О проблемах миниатюрных источников питания уже говорилось. В настоящее время используют для питания наручных электронных часов маленькие ртутные элементы, например типа «Мэллори», с напряжением 1,35 В или серебряноокисные элементы с напряжением 1,5 и до 1,75 В. При потреблении тока в пределах от 5 до 20 мкА и емкости от 100 до 200 мА·ч их срок службы колеблется в пределах одного года и больше. Новым и безусловно перспективным решением является внедрение солнечных микробатарей с большим сроком службы. Если такую батарею подвергнуть в течение нескольких минут воздействию солнечного или даже искусственного освещения, то этого достаточно для восполнения электрической энергии, нужной для работы этих часов в течение суток.

Переход на более высокую частоту осциллятора, управляемого кристаллом кварца, сказывается на повышении точности хода часов. Хорошие наручные часы с кварцевым осциллятором работают теперь с годовой ошибкой, не превышающей 1 мин. Однако более быстрому коммерческому распространению таких часов мешает пока что сравнительно высокая стоимость интегральных схем.

На современных мировых рынках имеются теперь наручные часы с осциллятором, управляемым кристаллом кварца обоих типов, т.е. ЛЭД и ЛСД. Такие часы производят в настоящее время многие фирмы. К наиболее известным часам этого типа относятся, например, швейцарские часы «Лонжин S 776» (ЛСД), работающие с точностью ±0,3 с/сутки, выпущенные на рынок еще в 1975 г. Более дешевые типы цифровых кристаллических часов обоих видов со средней точностью в ±0,5 с/сутки производит швейцарская фирма SGT. Более же дорогие часы — это цифровые часы марки «Арнекскварц» (ЛЭД) американского производства с точностью ±0,1 с/сутки, причем эти часы указывают час, минуты, секунды, месяц и день. Весьма сложные наручные часы производит японская фирма «Сейко-Хаттори», тесно сотрудничающая с американской фирмой «Макдоннелл Дуглас Астронавтикз Компани». Ее наручные часы серийного производства — хронограф системы ЛСД, указывающий все обычные данные времени, — можно нажатием кнопки превратить в технические или спортивные часы, с помощью которых можно измерять два происходящих независимо друг от друга процесса с любым количеством промежуточных индикаций времени.

В чехословацких магазинах кристаллические наручные часы впервые появились в начале 1976 г. Первыми из них были часы «Мондейн Диджи Кварц» (ЛЭД), затем последовали часы «Цертина Диджи Кварц» (ЛСД) (рис. 38а) и «Рондо Кварц» (рис. 38б) с классическим циферблатом с указанием даты, с центральной секундной стрелкой. Все эти часы швейцарского производства работают с точностью ±1 с/сутки.

Человеческая фантазия, стимулируемая коммерческими интересами производителей и острой конкурентной борьбой на мировых рынках, вынуждает конструкторов разрабатывать все более сложные приборы многоцелевого назначения. Эти обстоятельства привели в последнее время и к производству кварцевых наручных часов, сочетающихся с другими измерительными приборами или с электронной миниатюрной вычислительной машиной, со сложными интегральными схемами, заменяющими работу нескольких тысяч транзисторов.

В 1962 г. американская фирма «Гамильтон Уотч Компани» получила патент на электрические балансовые наручные часы со встроенным микрорадиоприемником для приема радиосигнала, синхронизирующего ход часового механизма. Электрические импульсные сигналы в виде радиосигналов времени принимались и использовались для синхронизации частоты баланса наручных часов. Первоначальная конструкция, разработанная 15 лет назад, исходила еще из электроконтактной системы с балансовым осциллятором. Нынешняя техника интегральных схем в сочетании с высокочастотными кварцевыми осцилляторами воскрешает эту идею. При условии, что в международном масштабе были бы унифицированы частота передачи, вид модуляции и способ передачи информации о времени, можно было бы вновь вернуться к созданию системы синхронизации часов сигналами точного времени, передаваемого радиоволнами в целях весьма точного и надежного обеспечения измерения времени.

