Dĺžka

Definícia veličiny

Dĺžka je fyzikálna veličina, ktorej jednotka meter je prvou základnou jednotkou medzinárodnej sústavy SI, a ktorá je základnou geometrickou vlastnosťou materiálneho sveta.

Definícia jednotky

Meter je dĺžka dráhy, ktorú prejde svetlo vo vákuu za čas 1/ 299 792 458 sekundy.

( Résolution1, 17^e Conférence Génerale de Poids et Mesures, Paris, 1983 )

Realizácia jednotky

Jednotku meter je možné prakticky realizovať tromi spôsobmi (Recommendation1 (CI - 1983)) :

a/ prostredníctvom dĺžky dráhy l , ktorú prejde vo vákuu rovinná elektromagnetická vlna vo viditeľnej oblasti za čas t pri použití vzťahu l = c x t a hodnoty rýchlosti svetla vo vákuu c.
(Rýchlosť svetla vo vákuu je c = 299792 458 m/s (presne) (17. CGPM (1983) ).

b/ prostredníctvom vákuovej vlnovej dĺžky l rovinnej elektromagnetickej vlny s frekvenciou f. Táto vlnová dĺžka sa získa zmeraním frekvencie f a použitím vzťahu l = c/f.

c/ prostredníctvom jedného zo žiarení (uvedených v Recommendation3 (CI - 1992)) (Tab.1), ktorého známa vlnová dĺžka vo vákuu, alebo známa frekvencia môže byť použitá s uvedenou neistotou, ak sa dodržia špecifické podmienky a odporúčaná metóda, pričom v každom prípade sú aplikované korekcie, zohľadňujúce reálne podmienky ako nedokonalosť vákua, difrakciu a gravitáciu.

SMU vlastní HeNe laser 474 THz/633 nm, stabilizovaný na frekvencii kvantového prechodu jódu ¹²⁷I₂ s relatívnou neistotou 2,5x10^-11.

Žiarenie tohto Národného etalónu dĺžky SR má frekvenciu : f = 473 612 214 705 kHz

s rozšírenou neistotou: 24 kHz

odpovedajúcu hodnotu vlnovej dĺžky vo vákuu : l ₀ = 632 991 398,22 fm

s rozšírenou neistotou: 0,04 fm

Tieto hodnoty sú v zhode s medzinárodne stanovenými hodnotami pre realizáciu jednotky dĺžky metra (Recommendation 1 (CI-1997)) a s CIPM MRA CMC).

Nadväznosť

Národný etalón dĺžky SR ( č.002/1997 ), laser SMU B2, tak ako všetky lasery HeNe/I₂ je etalón, realizovaný na základe fyzikálneho zákona – kvantového prechodu molekuly jódu ¹²⁷I₂, aplikovaného na laserové žiarenie. Opakovaným medzinárodným porovnaním týchto laserov bola medzinárodne stanovená reprodukovateľnosť hodnoty etalónovej frekvencie s rozšírenou neistotou 24 kHz pri dodržaní medzinárodne stanovených podmienok. Absolutná hodnota frekvencie bola medzinárodne nadviazaná na frekvenciu žiarenia atómu cézia Cs₁₃₃. Zrealizovaním HeNe/I₂ lasera v SMU sa Slovenská republika stala nezávislou v oblasti dĺžky.

Medzinárodné porovnanie Národného etalónu dĺžky SR

Národný etalón dĺžky, laser SMU B2 bol porovnaný s referenčným laserom Medzinárodného úradu pre váhy a miery (BIPM, Paríž) v roku 1988,1994 a v roku 2000.

Výsledky porovnaní :

f_{SMU B2} – f_BIPM je rozdiel frekvencie medzi laserom SMU B2 ( v roku 1988 laser (Č)SMU B2) a laserom Medzinárodného úradu pre váhy a miery BIPM, Paríž

f_(Č)SMUB2 - f_BIPM2 = - 5.2 kHz 1988 [14]

f_SMUB2 - f_BIPM4 = - 9.3 kHz 1994 [25]

f_SMUB2 - f_BIPM4 = -7.4 kHz 2000 (publikácia sa pripravuje)

Uvedené rozdiely sú v rámci neistoty 1s stanovenej Medzinárodným výborom pre váhy a miery CIPM (Recommendation 1 (CI-1997)) : 1s = 2,5x10^-11 relatívne alebo absolutne 12 kHz pre frekvenciu a 0,02 fm pre vlnovú dĺžku.

