Aika - sekunti (s)

Määritelmä: sekunti on 9 192 631 770 kertaa sellaisen jakson aika, joka vastaa cesium 133-atomin siirtymää perustilan ylihienorakenteen kahden energiatason välillä. Määritelmä kiinnittää vastaavan spektriviivan taajuuden arvoon 9 192 631 770 Hz

Synkronoi kotitietokoneesi kellonaika MIKES:n atomikelloihin julkisen NTP-palvelumme kautta!

Toteutus (aika ja taajuus): MIKES ylläpitää kansallisessa aika- ja taajuuslaboratoriossaan Suomen virallista aikaa. Kelloluolassa on 2 cesium atomikelloa, 2 aktiivimaseria ja 1 passiivimaseri. Atomikellojen aika välitetään jatkuvasti GPS aikavertailun avulla Pariisissa sijatsevaan kansainväliseen paino- ja mittatoimistoon BIPM:ään (Bureau international des poids et mesures). BIPM laskee maailman ajan UTC keräämiensä tietojen pohjalta ja raportoi eri maiden kansallisen realisaation poikkeaman maailmanajasta kuukausittain ilmestyvässä circular-T julkaisussa.

MIKESin pääkellona toimii kuvassa oikealla oleva Kvarz:n valmistama huippuluokan aktiivinen vetymaser CH1-75A. Tämän kello on säädetty niin, että se edistää hieman maailmanaikaa. Maserista tuleva sekuntipulssi viivästetään viivegeneraattorin avulla oikeaaikaiseksi. Viivegeneraattoria ohjataan tietokoneella, jossa on laskettu malli maserin käyttäytymiselle circular-T julkaisujen pohjalta. Näin menettelemällä kellon käyntiä voidaan ennustaa ja siis ennalta korjata. Näin tuotetun Suomen ajan, josta käytetään merkintää UTC(MIKE), poikkeama maailmanajasta UTC selviää oheisesta kuvaajasta. Viimeisten kahden vuoden aikana poikkeama on ollut alle 10 nanosekuntia.

Maserista saadaan myös 5, 10 ja 100 MHz taajuussignaalit, joiden suhteellinen epävarmuus on parempi kuin 10-14.

Kellojen parantuessa on ajan ja taajuuden vertaaminen käynyt yhä hankalammaksi. Nykyisten GPS ja muiden satelliittipohjaisten järjestelmien rinnalle ollaankin kehittämässä vaihtoehtoisia, optisia tietoliikenneyhteyksiä hyödyntäviä tekniikoita. MIKESin ja Ruotsin vastaavan laitoksen, SP:n, välillä on koekäytössä tietoliikennepakettien kehyksien tunnistamiseen perustuva ajansiirtomenetelmä.

Taustaa: Aikaan ja taajuuteen liittyvä tutkimus metrologiamielessä alkoi maassamme Teknillisessä korkeakoulussa 1971. Ajan ja taajuuden seuranta suoritettiin aluksi pitkäaaltoisien aikamerkkiasemien (DCF-77, MSF jne) avulla, mutta pian siirryttiin Loran-C navigointijärjestelmän käyttöön. Ajan ylläpidon siirryttyä VTT:lle rakennettiin kymmenkunta Loran-C kelloa, joita sittemmin käytettiin eri puolilla Suomea ja myös kansainvälisessä EISCAT-projektissa ajan ja taajuuden ylläpitämiseen. Loran-C kelloilla saavutettiin UTC-ajassa noin 1 µs:n epävarmuus ja taajuudessa suhteellinen epävarmuus 10-11 vuorokausikeskiarvona.

Aikavertailuja tehtiin kuljetettavan kellon avulla sekä Ruotsin (TELE) että yleissopimuksen puitteissa Neuvostoliiton (VNIIFTRI) kanssa. Myös TV-yhteyttä Tallinnan kautta VNIIFTRI:in käytettiin. 1970 luvulla rakennettiin myös Yleisradion pääkello antamaan tuttua "piip" aikamerkkiä. Tämä kello oli lukittuna VTT:n viralliseen kelloon puhelinlinjan välityksellä ja oli käytössä Yleisradiossa vuoteen 1997 saakka. Tällöin Yleisradio siirtyi käyttämään GPS-vastaanottimeen perustuvaa kelloa. Kansallinen laboratorio alkoi sittemmin valvoa ja raportoida Yleisradion tuottamia aikamerkkejä.

GPS-navigointijärjestelmä antoi paremmat mahdollisuudet ajan ja taajuuden ylläpitoon ja valvontaan kuin Loran-C. Niinpä VTT:lle hankittiin ensimmäinen GPS-kello 1989. Sen avulla saavutettu UTC-ajan epävarmuus oli 0,5 µs ja taajuuden suhteellinen epävarmuus 10-12 vuorokausikeskiarvona. Myöhemmin GPS-vastaanottimia hankittiin lisää ja kideoskillaattorit ajan ja taajuuden "vauhtipyörinä" korvattiin rubidiumkelloilla. Vuonna 1997 hankittiin ensimmäinen oma Cs-atomikello. Sitä ennen oli "lainattu" Cs-atomiaikaa Teleltä kaukomittauksena jo pari vuotta.

Vuoden 2000 alusta Suomen kansallinen aikametrologia siirtyi VTT:ltä Mittatekniikan keskukseen. MIKESiin hankittiin samana vuonna toinen Cs-kello varmentamaan ajan ylläpitoa. Vuonna 2003 hankittiin sekä passiivinen että aktiivinen vetymaseri Kvarz'ilta Venäjältä. Niiden erinomaisen lyhytaikaisen stabiilisuuden hyödyntämiseksi hankittiin samalla samalta tehtaalta myös femtosekuntiresoluutioon pystyvä nelikanavainen vaihekomparaattori.

Suomen aikaa ja taajuutta verrataan jatkuvasti "GPS common view"-mittauksen avulla koordinoituun yleisaikaan UTC, GPS:n avulla suoraan USNO:n pääkelloon ja Loran-C (NELS) avulla BIPM:n aikaan. Aikavertailuja kuljetettavan GPS:n avulla on myös tehty SP:n (Ruotsi) kanssa muutaman vuoden välein. MIKESin aika- ja taajuuslaboratorion ylläpitämän Suomen ajan epävarmuus (UTC) on nykyisin alle 10 ns.