精确的频率测量和时间测量
精确的频率测量和时间测量
，它包括量化误差(在闸门时间窗内围绕最终计数的不确定度)，触发误差(如在噪声尖峰上触发)和时基的短期不稳定度。系统误差是测量系统内的偏移，它使读数偏离信号的真实频率。这里包括时基晶体的影响，如老化，以及温度和电网电压变化等等。
下
数学家John Tukey 对此解释为对正确问题的近似答案远优于对错误问题的精确答案。确保频率和时间参数测量的高精度，需要从仪器的校准、时基的选择、降低触发误差等多多方面考虑。因此，接下来我们将一一谈这些问题。
时基的选择
上面谈到了频率和时间测量的分辨率和精度。相信很多工程师会感兴趣测量一个结果后，其误差或不确定度到底是多少。测量的不确定度是由3 个因素构成的，即
基本不确定度=k*(随机不确定度±系统不确定度±时基不确定度)
事实上，要获得准确的随机不确定度和系统不确定度是一件非常恐怖的事情。它是与众多参数相关的非常复杂的函数。如果诸位有兴趣了解这个，可以到网上查阅安捷伦53200 系列频率计数器的详细资料。好在安捷伦的工程师将这个复杂的运算公式做成了一个简单的表格。您只需输入测量的相关设置和结果，这个表格可以自动帮助你得出不确定度。
关于随机不确定度和系统不确定度，这与闸门时间和测量次数密切相关。简单地讲，延长闸门时间和增加测量次数，都可以降低者两个不确定度。但时
数字频率计测频率与测周期的基本原理
了解数字频率计测频率与测周期的基本原理；熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。 [重点与难点] 重点：数字频率计的组成框图和波形图。 难点：时基电路和逻辑控制电路。 [理论内容] 一、数字频率计测频率的基本原理 所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s)内变化的次数。若在一定时间间隔T内测得这个周期性信号的重复变化次数为N，则其频率可表示为 f=N/T (1) 二、数字频率计的主要技术指标 1、频率准确度 2、频率测量范围 在输入电压符合规定要求值时，能够正常进行测量的频率区间称为频率测量范围。频率测量范围主要由放大整形电路的频率响应决定。 3、数字显示位数
频率计的数字显示位数决定了频率计的分辨率。位数越多，分辨率越高。 4、测量时间 频率计完成一次测量所需要的时间，包括准备、计数、锁存和复位时间。 三、数字频率计的电路设计与调试 1.基本电路设计 数字频率计的基本框图如图2所示，各部分作用如下。 ①放大整形电路 放大整形电路由晶体管3DG100与74LS00等组成。其中3DGl00组成放大器将输入频率为的周期信号如正弦波、三角波等进行放大。与非门74LS00构成施密特触发器，它对放大器的输出信号进行整形，使之成为矩形脉冲。 实验五数字频率计 实验目的 1. 了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理； 2. 熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的方法。实验任务
用中小规模集成电路设计一台简易的数字频率计，频率显示为四位，显示量程为四挡, 用数码管显示。1HZ—9.999KHZ ，闸门时间为1S ； 10HZ—99.99KHZ, 闸门时间为0.1S ； 100HZ—999.9KHZ, 闸门时间为10MS ； 1KHZ—9999KHZ, 闸门时间为1MS ； 实验五数字频率计 实验原理 1. 方案设计 原理框图见图1： 原理简述 所谓频率，就是周期性信号在单位时间(1s) 内变化的次数．若
模块四 时间与频率的测量
模块四时间与频率的测量 §4-1数字式频率计 学习目标 1、了解数字式频率计的基本组成和主要技术指标 2、熟悉数字式频率计的测量原理 3、掌握数字式频率计的使用 数字式频率计是一种用电子学方法测出一定时间间隔内输入的脉冲数目，并以数字形式显示测量结果的测量仪表。数字式频率计的核心是电子计数器，其作用是在一定的时间间隔内进行累加计数，以完成各种测量。实际上，它还可以进行计数测量周期、平均周期、频率比、时间间隔、累订数、计时等其他操作。 一、数字式频率计的组成 数字式频率计一般由频率／电压（f／U）转换器和数字式电压基本表配合组成。f／U转换器的作用是将被测频率信号转换成直流电压，然后送入数字式电压基本表进行测量，其工作程序如图4-1-1所示。f／U转换器主要由6部分组成，各部分的名称及功能见表4-1。 图4-1-1 数字式频率计的工作方框图 表4-1 f／U转换器的组成及各组成部分的功能
从f／U转换器输出的、与被测频率成正比的直流电压直接送到数字式直流 电压表即可测量出被测信号的频率。 二、数字式频率计的工作原理 被测信号f x经放大整形后成为计数脉冲CP（如图4-1-2a和b所示），送到 控制门。由石英晶体振荡器产生的振荡信号经分频器分频后输出时间基准信号 T ，并打开控制门，如果控制门打开的时间正好是1s，则通过控制门送入计数器a 的CP脉冲个数，就是被测信号的频率。这就是数字式频率表的基本工作原理。 显然，频率表显示的是在T a这段时间内被测信号的平均值。 在数字式频率计中，控制门每打开一次，就完成一个测量过程，过程结束自 动回到零位，接着重复下一个测量过程。换句话说，控制门每开闭一次，显示器 就显示一次被测信号的频率，而且控制门开闭的时间间隔可以调节。于是，数字 式频率表就会以不同的速度重复闪动，显示出被测信号的频率。
