1 引言
基准源系统由于恒温恒湿、高稳定度、电磁屏蔽的环境要求，需要工作在特定的原子钟房内，原子钟组置放其中，以确保其稳定性；系统对各原子钟进行测量、比对、建模，利用综合原子时算法，控制实时时间频率信号；系统时间频率通过共视手段溯源至中国计量院时间；系统通过时码产生和频率区分，输出多路高精度的时间和频率信号，同时以NTP、PTP授时协议向用时设备提供授时服务。
2、系统组成及原理
按技术原理以及完成的功能划分，基准源系统分为：原子钟组分系统、原子时分系统、时频信号产生分系统、溯源计量分系统、综合监控分系统和环境保障分系统这六个分系统组成。
原子钟组分系统可由多台原子钟组成，此方案选择3台氢原子钟和1台铯原子钟，三台氢原子钟由于稳定性高，可通过互比方式确定时间参数，可将稳定性最高的氢原子钟作为主钟，其余两钟作为副钟，铯原子钟准确度高，无漂移，可建设1台确保参数准确度，原子钟组输出正弦信号和脉冲信号给原子时分系统。
原子时分系统对原子钟的原始信号进行测量比对，比对结果送综合原子时算法进行分析计算，与实时时间之间的偏差对实时时间进行时间微调和频率驾驭，输出频率信号和时间信号驾驭信息。
时频信号产生分系统根据频率信号产生本地时间，分配放大输出本地时间和频率信号。
溯源计量分系统测量本地时间信号与远程国家时频基准时间之间的偏差，并将测量信息传递给原子时分系统，用于对本地时间进行比对修正。
综合监控分系统采集各设备的信息，对运行参数、环境状态等进行监测，对各运行设备进行控制。
环境保障分系统主要包括原子钟房、精密温湿度控制单元、电源保障单元和环境数据采集与监控单元，为系统的稳定运行提供稳定的环境保障。
3、环境建设方案
环境保障分系统为基准源系统中相当重要的部分，也是环境建设的关键，其包含原子钟房、设备及监控机房和环境保障机房及相关配套设施。原子钟房由恒温恒湿屏蔽室、空调系统、隔振基座、UPS电源、照明设备、监控和消防安全设备组成，楼内占用9m×9m。屏蔽室主要为原子钟提供一个精密恒温恒湿、电磁屏蔽和隔振减振的环境。屏蔽室内安排四个原子钟隔振基座，氢原子钟和铯原子钟放置于隔振基座上。空调机房安装精密空调机组室内部分。
图1 系统布局平面图 图2 原子钟房系统组成
Ø 屏蔽室建设方案
屏蔽室平面尺寸为4.0m×4.5m。屏蔽室内设置4个原子钟尺寸为0.9m*0.9m的隔振基座，尺寸可以满足本系统所用氢原子钟和铯原子钟的安装需要。氢原子钟等需要距离屏蔽材料0.5m以上，本项目中隔振基座与屏蔽室墙壁之间距离分别设定为0.5m和0.8m。屏蔽室选用宽度为0.95米的屏蔽门，隔振基座之间也留有宽度0.9m以上的通道，可以满足原子钟的搬运通道要求。屏蔽室设置一个0.6m×0.6m的观察窗，用于对屏蔽室内的观察。
图3 屏蔽室建设方案图
屏蔽室内供电采用电源滤波器进行滤波，2组220V 16A电源滤波器作为主备份滤波器，向原子钟提供交流电源，另备有一组380V 16A电源滤波器作为备用。
原子钟输出信号采用信号接口板向钟房外传输，监控用网线经过波导管进行屏蔽。
屏蔽室内布置两个摄像头进行视频监控，屏蔽室天花板中心布置一个盐雾探测器。
屏蔽室总高度为3.6m，其中吊顶及空调管道高度1m，地板高度0.3m，屏蔽室内部净高度为2.3m。
Ø 温湿度控制建设方案
原子钟房的温湿度控制的设计，分为两个部分，一个部分是屏蔽室的高精密温度湿度控制，一个部分是对设备设备机房的温度控制。原子钟屏蔽室的温度控制在23℃，温度波动范围按不超过±0.25℃设计；湿度控制在50%，波动范围不超过5%；设备机房，空调温度控制在23℃，温度波动范围为±3℃。
本项目控制精度要求高、对于防水安全等级要求高、保证全天候24小时连续正常运行及高安全性要求等特点，本方案选用风冷直膨式组合式空调机组模式，空调系统采用顶送底回形式；机组内机设置在钟房内空调室，外机设置在室外，通过管道铺设与空调内机相接；空调机组室内机设置槽钢基础并设置减震装置，外机基础采用混凝土基座。
空调送回风管道均采用镀锌钢板矩形风管（并做相应的保温处理），送风管道通过屏蔽室上方并穿过吊顶，经屏蔽室配套送风波导窗后送入，金属壁板吊顶上设置送风散流器；空调回风管道使空调回风口与屏蔽房回风波导窗连接后接入室内高架地板下方回风百叶。
