频率及时间测量

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1、第五章时间、频率和相位的测量目录5.1概述5.2电子计数法测量频率5.3电子计数法测量周期5.4电子计数法测量时间间隔5.5单片10MHz频率计数器5.6其它测量频率的方法15-1概述一、时间、频率的基本概念1.时间的定义与标准时间是国际单位制中七个基本物理量之一，基本单位是秒（s）“时间”在一般概念中有“时刻”“间隔”两种含义.如图中的矩形脉冲信号在t1时刻开始出现，在t2时刻消失；而t＝t2－t1，表示t1、t2这两个时刻之间的间隔，即矩形脉冲持续的时间长度。“时刻”与“间隔”二者的测量方法是不同的。图5.1－1时刻、时间间隔示意图第五章时间、频率和相位的测量21)、世界时（

2、UT）：地球自转一周所需要的时间定义一天，把它的1/86400定为1秒。误差：10－8历书时（ET）：地球公转一周所需要的时间定义一年，1900年1月1日0时起始的回归年（太阳连续两次“经过”春分点所经历的时间）长度的1/31556925.9747为1秒。误差：10－9第五章时间、频率和相位的测量时间的定义：32)、原子时（AT）：秒定义为：“秒是铯133原子（Cs133）基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9192631770个周期所持续的时间。”误差：10－143)、协调世界时(UTC):采用原子时的速率（对秒的定义）通过闰秒方法使原子时和世界时接近的时间尺度。是一种折衷

3、的产物。第五章时间、频率和相位的测量时间的定义：4第五章时间、频率和相位的测量现在各国标准时间发播台所发送的是协调世界时标UTC），其精确度优于±2×10-11s。陕西天文台是规模较大的现代化授时中心,台内的铯原子钟作为我国原子时间标准，它能够保持三万年以上正负一秒的偏差。5频率是单位时间内周期过程的重复、循环、或振动的次数，记为f。联系周期与频率的定义，不难看出f与T之间有下述关系，即：f=1/T（5.1-2）若周期T的单位是秒，由上式可知频率的单位就是1/秒，即赫兹（Hz）。第五章时间、频率和相位的测量2.频率的定义与标准63．标准时频的传递其一．本地比较法用户把自己要校准的装

4、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。使用这类方法时，环境条件可控制得很好，外界干扰可减至最小，标准的性能得以最充分利用。缺点是作用距离有限，远距离用户要将自己的装置搬来搬去，会带来许多问题和麻烦。第五章时间、频率和相位的测量93．标准时频的传递其二．发送-接收标准电磁波法指其时间频率受标准源控制的电磁波，或含有标准时频信息的电磁波。拥有标准源的地方通过发射设备将上述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。现在，从甚长波到微波的无线电的各频

5、段都有标准电磁波广播。第五章时间、频率和相位的测量10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。第五章时间、频率和相位的测量3．标准时频的传递11①具有动态性：与长度、质量、温度等常规量不同,必须依靠时钟的稳定性，期望后一个周期是下一个周期的准确复现。②测量精度高：有着各种等级的时频标准源(如前述的晶体振荡器时钟、铯原子时钟等)，采用无线电波传递标准时频方便、迅速，改变了传统的量值传递方式。频率时间测量所能达到的分辨率和准确度是最高的。第五章时间、频率和相位的测量4．频率时间测量

6、的特点12③测量范围广：现代科学技术中所涉及到的频率范围是极其宽广的，从10-8Hz到1012Hz以上,都可以做到高精度的测量。④频率信息的传输和处理方便：倍频、分频和混频等都比较容易，并且精确度很高.正因为如此，人们想到了通过巧妙的数学方法和先进的电子技术，将其他的物理量测量转换为频率(时间)的测量，以提高其测量精度。第五章时间、频率和相位的测量4．频率时间测量的特点13根据测量频率的原理，测频方法大体上可作如下分类：直读法:利用无源网络频率特性测频法包含有电桥法和谐振法。比较法:将被测频率信号与已知频率信号相比较，通过观、听比较结果，获得被测信号的频率。属比较法的有：拍频法、差

7、频法、示波法。第五章时间、频率和相位的测量14计数法有电容充放电式和电子计数式两种。后者是根据频率的定义进行测量的一种方法，它是用电子计数器显示单位时间内通过被测信号的周期个数来实现频率的测量。第五章时间、频率和相位的测量155-2电子计数法测量频率一、电子计数法测频原理若某一信号在T秒时间内重复变化了N次，则根据频率的定义，可知该信号的频率fs为（5.2-1）通常T取l秒或其它十进时间，如0.1s，0.0ls等第五章时间、频率和相位的测量16计数式频率计测频由三部分