TRÌNH BÀY CẤU TẠO CÁC LOẠI ĐỒNG HỒ ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG HIỆN NAY TRÊN VỆ TINH VÀ TRÊN BỘ THU GPS

Giới thiệu sơ lược về các loại đồng hồ đang sử dụng hiện nay. Tìm hiểu một số khái niệm. Cấu tạo của đồng hồ trên vệ tinh & đồng hồ trên bộ thu GPS. Cấu tạo đồng hồ nguyên tư ̉(trên vệ tinh) Cấu tạo đồng hồ thạch anh (trên bộ thu) Nguyên tắc hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh & đồng hồ trên bộ thu GPS. Kết luận.

Trang 1

GPS

Trang 2

Chủ đề

TRÌNH BÀY CẤU TẠO CÁC LOẠI ĐỒNG HỒ ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG HIỆN NAY TRÊN VỆ TINH

VÀ TRÊN BỘ THU GPS

Trang 3

• Nguyễn Thị Thêm

• Nguyễn Thị Ngọc Hân

• Lê Thị Hoà Hiệp

• Trần Minh Tài

• Trần Thị Hồng Mi

• Nguyễn Thị Ngọc Liên

Trang 4

Mục lục

I Giới thiệu sơ lược về các loại đồng hồ đang sử

dụng hiện nay.

II Tìm hiểu một số khái niệm.

III Cấu tạo của đồng hồ trên vệ tinh & đồng hồ trên

bộ thu GPS

1) Cấu tạo đồng hồ nguyên tư ̉(trên vệ tinh)

2) Cấu tạo đồng hồ thạch anh (trên bộ thu)

IV Nguyên tắc hoạt động của đồng hồ trên vệ tinh &

đồng hồ trên bộ thu GPS.

V Kết luận.

Trang 5

I Giới thiệu về các loại

đồng hồ đang sử dụng trên vệ tinh & bộ thu GPS hiện

nay.

I Giới thiệu về các loại

đồng hồ đang sử dụng trên vệ tinh & bộ thu GPS hiện

nay.

Trang 6

-Thời gian đóng vai trò rất quan trọng trong định vị GPS => yêu cầu đầu tiên đặt ra là tất cả phải đồng bộ và chính xác

-Thời xưa,con người đã từng sử dụng đồng hồ để đo thời gian, nhưng không đo chính xác được thời gian

-Ngày nay,chúng ta có những đồng hồ tinh vi đo được chính xác thời gian thậm chí đến 1/100s

Trang 7

- Ngày nay,chúng ta có 3 loại đồng hồ:

+ Đồng hồ cơ: loại đồng hồ lên dây

+ Đồng hồ điện: chạy bằng pin

+ Đồng hồ điện tử: dựa trên xung động điện của tinh thể thạch anh

=>Tất cả những đồng hồ này chỉ thời gian khá

chính xác Nhưng nếu chạy liên tục trong một

khoảng thời gian dài thì nó có thể chạy nhanh hơn hoặc chậm hơn.

Trang 8

-Gần đây,các nhà khoa học đã phát triền một loại đồng hồ gọi là "đồng hồ nguyên tử".Với phát triển này,một kỷ nguyên mới được mở ra trong lĩnh

vực đo lường thời gian

-Những loại đồng hồ nguyên tử gần như hoàn

toàn chính xác.Một số hoàn toàn chính xác đến

mức chúng chỉ hơn hoặc kém 1 giây trong khoảng thời gian 30000 năm

Trang 9

- Hiện nay, các loại đồng hồ được sử dụng là:

 Trên vệ tinh: đồng hồ nguyên tử

 Trên bộ thu GPS: đồng hồ thạch anh

Trang 10

II TÌM HIỂU MỘT SỐ KHÁI

NIỆM

Trang 11

1) Vệ tinh:chỉ một vệ tinh nhân tạo, nó là một

vật thể do con người chế tạo và bay quanh Trái Đất (hay một thiên thể khác)

2) Máy thu GPS là một thiết bị máy tính nhỏ

gọn, có màn hình gắn liền, anten nhận tín

hiệu GPS, thiết bị có thông tin một chiều

Nhờ anten GPS nhận tín hiệu từ vệ tinh Hệ điều hành của máy sẽ thể hiện vị trí trên bản đồ được gài sẵn trong thiết bị

Trang 12

3) Đồng hồ nguyên tử là một thiết bị đo thời

gian cực kỳ chính xác, hoạt động nhờ sự

dao động đều tự nhiên của nguyên tử hoặc phân tử.

