Repositorio Institucional

CARACTERIZACIÓN INDIRECTA DEL PATRÓN NACIONAL DE TIEMPO A CORTO PLAZO, s

L. Alvarez, K. Bastida, W. Adad INTI Física y Metrología alvarez@inti.gob.ar



OBJETIVO El INTI, como instituto nacional de metrología, tiene la obligación de garantizar la trazabilidad de las mediciones. Para asegurar la equivalencia entre patrones así como las mejores capacidades de medición y calibración (CMC), los institutos nacionales de metrología participan de revisión de pares, y comparaciones internacionales, avaladas por acuerdos intenacionales.

En el caso particular de la calibración en frecuencia de láseres estabilizados por medio de sistema de batidos, las mediciones tienen trazabilidad a los patrones nacionales de longitud y de tiempo y frecuencia. Actualmente Argentina, como parte de su plan de industrialización, tiene la necesidad de declarar CMCs en la medición de frecuencias de láseres estabilizados. A fin de establecer la mejor incertidumbre asociada a dicha calibración, se debe caracterizar la estabilidad del patrón nacional de tiempo y frecuencia a corto plazo,  = 1 s. La forma más directa de realizar esta caracterización sería intercomparando al menos tres relojes atómicos. Esto exigiría contar con equipamiento que INTI-Física y Metrología no dispone actualmente. Por esta razón, en este trabajo se muestra una caracterización realizada por métodos indirectos.



otro lado, INTI también integra el Grupo de Trabajo de Tiempo y Frecuencia del Sistema Interamericano de Metrología (SIM), en cuyo ámbito el patrón de INTI se compara con otros relojes atómicos ubicados en distintos institutos nacionales de metrología del continente americano, Figura 1.



DESCRIPCIÓN Patrón nacional de tiempo y frecuencia Si bien el mantenimiento y diseminación de la hora oficial en Argentina, por ley, está a cargo del Observatorio Naval Buenos Aires (ONBA), desde el año 2008, el INTI participa activamente en la realización de la escala de tiempo universal coordinado, UTC. Además, INTI mantiene el patrón nacional de tiempo y frecuencia. Dicho patrón es un reloj atómico de cesio de tipo comercial (Symmetricon, modelo 5071A) que se compara contra otros relojes atómicos de similar calidad metrológica alrededor del mundo.

Los datos de las comparaciones remotas se envían, vía Internet, al Bureau Internacional de Pesas y Medidas (BIPM) para su procesamiento en la realización de UTC. Por



Figura 1: Localización de los 19 laboratorios que integran la red de relojes atómicos del SIM. Blanco: relojes atómicos de Cs. Verdes: Rb compensado. Rosado: GPS Rb sin compensar.



Análisis de estabilidad: desviación de Allan La estabilidad en frecuencia de un oscilador es una medida de cuan bien la señal emitida por dicho oscilador se mantiene para un cierto intervalo de tiempo. Ésta se determinó a partir del estimador estadístico conocido como

desviación de Allan [()], la cual se define como:



   y 



1



M 1



2M 1



yi t  



yi t 2



(1)



i 1



ADEV ADEV



donde yt es la frecuencia fraccional

promediada en el tiempo . Este estimador estadístico también permite identificar las componentes de ruido que afectan al oscilador de acuerdo a lo que se indica en la Figura 2.



1E-9 1E-10 1E-11 1E-12 1E-13 1E-14 1E-15



ruido blanco o tipo flicker (fase) ruido blanco (frecuencia) ruido tipo flicker (frecuencia) ruido tipo random walk (frecuencia)

















1E-16



Figura 2: Gráfica cualitativa que muestra las componentes de ruido que afectan al oscilador.



Set de datos El Comité Consultivo de Tiempo y Frecuencia, (CCTF-WGMRA), en el Anexo 6 de la guía de recomendaciones, establece que es posible

determinar () a corto plazo, a partir de datos a largo plazo, mediante una extrapolación que tenga en cuenta propiedades y especificaciones del oscilador patrón. Datos Circular T – UTC(INTI) Documento de publicación mensual, a cargo del BIPM. En ella se reportan los datos de las comparaciones remotas de los 60 relojes atómicos alrededor del mundo, a intervalos de 5 días. Esto permite una caracterización de inestabilidades solo a largo plazo, ya que

resulta insensible a fluctuaciones para  < 5 días. Datos SIMT(INTI)[4] Los datos de las comparaciones remotas de los 19 relojes alrededor del continente americano, se procesan y se publican a tiempo real (http://tf.nist.gov/sim/), con un tiempo de actualización de 600 s. Esto permite detectar

anomalías a corto, mediano y largo plazo,   600 s.



RESULTADOS Teniendo en cuenta las componentes de ruido que afectan a los relojes atómicos a corto plazo y las especificaciones técnicas del patrón nacional de tiempo y frecuencia, se tomaron y procesaron los datos de las circulares T. Para ello se calcularon las frecuencias fraccionales y a partir de ellas se determinó el desvío de Allan aplicando (1). Estos resultados, se conjugan

con los de la SIMT y se extrapolan a  < 600 s



con un ajuste -1/2, correspondiente a componente de ruido blanco, y se determinan además las bandas de confianza correspondientes a k = 2. Los resultados se muestran en la Figura 3. Como se desprende de dicha gráfica la estabilidad estimada para  = 1 s es del orden de partes en 1011. Este resultado es consistente con los valores de estabilidad esperados para este tipo de osciladores.



1E-9 1E-10 1E-11



y(=1s) = 3,63 E-11



circular T SIM extrapolacion manual bandas de confianza (95 %)



1E-12



1E-13



1E-14

10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104 105 106 107 108

s)

Figura 3: Desviación de Allan del patrón nacional de tiempo y frecuencia.



CONCLUSIONES A partir de datos de comparaciones internacionales, se determinó indirectamente la estabilidad a corto plazo del patrón nacional de tiempo y frecuencia. Este método permite verificar la estabilidad de dicho patrón. A su vez el resultado obtenido garantiza la medición de frecuencias de sistemas láser estabilizados con incertidumbres relativas del orden de partes en 1010, como la mejor incertidumbre de medición.



REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Consultative Committee for Time and Frequency. (2006). CCTF Working Group on the consequences of the global MRA (Annex 6, Guideline 3). Sèvres Banerjee P., Arundhati Chatterjee & Suman (2007). Determination of Allan deviation of Cesium atomic clock for lower avering time. Indian Journal of Pure & Applied Physics, 45, 945-949. Mingolla G., Alvarez J., Bastida K. (2008). Calibración en frecuencias ópticas por sistema de batidos. En Anales de la Asociación Física Argentina: Vol. 20. (pp. 48-52). National Institute of Standars and Technology. (2008). Handbook of frequency stability analysis (publication 1065). Boulder: W. J. Riley.