精确的频率和时间测量-时基的选择
少年易学老难成，一寸光阴不可轻 - 百度文库 1 精确的频率和时间测量 - 时基的选择 上篇文章谈到了频率和时间测量的分辨率和精度。相信很多工程师会感兴趣测量一个结果后，其误差或不确定度到底是多少。测量的不确定度是由3个因素构成的，即 基本不确定度 = k* (随机不确定度 ± 系统不确定度 ± 时基不确定度) 事实上，要获得准确的随机不确定度和系统不确定度是一件非常恐怖的事情。它是与众多参数相关的非常复杂的函数。如果诸位有兴趣了解这个，可以到网上查阅安捷伦53200 系列频率计数器的详细资料，出版号是 5990-6283CHCN 。 好在安捷伦的工程师将这个复杂的运算公式做成了一个简单的表格。您只需输入测量的相关设置和结果，这个表格可以自动帮助你得出不确定度。如果有兴趣，可以与安捷伦的电话服务中心联系 400-810-0189 关于随机不确定度和系统不确定度，这与闸门时间和测量次数密切相关。简单地讲，延长闸门时间和增加测量次数，都可以降低者两个不确定度。但时基的不确定度是由计数器本身的老化和工作环境，以及其本身的相位噪声等参数决定的。频率计数器的测量精度始于时基，因为它建立了测量输入信号的参考。更好的时基有可能得到更好的测量。例如，如果时基的月老化率是0.1ppm ，仪器在校准后一个月内使用，它对10MHz 信号测量带来的不确定度则是 1Hz 。 但如果老化率是0.01ppm, 其带来的不确定度只有0.1Hz. 环境温度对石英晶体的振动频率有很大影响，可根据热行为把时基技术分为三类: 1. 标准时基。标准或“室温”时基，不使用任何类型的温度补偿或控制。其最大优点是便宜，但它也有最大的频率误差。下图中的曲线示出典型晶体的热行为。随着环境温度的改变，频率输出能变化5ppm 或更高。对于1MHz 信号为±5Hz ，因此是测量中必须考虑的重要因素。在通用侧测试仪器，如示波器、函数信号发生器、频谱仪中，采用的是这种时基。在过去低端的频率计数器，其标准配置的时基也这这种得标准时基 2. 温度补偿时基。有时，我们也称之为高稳时基。一种解决晶体热变化的方法是让振荡器电路中的其它电子元件补偿其热响应。这种方法可稳定其热行为，把时基误差降低到约0.1ppm （对1MHz 信号为±10.1Hz ）典型的事安捷伦53200A 系列频率计数器标准配置的时基就是这种，其老化率可达到0.1ppm 。 有时，这种时基也被用于输出频率精度更高的信号源，如安捷伦的33520A 系列函数和任意波性发生器，这种时基就是一个选件 3. 恒温槽控制。稳定振荡器输出的最有效方法是让晶体免受温度变化。计数器设计师把晶体放入恒温槽，保持其温度在热响应曲线的特定点。从而能得到好得多的时基稳定度，典型误差只有0.0025ppm （对于1MHz 信号为±0.0025Hz ）。
GPS测量原理与应用试卷与答案(共5套)
GPS原理与应用 第一套 一、单项选择题（每小题 1 分，共 10 分） 1.计量原子时的时钟称为原子钟，国际上是以（ C）为基准。 A、铷原子钟 B 、氢原子钟 C 、铯原子钟 D 、铂原子钟 2.我国西起东经 72°，东至东经 135°，共跨有 5 个时区，我国采用（ A ）的区时作为统一的标准时间。称作北京时间。 A、东8区 B 、西8区 C 、东6区 D 、西6区 3.卫星钟采用的是 GPS 时，它是由主控站按照美国海军天文台（ USNO） （ D ）进行调整的。在 1980 年 1 月 6 日零时对准，不随闰秒增加。 A、世界时（UT0） B 、世界时（UT1） C、世界时（UT2） D 、协调世界时（UTC） 4.在 20 世纪 50 年代我国建立的 1954 年北京坐标系是（ C）坐标系。 A、地心坐标系 B 、球面坐标系 C、参心坐标系 D 、天球坐标系 5.GPS定位是一种被动定位，必须建立高稳定的频率标准。因此每颗卫星上都必须 安装高精确度的时钟。当有 1×10— 9s 的时间误差时，将引起（ B ）㎝的距离误差。 A、20 B 、30 C 、40 D 、50 6. 1977 年我国极移协作小组确定了我国的地极原点，记作（B）。 A、JYD1958.0 B 、 JYD1968.0 C 、 JYD1978.0 D 、JYD1988.0 7. 在GPS测量中，观测值都是以接收机的（ B ）位置为准的，所以天线的相位 中心应该与其几何中心保持一致。 A、几何中心 B 、相位中心 C、点位中心 D 、高斯投影平面中心 8.在 20 世纪 50 年代我国建立的 1954 年北京坐标系，采用的是克拉索夫斯基椭球元素，其 长半径和扁率分别为（ B ）。 A、a=6378140、α =1/298.257 B 、a=6378245、α =1/298.3 C、a=6378145、α =1/298.357 D 、a=6377245、α =1/298.0 9.GPS 系统的空间部分由21 颗工作卫星及 3 颗备用卫星组成，它们均匀分布在（D） 相对与赤道的倾角为55°的近似圆形轨道上，它们距地面的 平均高度为20200Km，运行周期为11 小时58 分。 A、3 个 B 、四个 C 、五个 D 、 6 个 10.GPS卫星信号取无线电波中 L 波段的两种不同频率的电磁波作为载波，在载波 2 L 上调制有（ A）。
