1秒究竟有多长？记者探访中国计量院“中国最准的表”

1秒究竟有多长？记者探访中国计量院“中国最准的表”

秒杀、秒懂、秒退……这些我们常挂在嘴边的词，表示在瞬间完成某个动作，但这转瞬即逝的1秒到底有多长？记者在中国计量科学研究院（以下简称中国计量院）时间频率实验室找到了答案。

近日，在市场监管总局组织的媒体开放日活动上，新京报记者先后走进了时间频率实验室、声学实验室和电磁兼容试验室，聆听有趣的计量史学，触摸精密仪器，感受生活中无处不在的计量科学。

地下二层试验室探寻“中国最准的表”

时间频率实验室位于地下二层，相当于在地下16米的位置。在这里，记者看到了一排设备，其中有三台设备标着不同的时间，分别是本地原子时、协调世界时、中国标准时间。中国计量院时间频率计量中心工程师杨东方指着中国标准时间介绍，“这是中国自己独立保持的最准的表。”

时间频率实验室有三台设备标着不同时间，分别是本地原子时、协调世界时、中国标准时间。新京报记者 陈琳 摄

如果问1秒有多长，用“一天24小时，一小时60分钟，一分钟60秒”来算，一天可以分为86400份，每一份即为1秒。杨东方表示，这种通过观测天体运行得到的时间叫天文时。由于地球公转速度并不均匀，自转速率也不均匀，时快时慢，“所以导致我们每一天的秒都可能不一样。”

尽管秒的变化幅度不过千万分之一，但随着航天、军事等活动的开展，如此定义的秒长已经无法满足实际需求。

1967年，第十三届国际计量大会通过决议，将基本时间单位“秒”的长度定义为无干扰的铯133（133Cs）原子基态的两个超精细子能级间跃迁9192631770次所持续的时间。这一定义取代了通过天文观测定义的秒长，解决了天文时间的不均匀问题。

国际原子时（TAI）以铯原子秒长为基本时间计量单位，以1958年1月1日0时为时间原点。目前，全球80多个守时实验室的400多台商品原子钟参与国际原子时计算，仅有少数国家，包括美、俄、中、法、德、日等国铯喷泉原子钟获准驾驭国际原子时。

之所以叫“喷泉钟”，是因为铯原子钟的工作过程是激光冷却后的铯原子团向上抛起，再自由下落，同时铯原子团在微弱的热运动下膨胀，形似喷泉。2014年，中国计量院研制的铯原子喷泉钟NIM5，作为秒长国家基准成为国家时间频率量值的源头，目前，其不确定度相当于4600万年不差一秒。同年通过国际计量局评审参与驾驭国际原子时，使得中国在国际原子时合作中拥有了“话语权”和表决权。

“我们把时间做得这么准，并不仅是为了让大家日常看表计时，它最主要的用途是卫星导航系统。”中国计量院时间频率计量中心副研究员刘昆介绍，速度乘以时间等于距离，时间越准，定位的精度就越准。中国计量院2010年研制的铯原子喷泉钟有两台，其中一台作为北斗系统的地面基准钟送到了北斗定位中心。除了卫星导航，原子时也应用在智能电网上，为了确保发电机的稳定运行和电网安全，发电时需相位保持一致，因此在时间上要特别精确。

消声室可以测量到肠胃蠕动的声音

走进声学实验室（消声室），像是走进了一个大型的蹦床——地面是悬在半空中的一张地网，走上去就像在蹦床上一般可以上下摇晃。密闭的空间里，墙壁、地板和天花板均铺满吸声材料。在实验室内说话没有回声，保持不动时利用最灵敏的传感器甚至能测量到自己胃肠蠕动的声音。

中国计量院力学与声学所副研究员牛锋介绍，为了测量设备辐射出来的噪声，包括声压级和声功率级，需要一个测试场所能够屏蔽外界干扰，去除反射声音的影响。消声室就是一间没有反射的房间，其各个墙壁上均铺设有吸声性能良好的吸声材料，以消除室内声波的反射，从而创建一个近似于自由场空间的环境。

消声室主要用于声学测试和研究，为工程师和研究人员提供一个低噪声、无干扰的声学环境，以精确测量和分析声音的物理特性。

牛锋介绍，在这里可以做很多科学研究，比如现在室内中间就放置着声学照相机和音箱，声学照相机用来捕捉和定位声音，通过16个扬声器来形成任意一个角度都能发声的虚拟声源，来校准被测设备，比如智能音频设备、智能音箱、耳机等。

