《时频测量》课件

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1、第四章时频测量本章要点：时频关系与时频标准及频率的测量方法电子计数法测频、测周的原理与误差分析通用计数器的功能与应用及其性能改进的方法频率稳定度的概念、表征方法和时域、频域测量原理调制域测量的原理与应用4.1概述4.1.1时频关系指某事件发生的瞬间。如tl时刻开始出现，在t2时刻消失；通常要与年月日时分秒关联。“时间”“时刻”,“间隔”,即两个时刻之间的间隔，表示该事件持续了多久.如图中，Δt=t2-tl是两时刻之间的“间隔”,即矩形脉冲持续的时间长度。“周期”是指同一事件重复出现的时间，如T。“频率”是单位时间（1秒）

2、内周期性事件重复的次数，单位是赫兹Hz。图4.1时频关系示意图tU0t1t2t3t4T电子表走时是否准确取决于石英晶体作振荡器设石英晶体振荡器日频率稳定度为10-6则日误差：频率标准时间标准32768Hz（215Hz）液晶屏分频计数译码2151秒601分601小时24日图4.2电子表的组成原理振荡驱动4.1.2时频基准时间的单位是秒。随着科学技术的发展，“秒”的定义曾作过三次重大的修改：1.世界时秒（UT）由天文观测得到的，以地球自转周期为标准而测定的时间称为世界时（UT）。定义地球自转周期的1／86400作为世界时的1

3、s，零类世界时（UT0），其准确度在10-6量级。校正后的世界时称为第二类世界时（UT2）,其准确度在3×10-8量级。历书时秒作为时间单位提高到十亿分之一秒，即1×10-9量级。世界时秒是与年、月、日、时、分、秒相关联的，属年历计时。地球太阳从宏观世界转向微观世界，利用原子能级跃迁频率作为计时标准。1967年10月第13届国际计量大会正式通过了秒的定义：“秒”是Cs133原子基态的两个超精细结构能级［F=4，mF=0］和［F=3，mF=0］之间跃迁频率相应的射线束持续9192631770个周期的时间”2.原子时秒（AT

4、）F=4mF=0F=3mF=09192631770个周期=1秒跃迁频率很高很稳定为原子时秒(记作AT)。并自1972年1月1日零时起，时间单位秒由天文秒改为原子秒。这样，时间标准改为由频率标准来定义，其准确度可达±5×10-14，是所有其它物理量标准远远不及的。3.协调世界时秒（UTC）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，而世界时考虑了时刻（年月日时分秒）和时间间隔。协调世界时秒（UTC）是原子时和世界时折衷的产物，即用闰秒的方法来对天文时进行修正。这样，

5、国际上则可采用协调世界时来发送时间标准，既摆脱了天文定义，又使准确度可提高4～5个数量级。现在各国标准时号发播台所发送的就是世界协调时UTC，其准确度优于±2×10-11。我国的中国计量科学院、陕西天文台、上海天文台都建立了地方原子时，参加了国际原子时（TAI）200多台原子钟联网进行加权平均修正，作为我国时间标准由中央人民广播电台发布。4.1.3频率测量方法频率测量方法模拟法计数法频响法比较法电桥法谐振法拍频法差频法示波法李莎育图形法测周期法电容充放电式电子计数式±1×10-8～±1×10-13量级±1×10-2量级4

6、.2电子计数法测量频率4.2.1.电子计数法测频原理1.基本原理根据频率的定义，若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则该信号的频率为：（4.2）门电路复习：与门A1/0B1/0c1/0同理“或”门、与非、或非门等也有类似功能。A0011B0101C0001由图可见：因此实现了测频原理：“定时计数”实质：比较法图4.3测频的原理与门ABT1s…………TNTxC1s重点掌握2．组成框图图4.4是计数式频率计测频的框图。它主要由下列四部分组成。t0BC00ttTTxDE0tTxN0AtTx时基电路计数一输入电路分频显示晶振门

7、控主门控制电路ABCDE1)时基（T）电路两个特点：(1)标准性闸门时间准确度应比被测频率高一数量级以上，故通常晶振频率稳定度要求达10-6～10-10。（恒温糟）(2)多值性闸门时间T不一定为1秒，应让用户根据测频精度和速度的不同要求自由选择。例如：1kHz100Hz10Hz1Hz0.1Hz1ms10ms0.1s、1s、10s等。门控（双稳）电路：TT2)输入电路由放大整形电路和主门电路组成。被测输入周期信号（频率为fx，周期为Tx）经放大、整形、微分得周期Tx的窄脉冲，送主门的一个输入端。图4.5输入电路工作波形图u

8、stttt0000A输入(T0或Fx)放大整形微分3)计数显示电路这部分电路的作用，简单地说，就是计数被测周期信号重复的次数，显示被测信号的频率。它一般由计数电路、逻辑控制电路、译码器和显示器组成。4)控制电路控制电路的作用是产生各种控制信号，去控制各电路单元的工作，使整机按一定的工作程序完成自动测量的任务。在控制电