时间间隔测量技术综述
高精度时间间隔测量方法综述 孙 杰 潘继飞 （解放军电子工程学院，安徽合肥，230037） 摘要：时间间隔测量技术在众多领域已经获得了应用，如何提高其测量精度是一个迫切需要解决的问题。在分析电子计数法测量原理与误差的基础上，重点介绍了国内外高精度时间间隔测量方法，这些方法都是对电子计数法的原理误差进行测量，并且取得了非常好的效果。文章的最后给出了高精度时间间隔测量方法的发展方向及应用前景。 关键词：时间间隔；原理误差；内插；时间数字转换；时间幅度转换 Methods of High Precision Time-Interval Measurement SUN Jie , PAN Ji-fei （Electronic Engineering Institute of PLA, HeFei 230037, China ） Abstract: Technology of time-interval measurement has been applied in many fields. How to improve its precision is an emergent question. On the bases of analyzing electronic counter ’s principle and error, this paper puts emphasis upon introducing high precision time-interval measurements all over the world. All these methods aim at electronic counter ’s principle error, and obtain special effect. Lastly, the progress direction and application foreground of high precision time-interval measurement methods are predicted. Key Words: time interval; principle error; interpolating; time-to-digital conversion; time-to-amplitude conversion 0引言 时间有两种含义，一种是指时间坐标系中的某一刻；另一种是指时间间隔，即在时间坐标系中两个时刻之间的持续时间，因此，时间间隔测量属于时间测量的范畴。 时间间隔测量技术在通信、雷达、卫星及导航定位等领域都有着非常重要的作用，因此，如何高精度测量出时间间隔是测量领域一直关注的问题。本文详细分析了目前国内外所采用的高精度时间间隔测量方法，指出其发展趋势，为研究新的测量方法指明了方向。 1 电子计数法 1.1 测量原理与误差分析 在测量精度要求不高的前提下，电子计数法是一种非常好的时间间隔测量方法，已经在许多领域获得了实际应用，其测量原理如图1 量化时钟频率为 0f ，对应的周期001f T =，在待测脉冲上升沿计数器输出计数脉冲个数N M ,，1T ，2T 为待测脉 冲上升沿与下一个量化时钟脉冲上升沿之间的时间间隔，则待测脉冲时间间隔x T 为： ()210T T T M N T x -+?-= （1） 然而，电子计数法得到的是计数脉冲个数N M ,，因此其测量的脉冲时间间隔为： ()0' T M N T x ?-= （2） 比较表达式（1）（2）可得电子计数法的测量误差为21T T -=?，其最大值为一个量化时钟周期0T ，产生的原因是待 测脉冲上升沿与量化时钟上升沿的不一致，该误差称为电子计数法的原理误差。 除了原理误差之外，电子计数法还存在时标误差，分析表达式（2）得到： ()()00'..T M N T M N T x ?-+-?=? （3） 比较表达式（3）（2）： ()()00 ''T T M N M N T T x x ?+--?=? （4） 根据电子计数法原理，()1±=-? M N ，0'T T M N x =-，因此： 00'0'T T T T T x x ??+±=? （5） 00'T T T x ??即为时标误差，其产生的原因是量化时钟的稳定度00T T ?，可以看出待测脉冲间隔x T 越大，量化时钟的稳 定度导致的时标误差越大。 作者简介：孙杰： （1975—），男（汉族），安徽合肥人，解放军电子工程学院讲师 潘继飞：（1978—），男（汉族），安徽凤阳人，解放军电子工程学院信号与信息处理专业博士生
第6章时间与频率的测量
