これは究極の精神衛生列車です。明らかに、不正確であるほど単純です。リレーの常識を備えたデジタル時計、1行のフレーズクロック、電圧計の時計、ニューミトロン露出とディスクリートの常識(マイクロコントローラなし)を備えた腕時計、VFDバードットインジケーターとディスクリートのトランジスタの常識、ニキシー管の常識はいくつか例を挙げると合法です。ディスプレイや時計を作っていた時代の技術を、力の限り、生かし、努力を重ねています。マイクロコントローラーの使用は、合法的に退屈であり、これらの美しい作品に対する適度な侮辱である可能性があります。

私は時間をかけて、Elektročas/Pragotron 電気機械式スレーブ時計とフリップ露出時計の多様なファッションの最初の価格のシリーズを本当に蓄積しました。私は自分のシリーズに圧力をかけるために、把握時計の1つをデザインすることを繰り返し夢見ていました. ロンドンの Clockworks を訪れた後、この感覚は強まりました。 2021 年末、一連の非常に幸運な出来事の後、私は本当に聖杯を設計することができました: Elektročas HH3 (Hlavní Hodiny 3)。握り時計は 1950 年代から (??) まで製造されていました。データシートには、「科学機関、天文台、発電所、研究所、ラジオ、テレビなどの誠実な把握時計 HH3」と記載されています。悲しいことに、このモデルについての多くの情報は、インターウェブの市場に出回っています. 食器棚には、過敏な水の浸入の痕跡が見られました。ピナクル迷彩合板は完全に崩壊していました。残された痕跡から推測すると、どの個体も時計の上に植木鉢を置いていたようです。時間が経つにつれて、散水からのこぼれが跡を残しました。幸いなことに、時計のメカニズムは、不適切なケアがいくつかあったものの、もはや損傷を受けていませんでした。ギアのいたるところにさまざまなグリスが付着していました。時計本体を完全に分解し、完全に洗浄し、注油し、調整します。この仕事は、パルティザンスケにある小さな家族の時計製造業者によって行われていました。 Jozef Kollár 神父と息子の Michal Kollár M-watch サービス は素晴らしい仕事をしてくれました。私が今所有できる一般的な楽しみをありがとう!

時計は、私の仕事の発言でその第 2 の存在を見つけました。

時計はインバー振り子を採用し、温度依存性を少なくしています。私が実際に*どこか*で見たものを好む場合、指定された時計の精度は0.1秒/日でした。今ではまったくイライラしません。またはそれは？これは、顔に罪深い笑顔が現れた2番目でした. 次の部屋では、精巧な冷蔵庫サイズの灰色のフィールドから来る 10 MHz の光ファイバーを実際に所有しており、コーナーの後半で科学的なドゥーダギズモを動かしています…

間奏曲

A 国立人体研究所(NPL)のセシウム噴水クロックがCERNに納入され、運用されていました 2022 年。

セシウム噴水時計は、エネルギッシュな水素メーザーを自制するのが通例です。 ALPHA の実験

に必要反陽子減速機 (AD)マシン。 ALPHA (Antihydrogen Laser Physics Equipment) は、主に CERN を拠点とする世界的な共同研究であり、最も簡単な原子である水素の反物質であるトラップされた反水素原子を扱っています。彼らの使命は、超真の分光法を利用して、まだ見られていないトピックと反物質の間の変化を繰り返すことです。最後の機能は、レーザーで激怒したときの反水素計画のエネルギー段階構造を測定することです。これは過去の共同研究で成功している反面、実験中に当てたレーザーの周波数を簡単に割り振ることで、スケールの精度はすぐに微々たるものになります

NPL が構築したセシウムファウンテンから提供される周波数のトレンディな基準は、スケールを校正し、グループが必要とする高い精度を提供するために慣例となります。

/間奏曲

罪深い笑顔に安堵。 HH3 クロックをセシウムファウンテンの訓練されたエネルギッシュな水素メーザーにロックするにはどうすればよいでしょうか??????? プロジェクト

振り子振動子を訓練するための多くの異なるシステムが存在します。Miroslav Hajn 教授の素晴らしい本を暗示しています。 Základy jemné mechaniky a hodinářství

(1953 年に印刷)。無条件で、時計のメカニズムを切り替える必要がありました。磁場による非接触の引っ張りは、合法的すぎて退屈かもしれません。そのため、振り子の方程式が残っていました:

ここで、T は振り子のスイング間隔、L は振り子の長さ、g は重力加速度です。 2、または π を変更することは、CERN にとっても困難です。したがって、g と L が残ります。

エンベロープ計算の直後の動機の後、重力加速度を変更するルートは、以前はきちんと到達していました。さらに、0.1 秒/日の仕様を購入する可能性がある場合、時計は、指定されたチューニングを設計するために、垂直方向に 3 ～ 4 階以上移動しない可能性があります。加速度。時計が建設中のエレベーターにどのように設定される可能性があるのか、そしてPLLがゆっくりと時計を上げたり下げたりして、メーザーでロックの面倒を見る. 一部の人々は、建物の雇用は単に雌犬である可能性が高いと言われていました。しかし、最大の欠点は、エレベーターに乗っているときに時計を最も手早く見ることができることです。今は最適ではありません.

したがって、L に従事することが理想的な可能性でした。最初の明らかな考えは、時計台の内部の温度を監視するのに役立つ可能性があります。 (残念ながら)振り子はインバーで作られています。極低温から真っ赤な温度に移行するだけで済みます。ここに 150 個の液体ヘリウムを用意してはいけませんが、まだ他のすべての実験。

そこで、ピボットとボブの間におもりを追加することによって振り子の重心をずらす小さなビットによって、L の実際の着用方法を監視するのに役立ちます。

Piece Locked Loop

発振器の周波数(スイング時間)を監視するのに役立つ方法があれば、実装することができますPiece Locked Loop

(PLL) を使用して外部周波数にロックします。振り子のスイング時間は、光センサーと 32 ビットカウンターによって測定され、Maser からの 10 MHz クロックティックをカウントします。スイングごとに、カウンターのうなり声がシフトレジスタにコピーされ、マイクロコントローラによって読み取られます。瞬時間隔は、10MHz ティック (0.1 ppm 分解能) のデバイスで計算されます。 32 ビットカウンターは ~7 分ごとにオーバーフローし、10MHz 間隔の違いと振り子のスイングの違いを実際に認識し、丸め誤差が大きくなりすぎないようにします。

PLLの出力全体で電圧管理発振器を駆動(VCO)。振り子の監視に役立つ電圧が明らかにない可能性があります。かつて求められていた究極のイノベーション…

チェーンマネージドオシレーター (CCO) の新たな発想

時代遅れのパラグラフで述べたように、最終的には振り子の間隔を引くことを制定するために L に取り組みます。実際の着用方法の範囲内で、ピボットとボブの間に重りを追加する方法で、振り子の重心を変位させる小さなビットによって。

機械化された方法でこれが最も確実に行われる方法は? てこ、または微妙なプーリーとスレッドに個別の重りを使用する多くの提案が検討されました。最良の提案は、自分の提案がきちんと刺激されたとき (=パブ) に発生します。チェーンは理想的な管理重量！それは線形であり、ゴージャスな余裕があれば、ステップ PWM 法を採用するのではなく適度にアナログに振る舞います。チェーンマネージドオシレーター生まれていました!

HH3 体格に実装された PLL の特性評価プレゼンテーションに続きます。ボッシュレックスロスプロファイルとカプトンテープは、今までの科学の基礎です。

Chain Managed Oscillator アクチュエータの集中的なシーク。アソートパーツは、さまざまなCCOメーカーを提供しています(ほとんどの場合、OkayCCOとして知られています_{PLL モデルで)。今の慣例の方がチューニング感度がいいです_CCO=1.6019 2 日目 -1 グラム -1。全体のチューニングのバラツキは日差±2秒程度です}

フリーワーキングクロックの安定性

アフタークロージングの非常に頑丈な機械的強化を受けて、時計はその安定性を測定するために約 1 週間動作したままにされていました。私はすでに夏のシーズンにそれを使用していましたが、正確な強化はありませんでした. 予想通り、3ポイントのレベリングプランを備えた巨大な強化により、安定性が得られます. PLLの発明に関する重大な情報は、おそらくよそよそしいものだったかもしれません…

振り子の間隔と気圧のひずみとの相関関係がよくわかるかもしれません。すべてが文献に適合し、理解されたいという私のサイズのシグナルではありません。いつの日か…

とはいえ、振り子間隔を引っ張るにはひずみを変えるのが健全な方法です。文献を保存すると、数十ミリバールのような微妙な変動は、間隔を週に 2 番目に変動させる原因となります。主にボブの浮力に起因します。この考えは、言うまでもなく、パトロンカ醸造所でも正式に議論されていました。時計ケースを加圧またはポンピングする技術は、もはや空想するのはそれほど難しいものではありません。理想的な危険とは、ポンプによって生成される音響的な問題が発生する可能性があることです。そして、しばらくすると、時計が単に爆発したり、内破したりする可能性があります。