Ø 电磁屏蔽建设方案
屏蔽室由若干块标准模块及屏蔽门，电源通风系统并配有地板和其它设施，经过安装形成一个全封闭的六面体的屏蔽室。
每块模块四周采用导电衬垫，模块与模块之间，用螺栓连接，以降低板与板接缝处的接触电阻，从而保证了电气的连续性。屏蔽门框四周镶有弹簧片，门上安有活动手柄和电磁密封刀，在与门框啮合时，设有锁紧装置。
镀锌屏蔽板特点：
(1) 双面热镀锌钢板，2mm厚度，镀锌层不小于20um(>=275g/m2)；
(2) 良好兼容性，可适应独立小型屏蔽室，也可支撑于独立结构进行大型设施建设；
(3) 在正常的环境条件下，全金属部件的性能不会因为时间而减退；
(4) 板快自支撑最大可到4米；
组装式屏蔽壳体结构特点：
(1) 由优质钢板经剪裁，形成单元模块，方便安装和栓接。对环境影响小、不产生热量、烟尘，施工噪音小；
(2) 标准单元板体直接敷设在龙门框架提供的安装平面上，两相邻单元平板拼接栓接，可保证钢板平面的平整性；
(3) 屏蔽壳体坐落在地面上，保证结构的稳定性和承重性；
(4) 拼装结构的屏蔽室，方便屏蔽室的拆卸和搬迁。
Ø 抗振减振建设方案
原子钟减振基座的隔振器与阻尼器拟选用JB型弹簧阻尼减振器（隔振器与阻尼器功能二合一）进行设计。JB型弹簧阻尼减振器在减振器中属于应用广泛的产品，具有安装方便等优点，减振器上下端各有螺丝及螺丝孔，弹簧上端有高度调节螺母，可根据安装需要自由调整高度，减振器两端有侧向橡胶阻尼，加大了垂向的阻尼系数，提高了纵向和横向的刚度，确保设备能更安全的运行。
Ø 供配电建设方案
本系统供配电采用市电、UPS两种供电并联使用方式，分别接入380V供精密空调，220V电源供设备机房和UPS系统。在原子钟房配置3个配电箱及一套UPS电源。UPS输出供电负责向原子钟房内原子钟、时频机柜、计算机设备及照明供电，保证钟房内的主要设备正常供电。两路电源的主干进线电缆采用耐火绝缘、阻燃多芯铜电力电缆。在市电停电时，关闭计算机、显示屏等设备，UPS可向时频系统其他设备持续供电24小时。
原子钟、时频设备以及计算机等供电均采用两路UPS并联使用，进入屏蔽室在对四台原子钟以及钟房时频设备进行供电，确保在断电的情况下能够仍然有精确、稳定的频率标准信号输出。
两路UPS在并联使用时均同时负载，在其中一路UPS出现故障时可以切断输出，由另一台UPS单独带载，切换过程中不会出现电源中断，而负载的变化对于UPS的输出电压的影响也较小，不会影响原子钟组的正常运行。
所有电缆电线均沿地板下、墙板后、吊顶板内的金属线槽或线管敷设至各用电设备。
Ø 照明方案
屏蔽机房灯具采用嵌入式LED灯。设计照度400Lx，满足屏蔽机房设计要求。
照明分正常照明、应急照明。各路照明设多路空气开关，既保证工作时提供充足照明，平时可以节约用电，又减少光对眼的损坏；应急工作照明采用UPS供电方式，其照度为200Lx满足机房设计要求。
机房屏蔽门口处安装安全出口指示灯，照度大于5Lx。
灯具与装修吊顶共面，所有线路在吊顶内敷设，竖向在墙面暗敷，并用镀锌钢管保护。
Ø 消防安全方案
在原子钟房屏蔽室设置一个智能光电感烟火灾探测器（吸顶安装）和一个光电感温火灾探测器（吸顶安装）并接入原有消防系统。同时在屏蔽门门口、空调室门口、控制室门口均设置安全出口指示灯。
Ø 监控方案
在原子钟房屏蔽室内设置一个云台半球型彩色摄像机，经相关设备线路在监控室内电脑上显示相关监控画面。系统采用网络架构便于设备的维护、使用和管理。
经相关设备线路在控制室内电脑上显示相关系统监控参数，屏蔽室温湿度从空调机组上读取相关通讯信号，原子钟设备信息经光纤传入电脑；在电脑上设置一套上位机软件保障系统对相关数据的读取及相关编程处理；并将关键参数、状态在控制室的监控显示大屏上显示。
除钟房之外，组成基准源系统的所有时频设备，安装在两套机柜上。两套机柜均为19英寸标准插箱式，机柜上可安装除原子钟、监控计算机、UPS和大屏显示之外的所有单机设备。
4、结论
为保障基准源系统正常运行，实现精准授时，环境的稳定性要求较高，系统各组成部分的布置都需要详细设计，特别是环境保障分系统的各要素都需深入考虑，构建的环境才能满足系统运行的要求。