第6章时间与频率的测量 6.1 概述 目前，在电子测量中，时间和频率的测量精确度是最高的。在检测技术中，常常将一些非电量或其它电参量转换成频率进行测量。 1．频率和周期的基本概念 频率定义为相同的现象在单位时间内重复出现的次数。周期是指出现相同现象的最小时间间隔。周期性现象，是指经过一段相等的时间隔又出现相同状态的现象，在数学上可用一个周期函数来表示所谓周期性现象。对一个周期现象来说，周期和频率都是描述它的重要参数。周期与频率互为倒数关系，只要测出其中一个，便可取倒数而求得另一个。 2．时间与频率测量的特点 （1）时频测量具有动态性质。 （2）测量精度高。 （3）测量范围广。 （4）频率信息的传输和处理比较容易。 3．频率测量的基本方法 （1）直接法 指直接利用电路的某种频率响应特性来测量频率的方法。电桥法和谐振法是这类测量方法的典型代表。 （2）比对法 是利用标准频率与被测频率进行比较来测量频率。其测量准确度主要取决于标准频率的准确度。拍频法、外差法及计数器测频法是这类测量方法的典型代表。 6.2 电子计数器及其应用 6．2．1电子计数器面板及控键示意图 （1）功能选择 有6个键，完成计数、测量频率、测量周期、测量时间间隔、测量频率比和自校功能。 （2）时间选择 测量频率时，用于选择闸门时间；测量周期时，用于选择周期倍乘。 （3）输入通道 具有A、B和C三个通道，其中A、B通道可对输入信号进行衰减。 （4）触发选择 用于选择触发方式。置“+”时，为上升沿触发；置“-”时，为下降沿触发。 （5）触发电平 可连续调节触发电平。 （6）数码显示器 用于测量值显示，小数点自动定位。 6．2．2电子计数器的主要电路技术 电子计数器一般由输入通道、计数器、逻辑控制、显示器及驱动等电路构成。 1．输入通道 电子计数器一般设置2个或3个输入通道，记作A、B、C。A通道用于测频、自校；B通道用于测周； B、C通道合起来测时间间隔；A、B通道合起来测频率比。 2．计数器 计数器用触发器构成。在数字仪表中，最常用的是按8421编码的十进制计数器，来了十个脉冲就产生一个进位。 3．显示与驱动电路 电子计数器以数字方式显示出被测量，目前常用的有LED显示器和LCD显示器。
第五章频率测试技术习题
第五章频率测试技术 一、填空题 1: 电子计数器的测频误差包括__ __误差和__ __误差。 ±1量化、标准频率 2: 频率计除测频、测周外，扩展功能有__ _ _ 、 ____ 、____ _ 、 __ __ 等。 测频率比、测时间间隔、测相位差、自检 3: 在测量周期时的主要误差有：___ _ 、 _ 和。通用计数器采用较小的__ __可以减小±1误差的影响。 量化误差、转化误差、标准频率误差、频标 4: 在测量周期时，为减少被测信号受到干扰造成的转换误差，电子计数器应采用测量法。 多周期 5: 采用电子计数器测频时，当被计数频率一定时，可以减小±1误差对测频误差的影响；当闸门时间一定时，，则由±1误差产生的测频误差越大。 增大闸门时间、被计数频率越低 6: 在进行频率比测量时,应将的信号加在B通道，取出____ (周期倍乘为1)作为计数的闸门信号，将的信号加在A通道，作为被计数的脉冲。 频率较低、一个周期、频率较高 7: 一个信号源频率实际值和其标准值的相对偏差定义为 , 而把信号源频率变化的不确定性定义为。 频率准确度、频率稳定度 二、判断题： 1: 一个频率源的频率稳定度愈高，则频率准确度也愈高。（Х） 2: 当被测频率大于中界频率时，宜选用测周的方法；当被测频率小于中界频率时，宜选用测频的方法。（Х） 3: 当计数器进行自校时，从理论上来说不存在±1个字的量化误差。（√） 4: 在测量低信噪比信号的周期时,计数器通常采用周期倍乘,这主要是为了克服±1误差的影响。(Х) 5: 用计数器直接测周的误差主要有三项：即量化误差、触发误差以及标准频率误差。（√） 6: 使用模拟内插法和游标法不能从根本上来消除±1个字的量化误差。（√） 7: 标准频率的相对不确定度应该比±1误差引起的测频误差小一个量级。（√） 三、选择题：
电子计数法测量频率原理附误差分析报告
电子计数法测量频率原理及误差分析 摘要：频率是电信号的基本特性之一. 在各种对频率的测量方法中 , 电子计数法测频具有测量精度高 , 读数直观 , 测量迅速 , 以及便于实现测量过程自动化等优点.电子计数法测频的基本方法有两种 , 即直接测频和通过测周期得到频率. 测频原理 直接测频的原理是依照频率的定义 :若某一信号在 T 秒时间内重复变化 N 次 , 则（注意： 适用于测量较高的频率） 基于此原理的测量框图如图 . 电子计数器测频原理方框图 T N f x
误差分析： 设主门的开启时间为T , 被测信号周期为Tx , 主门开启时刻至下一个计数脉冲的前沿为Δt1 , 主门关闭时刻至下一个计数脉冲的前沿为Δt2 , 如图2 所示. 由图2 由式得到, 被测频率越高, 闸门时间越长, 则量化误差越小. 但闸门时间太长, 则降低测量速度, 且受到显示位数的限制.
式中第二项为闸门时间相对误差 f c 为石英晶体振荡器的频率. 闸门时间误差大小主要取决于晶体振荡器的频率误差. 由此得到计数法测频的最大相对误差为 结论：由以上分折, 基本计数法测频的误差除忽略由高稳定度的晶振引起的频率误差外, 主要是量化误差, 为了提高测频的精度可采取如下措施: (1) 提高晶振频率的准确度以减小闸门的时间误差. (2) 被测频率较高时采用直接测频法, 并可在计数显示不溢出的条件下扩大闸门时间或倍频被测 信号以减小量化误差. (3) 被测频率较低时采用测周期的方法测频, 并选择较高频率的时标信号或分频被测信号以减小量化误差. 但增大时标信号频率受到计数器计数速度的限制.