Если представить себе радиопередачу сигналов эталона времени на миллионы микрорадиоприемников, встроенных в наручные часы граждан земного шара, живущих в той же полосе, то мы поймем, насколько неэкономично и излишне сложно то, что в часах каждого из нас работает отдельный часовой механизм. Ведь его ход также приходится дополнительно корректировать по сигналу времени, передаваемому с центральной часовой станции, но делать это вручную. Напрашивается перспективное решение, согласно которому вместо часового механизма мы бы имели на своих «часах» лишь электронное устройство — радиоприемник с подходящим дешифратором сигналов времени, который дешифровал бы первоначальные сигналы от сильно удаленного передатчика и превращал бы их в оптические или акустические сигналы времени. Такой приемник имел бы совершенно незначительный расход энергии, поскольку энергия расходовалась бы лишь в тот момент, когда нажимается кнопка информации о времени, а во все остальное время приемник был бы выключен. Одновременно отпала бы надобность в сложной и сравнительно дорогой системе из кварцевых кристаллов и генераторов, делителей частоты и счетчиков колебаний, которые теперь являются обязательным элементом для выработки сигналов времени в каждых электронных часах с кварцем[23].

Если оценивать точность кварцевых часов с точки зрения их кратковременной стабильности, то надо сказать, что эта точность значительно выше, чем у маятниковых часов, которые, однако, при длительных измерениях обнаруживают более высокую стабильность хода[24]. У кварцевых часов неправильность хода вызывается изменениями во внутренней структуре кварца и нестабильностью электронных систем.

Главным источником нарушения стабильности частоты является старение кристалла кварца, синхронизирующего частоту осциллятора. Правда, измерения показали, что старение кристалла, сопровождающееся повышением частоты, протекает без больших колебаний и резких изменений. Несмотря на. это, старение нарушает правильную работу кварцевых часов и диктует необходимость регулярного контроля другим устройством с осциллятором, имеющим устойчивую, неизменную частотную характеристику.

Быстрое развитие микроволновой спектроскопии после второй мировой войны открыло новые возможности в области точного измерения времени посредством частот, соответствующих подходящим спектральным линиям. Эти частоты, которые можно было считать эталонами частоты, привели к идее использовать квантовый генератор в качестве эталона времени.

Это решение было историческим поворотом в истории хронометрии, поскольку оно означало замену ранее действовавшей астрономической единицы времени новой квантовой единицей времени. Эта новая единица времени была введена как период излучения точно определенных переходов между энергетическими уровнями молекул некоторых специально выбранных веществ. После интенсивных исследований этой проблемы в первые послевоенные годы удалось построить прибор, работающий на принципе управляемого поглощения микроволновой энергии в жидком аммиаке при весьма низких давлениях. Однако первые опыты с прибором, оснащенным абсорбционным элементом, не дали ожидаемых результатов, поскольку расширение абсорбционной линии, вызываемое взаимными столкновениями молекул, затрудняло определение частоты самого квантового перехода. Лишь методом узкого пучка свободно летящих молекул аммиака в СССР А.М. Прохоров и Н.Г. Басов, а в США Таунс из Колумбийского университета сумели существенно понизить вероятность взаимных столкновений молекул и практически устранить расширение спектральной линии. В этих обстоятельствах молекулы аммиака могли уже играть роль атомного генератора. Узкий пучок молекул, впущенный через сопло в вакуумное пространство, проходит через неоднородное электростатическое поле, в котором происходит разделение молекул. Молекулы в более высоком квантовом состоянии направлялись на настроенный резонатор, где они выделяют электромагнитную энергию с неизменной частотой 23 870 128 825 Гц. Эта частота затем сравнивается с частотой кварцевого осциллятора, входящего в схему атомных часов. На этом принципе был построен первый квантовый генератор — аммиачный мазер (Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation).