Hoe makkelijk is het om trillingen te tellen van een cesiumklok?

[jkien]

De seconde is sinds 1967 gedefinieerd als een bepaald aantal periodes van een cesiumklok die oscilleert met ~9 GHz. Is het voor moderne elektronica makkelijk om oscillaties van 9 GHz te tellen?
 
Zou het met de elektronica van 1967 niet bijna onmogelijk zijn geweest?

[klazon]

Het zal niet onmogelijk zijn geweest, anders hadden ze het niet zo gedefiniëerd. Je moet bedenken dat de onderzoekslaboratoria die dit soort dingen kunnen  vaststellen beschikken over apparatuur waar de hobbyist alleen maar van kan dromen.

[Michel Uphoff]

Hier een uitleg van de werking van de eerste atoomklok uit 1955:

[317070]

Is het voor moderne elektronica makkelijk om oscillaties van 9 GHz te tellen?

Ja, eitje. Je gebruikt een PLL om de frequentie naar beneden te schalen (factor 16 ofzo, dan zit je op 560MHz) en dan tel je die pulsjes. Dat kan met huis-tuin-keuken elektronica. Bijvoorbeeld deze kost nog geen tientje: https://www.maximintegrated.com/en/products/comms/wireless-rf/MAX2880.html/tb_tab0
 
Het is niet eenvoudig, je moet weten wat je doet, want aan 9GHz gaan parasitaire capaciteiten al snel meetellen. Dus coax-kabels en zo gebruiken. Maar het kan zeker.
 
En PLL's zijn een oude techniek die terug gaan tot de jaren '30.
https://en.wikipedia.org/wiki/Phase-locked_loop#History

[jkien]

Ik vond hier hoe het vroeger werd gerealiseerd: de hoge 9 GHz frequentie werd door een frequency multiplier afgeleid van een langzame kristaloscillator die trilde met een bijvoorbeeld 1000x lagere frequentie (in de orde van 10 MHz). De frequentie van deze langzame kristaloscillator werd bijgestuurd door feedback van de cesiumresonator. Het aantal trillingen van de langzame kristaloscillator kon worden geteld.
 
Een vreemde consequentie lijkt me dat de precisie van de 10 significante cijfers in de definitie van de seconde (9192631770 cesiumtrillingen) destijds niet realiseerbaar was voor de tijdsduur van 1 seconde, alleen voor tijdsduren van 1000 seconde of meer.

 

 

[317070]

Een vreemde consequentie lijkt me dat de precisie van de 10 significante cijfers in de definitie van de seconde (9192631770 cesiumtrillingen) destijds niet realiseerbaar was voor de tijdsduur van 1 seconde, alleen voor tijdsduren van 1000 seconde of meer.

Dat is niet helemaal waar. Je kunt ook met een signaal van 10MHz tijdsmetingen doen die nauwkeuriger zijn dan 10MHz. Dat is wat afhankelijk van het ruisniveau, maar over het algemeen is de fase een stuk nauwkeuriger te meten dan 1 bit per Hz.

[Benm]

Tegenwoordig is het vrij simpel om een prescaler te kopen die 9 GHz weet te delen tot een meer hanteerbare frequentie, maar dat was het in de jaren 60-80 zeker niet. 
 
Werken met de faserelatie is realistischer, PLL's kun je ook zo bouwen dat ze locken op een veelvoud van een frequentie, zelfs zonder dan veelvoud exact te weten.