时间频率测量技术的发展与应用
时间频率测量技术的发展与应用 陈洪卿 (中国科学院国家授时中心) 1时间频率精密测量的目的和意义 信息化时代的到来，高精度时问频率已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关 重要的一个参量。时间的应用范围已经渗透到从基础研究领域(天文学、地球动力学、物理学等)到工程 技术领域(信息传递、电力输配、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等)，以及关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域(交通运输、金融证券、邮电通信等)的各个方面，几乎无所不及。 中国科协副主席、时间工作专家叶叔华院士认为“生活离不开时间频率，它是高新技术的基础”。“863”高科技计划倡导者陈芳允院士认为“时间频率在工业、交通、电信等方面的应用十分广泛。计时、工业控制、定位导航、现代数字化技术和计算机都离不开时频技术和时频测量”。它“在科技发展和社会进步中占有特殊重要的地位。”[1]2003年全国时间频率学术会议上，王义道教授作特邀报告“建设我国独立自主时间频率系统的思考”[2]指出：时间频率系统是维护国家安全和独立自主的命脉；现代化战争中原子钟比原子弹更重要；精密时间频率广泛应用于现代通信、导航、制导、定位、天文观察、大地测量、地质勘探、电网调配、电子对抗、交通管理、精密测量、科学研究等领域，设备需求量很大；标准频率与时间信号可以通过电磁波发射、传播、接收，直接为各种应用服务。 时间是国际单位制中的最基本的物理量之一，也是目前能够实现的测量不确定度最小的物理量。时间测量的精密度可小于10—18，准确度可达10一15。这使时间频率在计量、测量领域中起着十分突出的领先和独特作用[3]。因此，其它的物理量，如果能够通过一定的物理关系和物理常数转化为时间 频率量来进行测量，用时间测量来表征，那么，该物理量的测量 精度将会大大提高，并使计量单位趋向于统一。典型的例子，莫过于长度单位一米的定义。100 多年前，为适应世界贸易和科学技术发展需求，为统一国际长度度量单位和标准，成立国际米 制委员会，并确定和保持米尺原器，成为现代国际公制计量系统的基础。长度单位一米的测量 精度好不容易才达到10一8[4]。而今，由光速不变原理和L=CT确定长度，长度单位l米=真 空中光在1／299 792458秒时间内传播的距离，这样就可以用时间测量来表征长度测量，其精 度就提高到lO一9以上。作为原始基准的独立定义的长度单位，蜕变成由时间一光速联合定义的导出单位，长度单位就统一于时间单位了。此外，通过交流约瑟夫森量子效应，从加在约瑟 夫森结上的电压V与所产生的交流电频率之间的关系f=(2e／h)／v和国际协定常数值2e／h=483 597．9GHz／V，由测量频率求得电压；也可以求得电流、电阻以及温度等等[3]。
时间频率测量技术的发展与应用
21世纪中国电子仪器发展战略研讨会2004年9月时间频率测量技术的发展与应用 陈洪卿 (中国科学院国家授时中心) 1时间频率精密测量的目的和意义 信息化时代的到来，高精度时问频率已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关 重要的一个参量。时间的应用范围已经渗透到从基础研究领域(天文学、地球动力学、物理学等)到工程 技术领域(信息传递、电力输配、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等)，以及关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域(交通运输、金融证券、邮电通信等)的各个方面，几乎无所不及。 中国科协副主席、时间工作专家叶叔华院士认为“生活离不开时间频率，它是高新技术的基础”。“863”高科技计划倡导者陈芳允院士认为“时间频率在工业、交通、电信等方面的应用十分广泛。计时、工业控制、定位导航、现代数字化技术和计算机都离不开时频技术和时频测量”。它“在科技发展和社会进步中占有特殊重要的地位。”[1]2003年全国时间频率学术会议上，王义道教授作特邀报告“建设我国独立自主时间频率系统的思考”[2]指出：时间频率系统是维护国家安全和独立自主的命脉；现代化战争中原子钟比原子弹更重要；精密时间频率广泛应用于现代通信、导航、制导、定位、天文观察、大地测量、地质勘探、电网调配、电子对抗、交通管理、精密测量、科学研究等领域，设备需求量很大；标准频率与时间信号可以通过电磁波发射、传播、接收，直接为各种应用服务。 时间是国际单位制中的最基本的物理量之一，也是目前能够实现的测量不确定度最小的物理量。时间测量的精密度可小于10—18，准确度可达10一15。这使时间频率在计量、测量领域中起着十分突出的领先和独特作用[3]。因此，其它的物理量，如果能够通过一定的物理关系和物理常数转化为时间频率量来进行测量，用时间测量来表征，那么，该物理量的测量 精度将会大大提高，并使计量单位趋向于统一。典型的例子，莫过于长度单位一米的定义。100 多年前，为适应世界贸易和科学技术发展需求，为统一国际长度度量单位和标准，成立国际米 制委员会，并确定和保持米尺原器，成为现代国际公制计量系统的基础。长度单位一米的测量 精度好不容易才达到10一8[4]。而今，由光速不变原理和L=CT确定长度，长度单位l米=真 空中光在1／299 792458秒时间内传播的距离，这样就可以用时间测量来表征长度测量，其精 度就提高到lO一9以上。作为原始基准的独立定义的长度单位，蜕变成由时间一光速联合定义的导出单位，长度单位就统一于时间单位了。此外，通过交流约瑟夫森量子效应，从加在约瑟 夫森结上的电压V与所产生的交流电频率之间的关系f=(2e／h)／v和国际协定常数值2e／h=483 597．9GHz／V，由测量频率求得电压；也可以求得电流、电阻以及温度等等[3]。