Prenos jednotky dĺžky

Etalónovou frekvenciou/vlnovou dĺžkou lasera – Národného etalóna dĺžky SR sa kalibruje frekvencia/vlnová dĺžka pracovných laserov. Vlnovou dĺžkou pracovných laserov a pomocou prenosových zariadení, na interferenciu svetla (interferometrov), sa kalibrujú hmotné etalóny dĺžky najvyššej presnosti SMU (1.a 2. rád). a vybraných organizácií NH SR. Hmotnými etalónmi SMU 1. rádu sa metódou porovnania kalibrujú referenčné etalóny 2. rádu SLM SR a niektorých vybraných organizácií NH SR. Kalibráciu etalónov nižších rádov (3.až 5.rád) a pracovných meradiel dĺžky zabezpečujú akreditované pracoviská SR (SLM SR Bratislava , U.S. Steel Košice, atď.). Hierarchický prenos jednotky dĺžky v SR je nasledovný :

frekvencia Národného etalónu dĺžky ® frekvencia/vlnová dĺžka pracovných laserov prenosových zariadení ® hmotné etalóny dĺžky ® pracovné meradlá dĺžky.

Metrologické služby

Laboratórium dĺžky vykonáva kalibrácie :

• frekvencie/vlnovej dĺžky jódom stabilizovaných HeNe laserov 633 nm
• frekvencie/vlnovej dĺžky pracovných stabilizovaných HeNe laserov 633 nm
• referenčných etalónov 1.a 2. rádu
• neštandardných meradiel dĺžky

ďalšie metrologické služby

Okrem kalibrácie etalónov a meradiel dĺžky vykonáva laboratórium :

• schvaľovanie typu meracích zariadení na meranie dĺžky navinuteľných materiálov
• odborné konzultácie z oblasti metrológie dĺžky
• expertízy a posudky v oblasti metrológie dĺžky
• odborné školenia a skúšky z oblasti metrológie dĺžky

Zariadenia laboratória dĺžky:

I. Národný etalón dĺžky (NED)

• jódom stabilizovaný He Ne laser 633nm SMUB2; SMUB3

II. Prenosové zariadenia NED na prenos jednotky dĺžky na hmotné koncové etalóny interferenciou svetla

• 1m interferometer
• Interferenčné komparátory INKO Zeiss

III. Prenosové zariadenia na prenos jednotky dĺžky na hmotné čiarkové etalóny interferenciou svetla

• Čiarkový interferenčný komparátor do 1000 mm (ČIK)
• Laserový interferenčný dĺžkomer do 200 mm (LID)

Národný etalón dĺžky , 1m interferometer a Čiarkový interferenčný komparátor boli realizované v SMU pracovníkmi laboratória dĺžky SMU.

IV. Zariadenia na prenos jednotky dĺžky na hmotné koncové etalóny, metódou porovnania (kontaktná metóda)

• Vertikálny dĺžkomer TESA s elektronickým meracím prístrojom TESA MODUL
• Univerzálny dĺžkomer ULM 3 m s elektronickým meracím prístrojom TESA MODUL

Kontaktné osoby

garant Národného etalónu : RNDr. Roman Fíra

e-mail: fira@smu.gov.sk, tel.: 02 / 60 294 232,

riaditeľ centra dĺžky, času a akustiky : Ing. Pavol Doršic

e-mail: dorsic@smu.gov.sk, tel.: 02 / 60 294 359

zástupca riaditeľa centra dĺžky, času a akustiky: Mgr. Anna Fodreková

e-mail: fodrekova@smu.gov.sk, tel.: 02 / 60 294 222

odborný pracovník : Eva Harnošová

e-mail: harnosova@smu.gov.sk, tel.: 02 / 60 294 222

Ing. Pavol Mates, PhD.

e-mail: mates@smu.gov.sk , tel.: 02/60294644

Publikácie:

1.Navrátil, V. a kol.: Vyhotovenie funkčného vzorku He-Ne lasera, stabilizovaného parami jódu. Správa č.1049. Čs metrologický ústav, Bratislava, 1977.

2.Navrátil, V. a kol.: Príprava He-Ne/I2 lasera pre aplikáciu v metrológii dĺžok. Správa č.1075. Čs. metrologický ústav, Bratislava, 1979.

3.Navrátil, V. a kol.: Kompletizácia vybraných zariadení so stabilizovanými lasermi. Správa č. 1102. Čs. metrologický ústav, Bratislava, 1980.