4) Đồng hồ thạch anh là một loại đồng hồ điện

tử, sử dụng thiết bị thay đổi cường độ dòng điện bằng thạch anh Đồng hồ thạch anh có rất nhiều ưu điểm: tiện lợi, không cần lên

giây, đa tính năng, kiều dáng thời trang

Trang 13

III CẤU TẠO CỦA ĐỒNG

Trang 14

1) Đồng hồ vệ tinh nguyên tử:

a) Lịch sử phát triển và ứng dụng:

-1949: đồng hồ nguyên tử đầu tiên hoạt

động theo chuyển động của phân tử Amoniac

được chế tạo bởi Viện tiêu chuẩn và kỉ thuật Quốc gia Hoa Kì (NIST, trước kia NBS)

-1955: Louis Essen chế tạo thành công

đồng hồ nguyên tử hoạt động theo chuyển

động nguyên tử 133Cs tại phòng thí nghiệm Vật

lí Quốc gia Anh (NPL)

Trang 15

b) Cấu tạo

-Các loại đồng hồ nguyên tử hiện thời

cũng đã có độ chính xác rất cao: Chúng

có thể vận hành trong khoảng 15 triệu năm mà chỉ chậm lại không quá 1 giây

a)

-Chúng đo thời gian dựa trên số chu kỳ

bức xạ của nguyên tử xezi Một giây tương đương với 9.192.631.770 chu kỳ).

Trang 16

c)Cách thức hoạt động:

+Nó được tính bằng cách xác định khoảng cách thời gian chu kỳ tần số của nguyên tử xezi.Đồng hồ nguyên tử sử dụng tần số được tạo ra bởi

nguyên tử hoặc phân tử Thời gian được xác định bằng cách đếm số lần rung động.Đa số các đồng hồ nguyên tử sử dụng tần số sóng cực ngắn ở

phạm vi khoảng 1400 đến 40000 MHz

⇒Đồng hồ nguyên tử được dùng làm tiêu chuẩn đo thời gian.Chúng cũng được sử dụng

trong hệ thống hàng hải phức tạp và truyền thông không gian

Trang 17

d) Các loại đang được sử dụng hiện nay.

- NIST-7 là đồng hồ nguyên tử được sử dụng

bởi Hoa Kỳ từ năm 1993 đến năm 1999

Trang 18

-Viện Tiêu chuẩn và Kỹ thuật Quốc gia Hoa Kỳ

(NIST) công bố loại đồng hồ nguyên tử

NIST-F1(1999) mới đây nhất là đồng hồ nguyên tử thế hệ mới

Trang 19

e)cấu tạo và nguyên lí hoạt động của NIST-F1

Trang 20

Hình 1: các nguyên tử caesium vào buồng chân không của đồng hồ Sáu tia laser làm chậm sự chuyển động của các nguyên tử, làm mát chúng đến gần đến 0 độ và tập trung chúng vào một đám mây hình cầu tại giao điểm của các chùm tia laser.

Trang 22

Hình 2: bóng bị ném lên bởi hai tia laser qua một khoang chứa vi sóng Tất cả các laser sau đó

được tắt đi

Trang 23

Hình 3: trọng lực kéo quả bóng nguyên tử cesium trở lại thông qua khoang vi sóng Các vi sóng một phần làm thay đổi trạng thái nguyên tử của các

nguyên tử cesium

Trang 24

Hình 4: Nguyên tử cesium đã bị thay đổi trong khoang vi sóng phát ra ánh sáng khi va chạm với một chùm tia laser Huỳnh quang này được đo bằng một máy dò (bên phải) Toàn bộ quá trình được lặp đi lặp lại cho đến khi sự phát huỳnh quang tối đa của các nguyên tử cesium được xác định các chấm sáng này xác định tần số cộng hưởng tự nhiên của cesium, được sử dụng để xác

định giây

Trang 26

2/Cấu tạo của đồng hồ thạch anh(ở bộ thu

GPS)

a) Lịch sử hình thành và phát triển.

- Năm 1927, đồng hồ thạch anh đầu tiên được

xây dựng bởi Warren Marrison và JW Horton tại

Bell Telephone Laboratories

- Năm 1932, một chiếc đồng hồ thạch anh đã

có thể đo lường sự thay đổi nhỏ trong tỷ lệ quay của Trái đất trong thời gian ngắn như một vài tuần

- Năm 1969, Seiko sản xuất đầu tiên trên thế giới đồng hồ đeo tay thạch anh thương mại

Trang 27

Đầu tiên thạch anh phong trào đồng hồ đeo tay Caliber 35A, Nr 00234, Seiko, Japan, 1969 ( German Clock Museum , Inv 2010-006) 00.234, Seiko, Nhật Bản,năm 1969

Trang 28

b) Cấu tạo:

-Đồng hồ thạch anh được cấu tạo bởi các linh kiện điện tử nên tránh để ngấm nước (trừ đồng hồ điện tử chống ngấm nước), đặc biệt là loại đồng hồ thạch anh báo số

Trang 30

b/Cách thức hoạt động:

+Khi tinh thể thạch anh bị biến dạng do chịu áp

lực,ở 2 đầu của nó sẽ sản sinh ra điện áp đây là hiêu ứng áp điện lợi dụng hiệu ứng áp điện có

tiếng tinh thể thạch anh có thể chuyển hóa các tín hiệu rung của máy móc thành tín hiệu điện giao biến

Trang 31

+Tần suất rung càng cao sai sót về đơn vị thời gian càng nhỏ đồng hồ chạy càng

chính xác

+Độ chính xác của đồng hồ thạch anh lớn hơn nhiều so với đồng hồ cơ giới sai số mỗi ngày có thể không vượt quá 1/10000s

Trang 32

IV NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA HAI MÁY

TRÊN VỆ TINH

Trang 33

+Vào một thời điểm nào đó, giả sử vào lúc 0 giờ, một vệ tinh bắt đầu truyền một chuỗi tín hiệu dài, được gọi là mã ngẫu nhiên giả.

+Máy thu cũng bắt đầu tạo ra chuỗi mã giống hệt vào cùng thời điểm Khi tín hiệu từ vệ tinh truỳên đến máy thu, chuỗi tín hiệu đó sẽ bị trễ một chút

so với chuỗi do máy thu tạo ra

Trang 34

+Chiều dài khoảng thời gian trễ này chính là thời gian truyền của tín hiệu từ vệ tinh Máy thu nhận thời gian này với tốc độ ánh sáng để xác định

quãng đường truyền tín hiệu

+Giả sử rằng tín hiệu truyền trên đường thẳng, đây chính là khoảng cách từ vệ tinh đến máy thu

Trang 35

+Đồng hồ trên vệ tinh và trong máy thu phải đồng bộ với nhau

+Một sai số 1 mili giây sẽ dẫn đến sai số là 300 ngàn mét =>độ chính xác tối thiểu cho các máy thu là cỡ nano giây (10-9 ) +Để có độ chính xác như vậy, phải trang bị đồng hồ nguyên tử cho

không chỉ các vệ tinh mà còn máy thu

Trang 36

+Để có thể đưa các ứng dụng GPS đến với chúng

ta, các kỷ sư đã có một giải pháp thông minh và hiệu quả Mỗi quả vệ tinh mang theo một cái đồng hồ nguyên tử, nhưng mỗi máy thu thì chỉ trang bị đồng hồ quartz thông thường

+Các đồng hồ quartz này được điều chỉnh liên tục dựa vào tín hiệu được truyền đi từ các vệ tinh

Trang 37

+Trên lý thuyết thì 4 mặt cầu phải giao nhau tại 1 điểm Nhưng do sai số đồng hồ quartz rẻ tiền, 4 mặt cầu đã không cho 1 giao điểm duy nhất

+Biết rằng sai số này gây ra bởi đồng hồ trên máy thu là như nhau Δt, máy thu có thể dễ dàng loại t, máy thu có thể dễ dàng loại trừ sai số này bằng cách tính toán ra lượng hiệu chỉnh cần thiết để 4 mặt cầu giao nhau tại một

điểm

Trang 38

Dựa vào đó, máy thu tự động điều chỉnh đồng hồ cho đồng bộ với đồng hồ nguyên tử trên vệ tinh Nhờ đó mà đồng hồ trên máy thu có độ chính xác gần như tương đương với đồng hồ nguyên tử.

Trang 39

V KẾT LUẬN

- Chúng ta có thể sử dụng 2 loại máy : đồng

nguyên tử và đồng hồ thạch anh để có thể hạn chế sai số quá lớn giúp cho việc định vị GPS chính

xác hơn

Định dạng
Số trang	39
Dung lượng	1,72 MB