时间频率测量技术的发
时间频率测量技术的发展与应用
21世纪中国电子仪器发展战略研讨会2004年9月时间频率测量技术的发展与应用 陈洪卿 (中国科学院国家授时中心) 1时间频率精密测量的目的和意义 信息化时代的到来，高精度时问频率已经成为一个国家科技、经济、政治、军事和社会生活中至关重要的一个参量。时间的应用范围已经渗透到从基础研究领域(天文学、地球动力学、物理学等)到工程技术领域(信息传递、电力输配、深空跟踪、空间旅行、导航定位、武器实验、地震监测、计量测试等)，以及关系到国计民生的国家诸多重要部门和领域(交通运输、金融证券、邮电通信等)的各个方面，几乎无所不及。 中国科协副主席、时间工作专家叶叔华院士认为“生活离不开时间频率，它是高新技术的基础”。“863”高科技计划倡导者陈芳允院士认为“时间频率在工业、交通、电信等方面的应用十分广泛。计时、工业控制、定位导航、现代数字化技术和计算机都离不开时频技术和时频测量”。它“在科技发展和社会进步中占有特殊重要的地位。”[1]2003年全国时间频率学术会议上，王义道教授作特邀报告“建设我国独立自主时间频率系统的思考”[2]指出：时间频率系统是维护国家安全和独立自主的命脉；现代化战争中原子钟比原子弹更重要；精密时间频率广泛应用于现代通信、导航、制导、定位、天文观察、大地测量、地质勘探、电网调配、电子对抗、交通管理、精密测量、科学研究等领域，设备需求量很大；标准频率与时间信号可以通过电磁波发射、传播、接收，直接为各种应用服务。 时间是国际单位制中的最基本的物理量之一，也是目前能够实现的测量不确定度最小的物理量。时间测量的精密度可小于10—18，准确度可达10一15。这使时间频率在计量、测量领域中起着十分突出的领先和独特作用[3]。因此，其它的物理量，如果能够通过一定的物理关系和物理常数转化为时间频率量来进行测量，用时间测量来表征，那么，该物理量的测量 精度将会大大提高，并使计量单位趋向于统一。典型的例子，莫过于长度单位一米的定义。100 多年前，为适应世界贸易和科学技术发展需求，为统一国际长度度量单位和标准，成立国际米 制委员会，并确定和保持米尺原器，成为现代国际公制计量系统的基础。长度单位一米的测量精度好不容易才达到10一8[4]。而今，由光速不变原理和L=CT确定长度，长度单位l米=真 空中光在1／299 792458秒时间内传播的距离，这样就可以用时间测量来表征长度测量，其精 度就提高到lO一9以上。作为原始基准的独立定义的长度单位，蜕变成由时间一光速联合定义的导出单位，长度单位就统一于时间单位了。此外，通过交流约瑟夫森量子效应，从加在约瑟 夫森结上的电压V与所产生的交流电频率之间的关系f=(2e／h)／v和国际协定常数值2e／h=483 597．9GHz／V，由测量频率求得电压；也可以求得电流、电阻以及温度等等[3]。
第5章频率法
5-1 某放大器的传递函数如下 1 )(+= Ts K s G 今测得其频率响应，当s rad /1=ω时，幅频A=12/2，相频4 π?-=。问放大系数K 及时间常 数T 各为多少。 解 当s rad /1=ω时 62 12 1 )1(2== += T K j G 4 )1(π - =-=∠arctgT j G 由上述两式得 s T 1=，26=K 。 5-2 设单位负反馈控制系统的开环传递函数1 10 )(+=s s G ，当下列输入信号作用在闭环系统上时，求系统的稳态输出ss c 。 （1）)30sin()( +=t t r （2）)452cos(2)( -=t t r （3）)452cos(2)30sin()( --+=t t t r 解 （1）系统的闭环传递函数为 11 10 )(+= Φs s 由输入信号的表达式可知s rad /1=ω。当s rad /1=ω时，幅值及相角分别为 91.011 110)1(2 =+= Φj 19.511 1 )1(-=-=Φ∠arctg j 系统的稳态输出为 )81.24sin(91.0)]1(30sin[)1( +=Φ∠++Φ=t j t j c ss （2）由输入信号的表达式可知s rad /2=ω。当s rad /2=ω时，幅值及相角分别为 89.011 210)2(2 2 =+= Φj 3.1011 2 )1(-=-=Φ∠arctg j 稳态输出为
