Liczniki czasu o unikatowej precyzji skomercjalizował WAT

3 zdjęć w galerii
Autor zdjęcia: Dominik Sondej
Kolejne urządzenia do bardzo dokładnego pomiaru czasu skomercjalizowała Wojskowa Akademia Techniczna. Polska firma KenBIT kupiła licencję i wyprodukuje zestaw metrologiczny złożony z wielokanałowego licznika czasu, generatora wzorcowych odcinków czasu i rozdzielacza przesyłającego sygnały pomiędzy wieloma urządzeniami.

Czas ma naturę dynamiczną i jego upływ nie może być zatrzymany, a przez to trudno jest wyobrazić sobie, czym jest precyzja pikosekundowa. Łatwiej to wyjaśnić odnosząc się do pomiaru odległości. Precyzja taka umożliwia na przykład pomiar odległości z Ziemi do Księżyca (384 tys. km) z błędem mniejszym niż pół milimetra! W dziedzinie czasu, w celu uzyskania założonej precyzji dzielimy sekundę na milion części, a następnie każdą jedną milionową jeszcze raz dzielimy milionkrotnie – wyjaśnia płk rez. prof. dr hab. inż. Ryszard Szplet. Dziekan Wydziału Elektroniki WAT i jednocześnie kierownik zespołu badawczego pracującego w Zakładzie Techniki Cyfrowej tłumaczy, że skomercjalizowane przez jego zespół urządzenia osiągają taką właśnie precyzję.

 

Wymagającą niszę wysoce precyzyjnych pomiarów czasu zagospodarowuje jedynie kilku producentów. Jednak żadna grupa badawcza na świecie nie opracowała dotąd zestawu o tak wielu funkcjonalnościach. Polacy wykonują tzw. topowy sprzęt dla bardzo specjalistycznych zastosowań.

 

Metody zastosowane w opracowanych przyrządach oraz design zostały opatentowane przez badaczy z WAT. Warszawska spółka KenBIT zapłaciła za licencję i rozpoczęła produkcję trójelementowego zestawu pomiarowego. Elementy te mogą być stosowane jako oddzielne urządzenia.

 

„Zestaw jest zaawansowany technologicznie i funkcjonalnie, a przy tym stosunkowo uniwersalny. Jeżeli użytkownik jest zainteresowany jedynie pomiarem odcinków czasu, nabędzie wielokanałowy licznik czasu. Jeśli natomiast ma potrzebę wytwarzania wzorcowych odcinków czasu, ma możliwość zakupu jedynie generatora. Z kolei użytkownik zainteresowany dystrybucją sygnałów elektrycznych lub optycznych do kilku odbiorników, wybierze rozdzielacz sygnałów” – mówi prof. Szplet. Jego zespół, na mocy umowy podpisanej przez WAT z jedną ze szwedzkich firm, opracowuje już kolejny licznik czasu i częstotliwości nowej generacji. 

 

Precyzyjne liczniki czasu wcześniej opracowane przez WAT pracują w wielu laboratoriach badawczych na całym świecie, w tym między innymi w Międzynarodowym Biurze Miar i Wag BIPM w Sevres we Francji, w Obserwatorium Astronomicznym Marynarki Wojennej USA tj. US Naval Observatory, Amerykańskiej Agencji Kosmicznej NASA, w Narodowym Instytucie Metrologicznym PTB w Niemczech, a także w polskich laboratoriach m. in. w Głównym Urzędzie Miar, w Obserwatorium Astrogeodynamicznym Centrum Badań Kosmicznych PAN, Instytucie Łączności-Państwowym Instytucie Badawczym.

 

MOCNY POLSKI OŚRODEK POMIAROWY

 

Polacy już wiele lat temu wyznaczali trendy w konstruowaniu precyzyjnych urządzeń mierzących czas. W 1997 r. zespół badawczy z WAT, kierowany wówczas przez prof. Józefa Kalisza, jako pierwszy na świecie opracował precyzyjny przetwornik czasowo–cyfrowy z zastosowaniem nowej wtedy technologii układów programowalnych. Poświęcone temu pionierskiemu wynalazkowi polskie publikacje naukowe wytyczyły szlak, którym obecnie powszechnie podążają projektanci tego typu sprzętu.

 

Telefon komórkowy to jedno z wielu urządzeń składających się z licznych, ale niewielkich układów scalonych. Podobnie jest w przypadku urządzeń służących do mierzenia czasu, wytwarzania jego wzorcowych odcinków, czy do rozsyłania znaczników czasu. Dawniej takie urządzenia były duże,  energochłonne i zawodne. Jednak rozwój technologii mikroelektronicznych umożliwił ich znaczną miniaturyzację do rozmiarów modułów „wieży” do odtwarzania muzyki.

 

Naukowiec rozpoczynał pracę naukowo–badawczą w WAT w zespole prof. Józefa Kalisza. Po doktoracie odbył m.in. staż naukowy w zespole prof. Juhy Kostamovaary na Uniwersytecie w Oulu w Finlandii. Uczestniczył w realizacji licznych projektów naukowych i badawczo-rozwojowych, jednocześnie zdobywając środki na rozwój laboratorium badawczego.

 

Zespół badawczy prof. Szpleta opracował zestaw przyrządów pomiarowych dla szerszego grona odbiorców. Zaledwie kilka ośrodków na świecie oferuje podobne rozwiązania. Są wśród nich firmy amerykańskie Stanford Research Systems i Keysight (dawniej dział technologiczny Hewlett Packard) oraz szwedzka Pendulum Instruments.

 

GLOBALNY ZEGAR

 

Z precyzyjnego pomiaru czasu korzystamy wszyscy, często bezwiednie. Na takim pomiarze opiera się bowiem działanie odbiorników nawigacji satelitarnej, stosowanych w samochodach i telefonach komórkowych. Liczniki czasu umożliwiają też wytwarzanie wspólnego globalnego zegara. Są one bowiem używane do porównywania wskazań wielu zegarów atomowych rozproszonych po całym świecie. W wyniku porównań "wytwarza się znaczniki czasu", które następnie poprzez satelity są rozsyłane do najdalszych zakątków globu. Umożliwia to koordynację pracy portów lotniczych i morskich, transportu kolejowego i drogowego w skali globalnej. Z kolei poprzez Internet synchronizujemy komputery, a poprzez sieci telefonii komórkowej – nasze urządzenia mobilne.

 

Aby dokładniej wyjaśnić potrzebę precyzyjnego pomiaru czasu, prof. Szplet posługuje się metaforą wieży zegarowej. „Na świecie posługujemy się jedną skalą czasu. Mamy dokładnie zsynchronizowane godziny, minuty, sekundy, a nawet ich części. Ale nie ma jednej ogromnej wieży zegarowej, z której wszyscy moglibyśmy, jak z Big Bena, odczytać właściwy czas, jednocześnie w Japonii, Stanach Zjednoczonych, czy w Polsce. Dlatego w oparciu o wskazania wielu zegarów atomowych oblicza się jedną skalę czasu i jako wskazania wspólnego zegara rozsyła po całym świecie” – tłumaczy.

 

Porównania chodu tych wielu zegarów atomowych są możliwe właśnie dzięki precyzyjnym pomiarom czasu. Takie pomiary są realizowane bez przerwy w laboratoriach na całym świecie, a uzyskiwane informacje o „opóźnianiu się” lub „śpieszeniu” zegarów lokalnych przesyłane do Międzynarodowego Biura Miar i Wag w Sevres pod Paryżem, gdzie fizycy opracowują stosowne poprawki dla każdego z zegarów, w celu zsynchronizowania z wirtualnym zegarem globalnym.

 

Bez precyzyjnych pomiarów nie rozwijałaby się fizyka wysokich energii. W Wielkim Zderzaczu Hadronów mierzy się opóźnienia pomiędzy cząstkami elementarnymi rozpędzanymi do prędkości światła. W chemii na takich pomiarach opiera się spektrometria masowa umożliwiająca badanie składu substancji. W zastosowaniach wojskowych, mierząc czas przelotu pocisku od opuszczenia lufy do trafienia w tarczę, określa się jego prędkość wylotową. Dokładne liczniki czasu stosowane są też w przemyśle, np. do weryfikacji parametrów dynamicznych układów scalonych i pamięci masowych.


Karolina Duszczyk

fot. Dominik Sondej