第5章 时间频率测量.ppt

时间、频率的基本概念
1）时间和频率的定义
2）时频测量的特点
3）测量方法概述
时间与频率的原始基准
1）天文时标
2）原子时标
石英晶体振荡器时间和频率的定义
◆时间有两个含义：
“时刻”：即某个事件何时发生；
“时间间隔”：即某个时间相对于某一时刻持续了多久。
◆频率的定义：周期信号在单位时间（1s）内的变化次数（周期数）。如果在一定时间间隔T内周期信号重复变化了N次，则频率可表达为：
f＝N/T
◆时间与频率的关系：可以互相转换。2)时频测量的特点3）测量方法概述各种测量方法有着不同的实现原理，其复杂程度不同。
各种测量方法有着不同的测量准确度和适用的频率范围。
数字化电子计数器法是时间、频率测量的主要方法，是本章的重点。
◆原始基准应具有恒定不变性。
◆频率和时间互为倒数，其基准具有一致性。
◆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。
1）天文时标
◆世界时（UT,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
10－6量级。1）天文时标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原子的两个基态超精细结构能级之间跃迁所对应的9,192,631,770个周期的持续时间”。
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10-15。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）。石英晶体振荡器◆晶体振荡器的主要指标有:
输出频率:1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz。
日波动:2×10-10 ；日老化:1×10-10；秒稳:5×10-12。
输出波形:正弦波。
◆几种不同类型的晶体振荡器指标5.2电子计数器的测频方法㈠模拟测量原理(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,通常采用如下图所示的文氏电桥来进行测量。
调节R1、R2使电桥达到平衡，则有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：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)%。2）比较法㈡数字测量原理㈡数字测量原理2）通用计数器的基本组成2）通用计数器的基本组成㈠电子计数器概述
1）电子计数器的分类
2）主要技术指标
3）电子计数器的发展
㈡电子计数器的组成
1）A、B输入通道
2）主门电路
3）计数与显示电路
4）时基产生电路
5）控制电路一、电子计数器概述1）电子计数器的分类2）主要技术指标3）电子计数器的发展㈡电子计数器的组成
1）A、B输入通道
2）主门电路
3）计数与显示电路
4）时基产生电路
5）控制电路
根据测量的原理与实现的功能，电子计数器的组成应当包
含以下几个功能部件：
（1）实现量化的比较电路；
（2）被转换量的输入电路；
（3）量化的标准单位（T0或F0）的产生电路；
（4）转换结果N的计数与显示电路电子计数器的工作流程
1）A、B输入通道通道组合可完成不同的测量功能：
被计数的信号（常从A通道输入）称为计数端；控制闸门开启的信
号通道（常从B、C通道输入）称为控制端。
从计数端输入的信号有：被测信号(fx);内部时标信号等;
从控制端输入的信号有：闸门信号；被测信号(Tx)等；2）主门电路3）计数与显示电路3）计数与显示电路4）时基产生电路◆要求：
标准性：“门控信号”和“时标”作为计数器频率和时间
测量的本地工作基准，应当具有高稳定度和高准确度。
多值性：为了适应计数器较宽的测量范围，要求“闸门
时间”和“时标”可多档选择。
常用“闸门时间”有：1ms、10ms、100ms、1s、10s。
常用的“时标”有：10ns、100ns、1us、10us、100us、1ms。
二、电子计数器测频和测周的基本原理原理框图和工作波形图请注意：显示结果的有效数字末位的意义，它表示了频率测量的分辨力（应等于时基频率f）。
测量速度与分辨力：闸门时间T为频率测量的计数时间，
T愈大，则测量时间愈长，但计数值N愈大，分辨力愈
高。㈡电子计数器的测周基