)3.552cos(78.1)]2(452cos[)2(2022-=Φ∠+-Φ=t j t j c 。 （3）根据线性系统叠加原理得 )3.552cos(78.1)81.24sin(91.0 --+=t t c ss 5-3 若系统的单位阶跃响应为 t t e e t h 948.08.11)(--+-= )0(≥t 试求系统的频率特性。 解 对阶跃响应进行拉氏变换得 ) 9)(4(36 98.048.11)]([++= +++-= s s s s s s t h L 则系统的闭环传递函数为 ) 9)(4(36 )(++= Φs s s 系统频率特性 ) 9)(4(36 )(++= Φωωωj j j 5-4 试求图5-1所示网络的频率特性，并画出其对数幅频渐近线。 解 (a) 1 1 )()(12 12 12 12 ++++= Cs R R R R Cs R R R R s U s U r c 令1 22 R R R += α，C R T 1=则 1 1 )()(++=ωαωα ωωTj Tj j U j U r c 其对数幅频渐近特性如图5-2所示 _ _ + (a) (b) 图 5-1 lg 20图5-2 对数幅频渐近特性曲线
精确的频率和时间测量 - 时基的选择
精确的频率和时间测量- 时基的选择 上篇文章谈到了频率和时间测量的分辨率和精度。相信很多工程师会感兴趣测量一个结果后，其误差或不确定度到底是多少。测量的不确定度是由3个因素构成的，即 基本不确定度= k* (随机不确定度±系统不确定度±时基不确定度) 事实上，要获得准确的随机不确定度和系统不确定度是一件非常恐怖的事情。它是与众多参数相关的非常复杂的函数。如果诸位有兴趣了解这个，可以到网上查阅安捷伦53200 系列频率计数器的详细资料，出版号是5990-6283CHCN。好在安捷伦的工程师将这个复杂的运算公式做成了一个简单的表格。您只需输入测量的相关设置和结果，这个表格可以自动帮助你得出不确定度。如果有兴趣，可以与安捷伦的电话服务中心联系400-810-0189 关于随机不确定度和系统不确定度，这与闸门时间和测量次数密切相关。简单地讲，延长闸门时间和增加测量次数，都可以降低者两个不确定度。但时基的不确定度是由计数器本身的老化和工作环境，以及其本身的相位噪声等参数决定的。频率计数器的测量精度始于时基，因为它建立了测量输入信号的参考。更好的时基有可能得到更好的测量。例如，如果时基的月老化率是0.1ppm，仪器在校准后一个月内使用，它对10MHz 信号测量带来的不确定度则是1Hz。但如果老化率是0.01ppm, 其带来的不确定度只有0.1Hz. 环境温度对石英晶体的振动频率有很大影响，可根据热行为把时基技术分为三类: 1. 标准时基。标准或“室温”时基，不使用任何类型的温度补偿或控制。其最大优点是便宜，但它也有最大的频率误差。下图中的曲线示出典型晶体的热行为。随着环境温度的改变，频率输出能变化5ppm或更高。对于1MHz信号为±5Hz，因此是测量中必须考虑的重要因素。在通用侧测试仪器，如示波器、函数信号发生器、频谱仪中，采用的是这种时基。在过去低端的频率计数器，其标准配置的时基也这这种得标准时基 2. 温度补偿时基。有时，我们也称之为高稳时基。一种解决晶体热变化的方法是让振荡器电路中的其它电子元件补偿其热响应。这种方法可稳定其热行为，把时基误差降低到约0.1ppm（对1MHz信号为±10.1Hz）典型的事安捷伦53200A系列频率计数器标准配置的时基就是这种，其老化率可达到0.1ppm。有时，这种时基也被用于输出频率精度更高的信号源，如安捷伦的33520A系列函数和任意波性发生器，这种时基就是一个选件 3. 恒温槽控制。稳定振荡器输出的最有效方法是让晶体免受温度变化。计数器设计师把晶体放入恒温槽，保持其温度在热响应曲线的特定点。从而能得到好得多的时基稳定度，典型误差只有0.0025ppm（对于1 MHz 信号为±0.0025Hz）。
频率测量的两种方法及等精度测量原理及实现
频率测量的两种方法及等精度测量原理及实现 频率测量在电子设计和测量领域中经常用到，因此对频率测量方法的研究在实际工程应用中具有重要意义。常用的频率测量方法有两种：频率测量法和周期测量法。频率测量法是在时间t内对被测信号的脉冲数N进行计数，然后求出单位时间内的脉冲数，即为被测信号的频率。周期测量法是先测量出被测信号的周期T，然后根据频率f=1／T 求出被测信号的频率。但是上述两种方法都会产生±1个被测脉冲的误差，在实际应用中有一定的局限性。根据测量原理，很容易发现频率测量法适合于高频信号测量，周期测量法适合于低频信号测量，但二者都不能兼顾高低频率同样精度的测量要求。 1 等精度测量原理等精度测量的一个最大特点是测量的实际门控时间不是一个固定值，而是一个与被测信号有关的值，刚好是被测信号的整数倍。在计数允许时间内，同时对标准信号和被测信号进行计数，再通过数学公式推导得到被测信号的频率。由于门控信号是被测信号的整数倍，就消除了对被测信号产生的±l周期误差，但是会产生对标准信号±1周期的误差。等精度测量原理如图1所示。 从以上叙述的等精度的测量原理可以很容易得出如下结论：首先，被测信号频率fx的相对误差与被测信号的频率无关；其次，增大测量时间段“软件闸门”或提高“标频”f0，可以减小相对误差，提高测量精度；最后，由于一般提供标准频率f0的石英晶振稳定性很高，所以标准信号的相对误差很小，可忽略。假设标准信号的频率为100 MHz，只要实际闸门时间大于或等于1s，就可使测量的最大相对误差小于或等于10-8，即精度达到1／100 MHz。 2 等精度测频的实现等精度测量的核心思想在于如何保证在实际测量门闸内被测信号为整数个周期，这就需要在设计中让实际测量门闸信号与被测信号建立一定的关系。基于这种思想，设计中以被测信号的上升沿作为开启门闸和关闭门闸的驱动信号，只有在被测信号的上升沿才将图1中预置的“软件闸门”的状态锁存，因此在“实际闸门”Tx内被测信号的个数就能保证整数个周期，这样就避免普通测量方法中被测信号的±1的误差，