4.Navrátil, V. a kol.: Príprava interferenčného zariadenia s laserovými zdrojmi svetla. Správa č. 1119. Čs. metrologický ústav, Bratislava, 1982.

5.Navrátil, V. a kol.: Vyhotovenie prvkov interferometra s laserom. Správa č. 1134, Čs. metrologický ústav, Bratislava, 1983.

6.Navrátil, V. a kol.: Výskum a realizácia metrologických zariadení pre atestáciu dĺžkových etalónov od 100 mm do 1000 mm. Správa č.1160, Čs. metrologický ústav, Bratislava, 1985.

7. Pat. ČSSR 256 152. Navrátil, V.,Gáťa, R.,Púček, B.:Spôsob merania dĺžky koncových mierok na dvoch vzájomne spojených dvojlúčových interferometroch pomocou vlnovej dĺžky (He-Ne) lasera.

8.Navrátil, V. a kol.: Vyhotovenie absorbčnej banky pre rezonátor lasera a jej plnenie jódom. Jemná mechanika a optika, 1981,8, s. 205-208.

9.Navrátil, V. a kol.: Periodické kontroly frekvencie žiarenia He-Ne laserov určených pre veľmi presné meranie dĺžky. Čs. standardizace, 1982, 6, s.258.

10.Navrátil, V. a kol.: Problematika určenia vlnovej dĺžky He-Ne laserov v oblasti 633 nm. Jemná mechanika a optika, 1982, 9, s.229.

11.Navrátil, V. : Etalonáž dĺžky v ČSSR. Jemná mechanika a optika, 1985, 5, s. 121-124.

12.Navrátil, V. a kol.: Predbežné výsledky medzinárodného porovnania He-Ne/I2 laserov (633 nm). Jemná mechanika a optika, 1990, 2, s. 51-54.

13.Navrátil, V. a kol.: Metódy a princípy realizácie jednotky dĺžky a jej prenosu na etalóny dĺžky v ČSMÚ, Správa č. 1213, ČSMÚ, 1990.

14.Chartier, J-M., Navrátil, V. et al.: International Comparison of Iodine-stabilized Helium-Neon Lasers 633 nm Involving Seven Laboratories. Metrologia, 1991, 28, 19-25.

15.Navrátil, V. a kol.: Porovnanie jódom stabilizovaných He-Ne laserov OMH Budapest a ČSMÚ Bratislava. Jemná mechanika a optika, 12, 1991, s. 317-321.

16.Navrátil,V. a kol.: 2.medzinárodné porovnanie primárnych etalónov dĺžky HeNe/I2 laserov v SMÚ.Metrologické listy,17 (1994),č.2, s.3-8.

17.Navrátil,V. a kol.: The Primary standard of length in the Slovak Republic and its international comparison.J.of Electrical Engineering,46 (1995),No.5,170-176.

18.Navrátil,V.: Kalibrácia laserových interferometrov. Metrologické listy, 18 (1995),č.1,s.11-14.

19.Navrátil,V.: The Value and the Accuracy of the Primary Length Standard SR, the HeNe/I2 Laser 633nm. J. of Electrical Engineering, 46, (1995), No 12, 408 - 410.

20. Navrátil,V., Fíra,R.: Realizácia definície metra. Metrológia a skúšobníctvo, I (1996), č.4, s.21-23.

21.Bartl, Navrátil, Fíra, Jacko: Laserové diódy ako zdroje žiarenia pre metrológiu dĺžky. Jemná Mechanika a optika, 1998, 7-8, 207-209.

22. Smulakovskij, V.M., Navrátil, V.: Miždunarodni zvirenija deržavnych etalonov odinici dovžini Ukraini ta Slovakii. Ukrainian Metrological Journal, 1998, N4, 51-52.

23. Bartl,J.-Navrátil,V.-Fíra,R.: Nové trendy v realizácii jednotky veličiny dĺžka. Metrológia a skúšobníctvo, 3, 1998, č.2, s.7-10.

24. Bartl,J.- Navrátil,V.- Fíra,R. : Termoelektrické ladenie frekvencie žiarenia laserových diód pre etalóny dĺžky. Metrologické listy, 21,1998,č.1, s. 7-12

25. Navrátil,V. et al.: International comparison of He-Ne lasers. Part III: Second comparison of Eastern European lasers. Metrologia, 1998, 35, 799-806.

26. R. Fíra, V. Navrátil: Stabilizácia frekvencie laserov na metrologické účely pomocou nasýtenej absorpcie.Metrológia a skúšobníctvo, 1999, 1-2, s.20-24.

Späť