WAT komercjalizuje liczniki czasu o szczególnej precyzji

Urządzenia WAT do wysoce precyzyjnego pomiaru czasu zostały skomercjalizowane przez zespół prof. dr hab. inż. Ryszarda Szpleta - dziekana Wydziału Elektroniki WAT i jednocześnie kierownika grupy badawczej pracującej w Zakładzie Techniki Cyfrowej. Jak tłumaczą przedstawiciele WAT, to wymagająca nisza techniczna, która zagospodarowuje jedynie kilku producentów na świecie. Przy tym - jak twierdzą - żadna grupa badawcza na świecie dotąd nie opracowała zestawu o tak wielu funkcjonalnościach. Sprzęt tworzony przez polskich specjalistów kierowany jest do odbiorców o bardzo specjalistycznych potrzebach - m.in. laboratoriów pomiarowych i ośrodków badań kosmicznych.

Metody zastosowane w opracowanych przyrządach oraz design zostały już wcześniej 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" - zaznacza prof. Szplet. "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” – wyjaśnia kierownik polskiego zespołu. Grupa badawcza, na mocy umowy podpisanej przez WAT z jedną ze szwedzkich firm, opracowuje już zresztą kolejny licznik czasu i częstotliwości nowej generacji.

Podobne urządzenia były w przeszłości duże, energochłonne i zawodne. Jednak rozwój technologii mikroelektronicznych umożliwił ich znaczną miniaturyzację do rozmiarów modułów przypominających niewielkie systemy Hi-Fi audio.

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.

Precyzyjne liczniki czasu wcześniej opracowane przez WAT pracują już 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 (US Naval Observatory), amerykańskiej agencji kosmicznej NASA, w Narodowym Instytucie Metrologicznym PTB w Niemczech, a także w polskich laboratoriach - Głównym Urzędzie Miar, w Obserwatorium Astrogeodynamicznym Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz Instytucie Łączności-Państwowym Instytucie Badawczym.

Jak deklarują przedstawiciele WAT, Polacy już wiele lat temu wyznaczali trendy w konstruowaniu precyzyjnych urządzeń mierzących czas. "W 1997 roku zespół z tej uczelni, kierowany wówczas przez prof. Józefa Kalisza, jako pierwszy na świecie opracował precyzyjny przetwornik czasowo–cyfrowy z zastosowaniem nowej wtedy technologii układów programowalnych. Poświęcone temu wynalazkowi polskie publikacje naukowe pozwoliły wytyczać szlak, którym obecnie powszechnie podążają projektanci tego typu sprzętu" - wskazano w okolicznościowym komunikacie.

Zespół badawczy prof. Szpleta opracowuje zestaw przyrządów pomiarowych dla szerszego grona odbiorców. Możliwościami oferowania podobnych rozwiązań ma dysponować na świecie zaledwie kilka ośrodków. Są wśród nich firmy amerykańskie Stanford Research Systems i Keysight (dawniej dział technologiczny Hewlett Packard) oraz szwedzka Pendulum Instruments.

Z precyzyjnego pomiaru czasu korzysta się powszechnie w działalności kosmicznej, a dzięki temu pośrednio wykorzystuje je każdy obywatel, 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 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 – 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 postępu 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 odchyleniach w działaniu 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.

Źródło: Wojskowa Akademia Techniczna