《时间与频率的测量》PPT课件

《《时间与频率的测量》PPT课件》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章时间与频率的测量4.1概述4.2时间与频率的原始基准4.3频率和时间的测量原理4.4电子计数器的组成原理和测量功能4.5电子计数器的测量误差4.6高分辨时间和频率测量技术4.1概述2)时频测量的特点◆最常见和最重要的测量时间是7个基本国际单位之一，时间、频率是极为重要的物理量，在通信、航空航天、武器装备、科学试验、医疗、工业自动化等民用和军事方面都存在时频测量。◆测量准确度高时间频率基准具有最高准确度（可达10-14），校准（比对）方便，因而数字化时频测量可达到很高的准确度。因此，许多物理量的测量都转换为时频测

2、量。◆自动化程度高◆测量速度快4.1概述3）测量方法概述频率的测量方法可以分为：差频法拍频法示波法电桥法谐振法比较法直读法李沙育图形法测周期法模拟法频率测量方法数字法电容充放电法电子计数器法4.1概述4.2时间与频率标准4.2.1时间与频率的原始标准1）天文时标2）原子时标4.2.2石英晶体振荡器1）组成2）指标4.2.1时间与频率的原始标准1）天文时标◆原始标准应具有恒定不变性。◆频率和时间互为倒数，其标准具有一致性。◆宏观标准和微观标准宏观标准：基于天文观测；微观标准：基于量子电子学，更稳定更准确。◆世界时（UT

3、,UniversalTime）:以地球自转周期(1天)确定的时间，即1/(24×60×60)=1/86400为1秒。其误差约为10－7量级。1）天文时标◆为世界时确定时间观测的参考点，得到平太阳时：由于地球自转周期存在不均匀性，以假想的平太阳作为基本参考点。零类世界时（UT0）：以平太阳的子夜0时为参考。第一类世界时（UT1）：对地球自转的极移效应（自转轴微小位移）作修正得到。第二类世界时（UT2）：对地球自转的季节性变化（影响自转速率）作修正得到。准确度为3×10－8。历书时（ET）：以地球绕太阳公转为标准，即公转

4、周期（1年）的31556925.9747分之一为1秒。参考点为1900年1月1日0时（国际天文学会定义）。准确度1×10－9。于1960年第11届国际计量大会接受为“秒”的标准。2）原子时标2）原子时标原子时标的定义1967年10月，第13届国际计量大会正式通过了秒的新定义：秒是Cs133原子基态的两个超精细结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续9,192,631,770个周期的时间1972年起实行，为全世界所接受。秒的定义由天文实物标准过渡到原子自然标准，准确度提高了4-5个量级，达5×10-14(相当于62万年±1

5、秒)，并仍在提高。2）原子时标原子钟原子时标的实物仪器，可用于时间、频率标准的发布和比对。铯原子钟准确度：10-13~10-14。大铯钟，专用实验室高稳定度频率基准；小铯钟，频率工作基准。铷原子钟准确度：10-11，体积小、重量轻，便于携带，可作为工作基准。氢原子钟短期稳定度高：10-14~10-15，但准确度较低（10-12）。4.2.2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

6、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。（自学部分）4.3时间和频率的测量原理4.3.1模拟测量原理1）直接法2）比较法4.3.2数字测量原理1）门控计数法测量原理2）通用计数器的基本组成4.3.1模拟测量原理1）直接法直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其又可细分为谐振法和电桥法两种。（1）谐振法：调节可变电容器C使回路发生谐振，此时回路电流达到最大(高频电压表指示)，则可测量1500MHz以下的频率，准确度±(0.25～1

7、)%。(2）电桥法：利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进行频率测量,通常采用文氏电桥来进行测量。调节R1、R2使电桥达到平衡，则有1）直接法令平衡条件表达式两端实虚部分别相等，得到：和于是，被测信号频率为：通常取R1=R2=R,C1=C2=C，则测量准确度影响因素：受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确程度（取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）和被测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为±(0.5～1)%。1）直接法2）比较法◆基本原理利用标准频率fs和被测量频率fx进行比较来测量频率：拍频法、外差

8、法、示波法以及计数法等。数学模型为：◆拍频法：将标准频率与被测频率叠加，由指示器（耳机或电压表）指示。适于音频测量。◆外差法：将标准频率与被测频率混频，取出差频并测量。可测量范围达几十MHz（外差式频率计）。◆示波法：李沙育图形法：将fx和fs分别接到示波器Y轴和X轴（X-Y图示方式），当fx＝fs时显示为斜线（椭圆或圆）；测周期法：直接根据显