最新电子测量技术基础PPT课件4时间与频率的测量教学讲义ppt课件.ppt

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1、电子测量技术基础PPT课件4时间与频率的测量4.1概述1）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◆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

2、方面都存在时频测量。◆测量准确度高◆自动化程度高◆测量速度快4.1概述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量。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10－7量级。◆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）

3、：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。1）天文时标第二类世界时（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）。准确度达1×10－9。于1960年第11届国际计量大会接受为“秒”的标准。基于天文观测的宏观标准用于测试计量中的不足：设备庞大、操作麻烦；观测时

4、间长；准确度有限。2）原子时标◆原子时标（AT）的量子电子学基础原子（分子）在能级跃迁中将吸收(低能级到高能级)或辐射（高能级到低能级）电磁波，其频率是恒定的。hfn-m=En-Emh=6.6252×10-27为普朗克常数，En、Em为受激态的两个能级，fn-m为吸收或辐射的电磁波频率。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，

5、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

6、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：石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。4.2.2石英晶体振荡器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。◆晶体振荡器的主要指标有:输出频率:1MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz。日波动:

7、2×10-10；日老化:1×10-10；秒稳:5×10-12。输出波形:正弦波；输出幅度:0.5Vrms(负载50Ω)。◆几种不同类型的晶体振荡器指标晶振类型输出频率(MHz)日稳定度准确度普通1，1010-5~10-610-5温度补偿1，5，1010-6~10-710-6单恒温槽1，2.5，5，1010-7~10-910-6~10-8双恒温槽2.5，5，1010-9~10-11优于10-84.2.2石英晶体振荡器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

8、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，可分为谐振法和电桥法两种。（1）谐振法：被测信号经互感M与LC串联谐振回路进行松耦合。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)%。可测量1500MHz以下的频率，准确度±(0.25～1)%。(2）电桥法：利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来