消声室内通过16个扬声器形成任意一个角度都能发声的虚拟声源，来校准被测设备。新京报记者 陈琳 摄

声音的强弱等级用分贝来表示。牛锋介绍，人类感知声音的下限是20微帕，以其为参考值，对应的声压级是0分贝，0分贝并不是完全没有声音，而是指声音的强度低到人耳刚刚能够感知的程度。这间消声室能够测到最低的数据是-2.4分贝。“在消声室里，耳膜可能会些不适应，因为没有反射、背景噪声也太低；但这些都是声学测量需要的环境条件，测量时人会在外面的控制室里，如果人在里面，我们可以测量到肠胃蠕动的声音。”

全消声室一般用于声学计量仪器的型式评价试验，剧场使用的线性声源阵列的指向性测量，各个厂家生产的所谓“静音”或者“超静音”设备的测试，通常标称30分贝以下的仪器设备都需要在这样的环境中测试。

而全消声的环境在通常生活中是不存在的，除非悬挂在高空中，平时接触到的环境，更类似于半消声室，比如空旷的草坪、停机场、大型车间等。因此，诸如冰箱、洗衣机等家电设备以及大型设备的噪声要求一般都是在半消声室环境下测量的。半消声室已经为北汽、清华等厂家和科研院所提供了轿车的声传递函数测试，即发动机噪声如何传递到主驾、副驾等，以及如何评价、改进。

消声室、半消声室还可以广泛用于环保部门进行噪声污染超标与否的仲裁。此外，机动车鸣笛抓拍系统，通过传声器（麦克风）阵列采集声音，过滤掉背景噪声，如刹车声、引擎声等，通过图像比对同步捕捉并锁定违禁车辆，生成声波显示图片、车辆全景、近景和车牌照片，作为处罚依据。目前，鸣笛抓拍系统已在北京、广州、海口等多个城市得到应用。

汽车上市前需要通过电磁兼容检测

随后，记者参观了电磁兼容试验室。这是一间半电波暗室，其外壳是一个由金属板封闭起来的六面体，用于屏蔽外部的电磁波干扰进入暗室内部；墙壁和房顶贴了高性能电磁波吸波材料，用于吸收电磁波消除反射。只有地面使用导电地板，不覆盖吸波材料。

中国计量院信息与电子研究所工程师王少华介绍，这个半电波暗室主要用来做电磁兼容试验，包括工业、科学、医疗设备，信息技术设备，汽车整车，汽车零部件的电磁兼容试验等。

电子电气设备工作的时候会向外辐射电磁波，同时，电子设备也容易受到电磁干扰。使用吹风机的时候，电视可能会被干扰导致出现异常画面就是电磁干扰现象。如果电子设备的电磁辐射过大，会对其他设备造成干扰，可能引发其他设备的误动作或功能失效。如果电子设备抗干扰能力不足，轻则导致数据丢失，重则引发安全事故。

电磁兼容试验室内，汽车正在接受电磁干扰测试。新京报记者 陈琳 摄

比如，汽车作为一台大型的电子设备，具备多种功能，尤其是新能源汽车，配备了多种传感器，像雷达、摄像头、麦克风等，智能化程度越来越高，集成的电子元器件越来越多。如果汽车的抗电磁干扰能力不足，车辆在行驶过程中会受到其他电磁干扰，可能导致控制功能故障或其他功能失效，存在极大的安全隐患。因此，电磁兼容成为产品设计中需要考虑的关键一环，电磁兼容也成了一个重要的评价指标。

“国家标准对汽车的电磁兼容性要求很高，汽车上市前需要通过电磁兼容检测。”王少华说，汽车向外辐射的电磁波不允许超过标准规定的限值，同时汽车需要具备抗电磁干扰的能力。因此，需要在实验室做电磁兼容试验。

此外，静电放电抗干扰试验也是电磁兼容的一项试验，模拟人体带静电向被测设备放电。“比如，我们冬天开车拉车门的时候，经常会对门把手突然产生静电放电。其实，静电的电压高达几千伏甚至上万伏，可能导致设备数据丢失或功能损坏，静电放电抗扰度试验也是汽车和其他很多电子设备都需要做的试验。”在实验室使用静电放电发生器，向被测设备或者汽车的各个部位施加静电放电，比如车门、方向盘、换挡杆、显示屏幕、按钮、车灯、雷达等部位，检测其功能是否失效。

新京报记者 陈琳

编辑 白爽 校对 陈荻雁