电子测量技术 教学课件 ppt 作者 夏哲雷 第4章
80页1、1,时间频率测量及 调制域分析,第4章,3,第4章时间频率测量及调制域分析,4.1 时间频率测量 4.2 电子计数器 4.3 电子计数器测量误差分析 4.4 电子计数器性能的改进 4.5 调制域测量,4.1 时间频率测量,5,4.1.1 时间和频率的基本概念,时间是国际单位制中七个基本物理量之一,它的基本单位是秒(s)。 时间有两种含义: 时刻:回答某事件或现象何时发生t1 间隔:两个时刻之间的间隔,回答某事件或现象持续多久 “时刻”“间隔”二者测量方法 是不同的。,6,时频关系,频率标准时间标准 电子表 走时是否准确取决于石英晶体振荡器 设石英晶体振荡器日频率稳定度为10-6,日误差:,时间准确度取决于频率准确度,其标准相同,7,4.1.2 时间频率基准,UT:以地球自转周期为标准测定的时间 UT0(零类世界时):直接通过天文观察求得的时间秒 1秒=地球自转周期1/84600 准确度10-6 UT1(第一类世界时):地球自转受极运动的影响,校正了这个偏差而得到世界时 UT2(第二类世界时):再把地球自转的季节性、年度性的变化校正后的世界时 准确度310-8 ET(历书时):1900回
2、归年(太阳连续两次经过春分点所经历的时间)长度的 13 1556 925. 974 7为1s。 准确度110-9,8,时间频率基准,近来引进了微观计时标准,这就是利用原子或分子内部能级跃迁所辐射或吸收的电磁波的频率为基准来计量时间。 1967年10月13届国际计量大会正式通过了秒的定义 AT(原子时):“秒是Cs133原子基态的两个超精细能极之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期所持续的时间”。 准确度10-13 10-14,9,时间频率基准,世界时和原子时之间互有联系,可以精确运算,但不能彼此取代,各有各的用处。 原子时:只能提供准确的时间间隔 世界时:考虑了时刻和时间间隔。 目前国际上已应用经过原子标准修正过的时间来发送标准,用原子时来对天文时进行修正。 UTC (协调世界时): 是一种采用国际原子时TAI的速率(即以原子秒定义为秒长),但通过闰秒方法使其时刻与世界时UT1接近的时间尺度。 协调世界时是原子时和世界时UT1的一种折衷产物。,10,频率标准,原子频率标准(原子频标) 一级 原子频标有许多种,高标准的频率标准源大多采用铯束原子频标,它的稳定性、制作重复性较好。
3、原子频标的准确度可达10-13。 高精度石英晶体振荡器 二级 石英有很高的机械稳定性和热稳定性,它的振荡频率受外界因素的影响小,因而比较稳定,频率稳定度可达到10-10。 时间标准和频率标准具有同一性。,11,石英晶体振荡器,电子计数器内部时间、频率基准采用石英晶体振荡器(简称“晶振”)为基准信号源。 基于压电效应产生稳定的频率输出。但是晶振频率易受温度影响(其频率-温度特性曲线有拐点,在拐点处最平坦),普通晶体频率准确度为10-5。 采用温度补偿或恒温措施(恒定在拐点处的温度)可得到高稳定、高准确的频率输出。,12,标准时频的传递,本地比较法: 用户把自己要核准的装置搬到拥有标准源的地方,或者由有标准源的主控室通过电缆把标准信号送到需要的地方,然后通过中间测试设备进行比对。 发送接收标准电磁波法 拥有标准源的地方通过发射设备将标准电磁波发送出去,用户用相应的接收设备将标准电磁波接收下来,便可得到标准时频信号,并与自己的装置进行比对测量。 用标准电磁波传送标准时频,是时频量值传递与其他物理量传递方法显著不同的地方,它极大地扩大了时频精确测量的范围,大大提高了远距离时频的精确测量水平。,
4、13,4.1.3 时间频率测量的特点和方法,测量精度高 频率(时间)测量所达到的分辨率和准确度是最高的10-14 测量范围广 0.01Hz以下1012 Hz以上,都可以做到高精度的测量 频率(时间)的测量具有动态性质,即时间频率总在改变着。 必须依靠信号源和钟的稳定性,期望后一周期是前一周期的准确复现 信号可以通过电磁波传播,扩大了时间频率的比对和测量范围 如GPS卫星导航系统,可实现全球范围最高准确度的时频比对和测量,14,频率测量方法,15,频率测量方法概述,由于频率是时间的倒数,时间和频率共用一个标准源,并由频率导出时间,所以在实际中往往更多的讨论频率测量。 直接利用电路的某种频率响应特性来测量频率 电桥法和谐振法 利用标准频率和被测频率进行比较来测量频率 拍频法、外差法、示波器法以及计数器测频 由于数字电路的发展和数字集成电路的普及,利用电子计数器测量时间和频率具有精度高,使用方便,迅速以及便于实现测量过程自动化等一系列突出优点,成为近代频率测量的重要手段。,4.2 电子计数器,17,4.2.1 电子计数器的功能与组成,计数器通常具有三种主要功能 累计计数对输入信号连续地计数
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