公称大気ひずみでの浮力からの収入に対する強力で安全な解決策が提案されていました (Jano W. に感謝します!)。時計ケースは、ヘリウムと SF の組み合わせで満たされる可能性さえあります₆ ) ガス。それらの割合は、要求された PLL エクスポーズに準拠します。SF₆ でテンポを上げ、ヘリウムで減速します。より多くの引っ張りが必要な場合は、加圧するか、容器を空にすることができます。 PLL + CCO の法則を発明するために、ツールの特性評価はステップ応答を使用して行われていました。

巨大な信号応答 (~30% のチューニング変動) は非常に事実のように見えます

ちっぽけな信号応答 (~3% のチューニング変動) は、詳しく説明するのが少し難しいです. 素早いステップ (100 秒間隔) は、マンモスシグナルステップではもはや見えない何らかの慣性を単に示している可能性があります:

ステップ間の時間 (200 秒) を長くしても、応答が明確になることはありません。

Simulink モデル

ループをいじるために作成された単純な simulink モデルダイナミクス。

仕事場にいるみたい…

ループの最初のクローズ

しかし、最も重要な問題は、正確なハードウェアで動作するかどうかです。共有内では、「ループのフラッシュクロージングのように」非常に事実に基づいています。ここに1つがあります。ループは、20 スイング後にアクティブ化されていました。ちっぽけな周波数オフセットを補正します。 200 ティックで、1 秒/日と同じステップが適用されます。ループはゆっくりと振り子間隔の動機付けを公称値に押し上げます。できます！！！

1個CCO の非直線的な動作を見て、チェーンのスペースを閉じることは、ステップよりも早く関連付けられなくなりました。しかし、ループは補償されました。

さらに、最新の PLL コントロールは振り子間隔 (周波数) を最も簡単に制御します。私の意見では、私はもはや何時にマイルを気にする必要はありません. しかし、私は仕事の言葉で時を刻む非常に正確な時計を手に入れました。

これがマナーの第一歩です。しかし、1 億 5800 万年の間に、私の HH3 時計がセシウムの泉が保証する 1 秒を超えてドリフトしないかどうかを確認するために、1 億 5800 万年で 1 回おきに実行する価値がある場合、より微妙なループがメインになります。単に時間も制御している可能性が高く、周波数ではありません。つまり、誤差曲線が球状のゼロを中心とすることはもはや最も簡単なことではありませんが、158 002 023 年が 1.0 よりも増加してはならないことを除いて、今から曲線の下の積分も望まれます。

重要なマイルストーン:

2021/12: 時計の取得

2022/3-5: Partizánske の M-watch サービスでの修復

2022/5: CERN への輸送

2022/9: フリースタンディング,自由な作業

2023/1: 閉鎖、頑丈な機械的強化、安定性の最初の極端なサイズ (対温度、空気ひずみ、時間…)

2023/1: 共有ロックループ (機械共有) の実装とループのフラッシュクローズのような!

画像

Hlavní hodiny 3 (腸内) の新しい生息地。ハードウェアは合法的に美しい…

原点には原子時計定常検出器プロジェクトがありました. 私が本当に持っている計画は、CERN のすべての加速器からの基準周波数をビデオ表示するために開発されました。時々物事が不安定になり、正確さのこの段階では、把握頻度がドリフトしているのか、それとも何マイルもロックされていないのかを診断するのは非常に困難です. 非常に小さなドリフトは、ビームが真空チャンバーに当たる可能性があることを意味します。そうしないと、1 つのリングからさまざまなリングに切り替えるスペースがなくなります。 LHC と SPS の横方向の提案から再利用されたハードウェアに取り組んでいます。モジュールは、数 MHz から数時間までの時間スケールの展開で、すべてのクロックに対してすべてのクロックの 12 コーナーハット比較を実行します。重要な点は、私のラボの 1 つのパッチパネルで、これらすべての真のクロックと真のクロックにアクセスできることです。達成可能な可能性があるかもしれません:-)

コントローラー。 Arduinoを忘れていました。 Bosch Rexroth プロファイル、Kapton テープ、および Arduino は、新しい科学を開発します。

教えてくれてありがとう！

連絡先: daniel dot valuch at cern dot ch

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