一秒有多長？中國的標(biāo)準(zhǔn)時間如何確定？如何把人為噪音和自然噪音通過數(shù)據(jù)化進(jìn)行識別？新型號的汽車上市前為何必須通過電磁兼容檢測？
近日，記者走訪了中國計量科學(xué)研究院（以下簡稱中國計量院）昌平院區(qū)，昌平院區(qū)現(xiàn)有實驗室400余間，擁有一批具備隔震、恒溫、恒濕、潔凈、屏蔽等實驗環(huán)境條件的高精密測量實驗室。運(yùn)行至今，中國計量院為國家科技創(chuàng)新、戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、民生計量以及計量科技前沿探索等提供了有力支撐。
“4600萬年不差一秒”
中國計量院時頻中心工程師楊東方介紹原子時標(biāo)基準(zhǔn)（央廣網(wǎng)記者 邵藍(lán)潔 攝）
“秒長是目前所有計量單位中精度最高的一個物理量，現(xiàn)在能達(dá)到10的負(fù)16次方的量級，我們做的就是‘一秒有多長’的秒長基準(zhǔn)?！敝袊嬃吭簳r間頻率計量中心（以下簡稱“中國計量院時頻中心”）工程師楊東方介紹，1967年，第十三屆國際計量大會通過決議，將基本時間單位“秒”的長度定義為無干擾的銫133原子在其基態(tài)的兩個超精細(xì)子能級間躍遷9192631770次所持續(xù)的時間。
據(jù)了解，國際原子時（TAI）以銫原子秒長為基本時間單位，在1958年1月1日0時與世界時（UT）對齊，作為其時間起點。目前，全球80多個守時實驗室的400多臺商品原子鐘參與國際原子時計算，僅有少數(shù)國家，包括美、俄、中、法、德、日等國銫噴泉原子鐘獲準(zhǔn)駕馭國際原子時。
2014年，中國計量院研制的銫原子噴泉鐘NIM5，作為秒長國家基準(zhǔn)，成為國家時間頻率量值的源頭。同年通過國際計量局評審參與駕馭國際原子時，使得中國在國際原子時合作中擁有了“話語權(quán)”和表決權(quán)。目前，其不確定度相當(dāng)于“4600萬年不差一秒”。
中國計量院時頻中心副研究員劉昆介紹銫噴泉原子鐘（央廣網(wǎng)記者 邵藍(lán)潔 攝）
“我們把這時間做得這么準(zhǔn)，并不僅為了大家日常看表計時使用，時間最重要的用途是衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)。光速是一個恒定的值，速度乘以時間等于距離。如果把時間做得很準(zhǔn)的話，定位精度就非常準(zhǔn)。”中國計量院時頻中心副研究員劉昆透露，“要想把這個時間測得更準(zhǔn)，鐘躍遷的頻率要向更高頻方向邁進(jìn)，為了瞄準(zhǔn)下一代秒定義的變換，我們計量院包括國內(nèi)好多科研單位都在做光鐘。”他介紹，光鐘鐘躍遷頻率從噴泉鐘GHz變?yōu)門Hz，上升了幾個量級，未來將成為新一代的秒長基準(zhǔn)。
“世界上最安靜的地方”
初次走進(jìn)消聲室，大部分人都覺察到耳朵正在經(jīng)歷一些異常?！叭祟惛兄曇舻南孪奘?0微帕，以其為參考值，對應(yīng)的聲壓級是0分貝，0分貝并不是完全沒有聲音，而是指聲音的強(qiáng)度低到人耳剛剛能夠感知的程度。在消聲室里，鼓膜壓力失衡導(dǎo)致耳悶，因為沒有反射、背景噪聲也太低，甚至可以聽到腸胃蠕動的聲音。”中國計量院力學(xué)與聲學(xué)所（簡稱中國計量院力聲所）副研究員牛鋒介紹。
中國計量院力聲所副研究員牛鋒介紹消聲室的功能（央廣網(wǎng)記者 邵藍(lán)潔 攝）
中國計量院的消聲室的凈空尺寸為14.0m×11.4m×8.8m，低頻截止頻率為40Hz，A計權(quán)背景噪聲低至-2.4dB。據(jù)牛鋒介紹，消聲室的設(shè)計需要隔聲、隔振、吸聲，是“世界上最安靜的地方”。
全消聲室一般用于聲學(xué)計量儀器的型式評價試驗，劇場使用的線性聲源陣列的指向性測量，各個廠家生產(chǎn)的所謂“靜音”或者“超靜音”設(shè)備的測試，通常標(biāo)稱30dB以下的儀器設(shè)備都需要在這樣的環(huán)境中測試。用于小型儀器設(shè)備的噪聲輻射檢測會比較多一些。在消聲室里，研究人員還可以用自由場比較法，對傳聲器（麥克風(fēng)）的自由場靈敏度和頻率響應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)。
如何對各種聲音進(jìn)行判斷和校準(zhǔn)，不僅是相關(guān)硬件設(shè)備監(jiān)測面臨的問題，也是關(guān)乎生活幸福度的問題。2022年6月25日起，《噪聲污染防治法》實施，其中明確提出，加快推進(jìn)環(huán)境噪聲自動化監(jiān)測，構(gòu)建聲環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)?！叭藶榈脑肼暡沤性肼?，蟲鳴、鳥叫、風(fēng)聲、雨聲不叫噪聲，這時候就需要對自然噪聲進(jìn)行聲紋識別?！迸ｄh表示，環(huán)境噪聲自動檢測數(shù)據(jù)直接入網(wǎng)，噪聲源特征的提取與識別將是一個極大的挑戰(zhàn)。
“電磁兼容是一個重要的指標(biāo)”
“這是10米法半電波暗室，相比其他實驗室，10米法半電波暗室顯得更為高大寬敞?！敝袊嬃吭盒烹娝こ處熗跎偃A介紹，這間實驗室23米長，19米寬，9.7米高，配備了直徑2米的小轉(zhuǎn)臺和直徑6.5米的大轉(zhuǎn)臺。
10米法半電波暗室對汽車進(jìn)行電磁兼容試驗 央廣網(wǎng)記者 邵藍(lán)潔 攝
電波暗室是電磁兼容測試和天線測試的主要場地。電波暗室的主要作用有兩個，一是屏蔽外界電磁波，二是消除電磁波反射。據(jù)介紹，暗室的外殼是一個由金屬板封閉起來的六面體，用于屏蔽外部的電磁波干擾進(jìn)入到暗室內(nèi)部，避免影響暗室里面的實驗。其次，暗室的墻壁和房頂貼了高性能電磁波吸波材料，用于吸收電磁波消除反射。地面使用導(dǎo)電地板、不覆蓋吸波材料的暗室，叫做半電波暗室。
“汽車作為一臺大型的電子設(shè)備，具備多種功能，尤其是新能源汽車，配備了多種傳感器，像雷達(dá)、攝像頭、麥克風(fēng)等，智能化程度越來越高，集成的電子元器件越來越多。如果汽車的抗電磁干擾能力不足，車輛在行駛過程中也會受到其他的電磁干擾，可能導(dǎo)致控制功能故障或其他功能失效，存在極大的安全隱患。因此，電磁兼容成為產(chǎn)品設(shè)計中需要考慮的關(guān)鍵一環(huán)，電磁兼容也成為了一個重要的評價指標(biāo)?！蓖跎偃A介紹，“在輻射發(fā)射測試時，汽車處于行駛狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，雨刷、轉(zhuǎn)向燈、空調(diào)等功能都打開。使用接收天線在距離汽車10米的位置接收汽車發(fā)射的電磁波，使用接收機(jī)在控制室測量，檢測汽車的輻射發(fā)射是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求；在輻射抗干擾測試時，通過大功率發(fā)射天線向汽車輻射強(qiáng)電磁場，檢測汽車的功能是否因干擾而失效?！?/span>
“一方面，要檢測電子設(shè)備向外輻射的電磁波是否超過國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值；另一方面，向被測電子設(shè)備輻射強(qiáng)電磁場，檢測設(shè)備抗電磁干擾的能力。”王少華表示，除了汽車整車，工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)療設(shè)備、信息技術(shù)設(shè)備、汽車零部件等都可以在該實驗室進(jìn)行電磁兼容試驗，以及計量器具型式評價試驗（電磁兼容部分）。
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