时间频率测量仪器
时间/频率测量仪器时间综合测量仪时间测量仪高精度时间测量仪 西安同步电子科技有限公司是最专业的陕西时间测量厂家。 产品概述 SYN5104型时间综合测试仪是一款便携式时间频率综合测试设备，接收GPS（全球定位系统）卫星信号，使用GPS定时信号对本机进行时间频率同步，对被测信号进行实时测量，为时间同步装置的现场检测、校验、验收提供了有效而便捷的解决方案。 产品功能 1) 在结构设计上，将时间标准源、时差测量和测试结果显示三块功能实现一体化, 从而可以在一台便携式智能仪表中方便而准确地完成测试项目； 2) 测试功能齐全：时间准确度、频率准确度、报文准确度； 3) 测试数据自动保存，测试结果可输出； 4) 采用GPS卫星定时信号控制内置振荡器提供高精度时间频率标准，测量精度100 ns； 5) 能直接测量，在前面板上直接显示被测时钟和标准时间的时差，测量方式直观方便； 6) 可便携移动，既可用于现场，又可用于检测机构； 7) 可以输出时间信号与更高级的标准时间源进行比对，以标定本测试仪的精度等级。也可用于给现场有需求的设备提供高精度的时间信号； 8) 测量数据自动保存； 产品特点 a) 精度高、高性价比； b) 功能齐全、性能可靠； c) 频率比对数值自动存储和计算； d) 高精度、高可靠性、方便性和直观性。 技术指标 输入信号 10MHz 路数
1路 波形 正弦 电平 ≥＋7dBm 物理接口 BNC 1PPS 路数 1路 电平 TLL 脉冲宽度 ≥2μs 物理接口 BNC 1PPM 路数 1路 电平 TTL 脉冲宽度 ≥2μs 物理接口 BNC RS-232C时间报文数据接口 DB9针形接头 IRIG-B122(AC)交流码接口 三芯航插
时频测量原理简述
时频测量原理简述 目录 1调制域测量 1）什么是调制域测量 2）为什么要进行调制域测量 2时频测量原理一如何实现调制域测量 1）瞬时频率测量原理 2）无间隔计数器的实现 3 ）提高测量速度与分辨力的方法 4）调制域分析的应用 5）发展动态 正文内容 1）什么是调制域测量？ 电信号的完整关系：可采用三个量以及之间的关系来描述。这三个量就是时间、频率和幅度，其中: 幅度-时间关系：示波器； 幅度-频率关系：频谱仪 频率-时间关系：调制域分析仪 下图描述了同一信号在时域（V-T ）、频域（V-F）、调制域（F-T ）的特性。
调制域分析仪：能够完成时间与频率关系测量的仪器。 调制域即由频率轴（F）和时间轴（T）共同构成的平面域。 调制域测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。 ?时域与频域分析的局限性 一个实际的信号可以从时域和频域进行描述和分析，时域分析可以了解信号波形（幅值）随时间的直观变化；频域分析则可以了解信号中所含频谱分量，但是，却不能把握各频谱分量在何时岀现。 ?调制域概念 在通信等领域中，各种复杂的调制信号越来越多地被人们使用，因而，常常需要了解信号频率随时间的变化，以便对调制信号等进行有效分析一一即调制域分析。 调制域即指由频率轴（F）和时间轴（T）共同构成的平面域。 1调制域测量 2）为什么要进行调制域测量？ 在通信等领域中，各种复杂的调制信号越来越多地被人们使用，因而，常常需要了解信号频率随时间的变化，以便对调制信号等进行有效分析一一即调制域分析。 方便地表达岀频域和时域中难以描述的信号参数和信号特性。为人们对复杂信号的测试和分析提供了方便 直观的方法，解决了一些难以用传统方法或不可能用传统方法解决的难题。 492时频测量原理 1）瞬时频率测量原理
振荡器制造商的时间和频率测量
振荡器制造商的时间和频率测量使用FCA3000和FCA3100系列定时器/计数器/分析仪应用指南
应用指南 振荡器设计和制造要求准确地测量时间和频率参数，如果没有适当的测试计量技术，这可能是一个挑战。本应用指南考察了使用泰克FCA3000/3100系列定时器/计数器/分析仪快速准确地测量设计环境和生产环境中的高 精度振荡器有关的技术和技巧。 https://www.360docs.net/doc/1116026407.html,/counters
https://www.360docs.net/doc/1116026407.html,/counters 3 振荡器制造商的时间和频率测量 图1. 使用FCA3100系列上的艾伦偏差(Adev)统计报告功能，识别短期不稳定性。 图2. OCXO 的ADEV vs t 的TimeView TM 曲线。在设计过程中全面准确地检定振荡器 在研发中，工程师必须执行多项任务，检定振荡器设计，包括检定振荡器的开机性能、检验短期稳定性(ADEV 对τ)、分析时钟P L L 的行为、采样测试漂移参数(T I E , TDEV)、检测频率毛刺。 FCA3100系列拥有12位/秒的频率分辨率和50 ps 的时 间分辨率，提供了精确测量功能，保证准确地检定振荡 器。自动测量功能如TIE (时间间隔误差)、TDEV (时间 偏差)、频率和相位，简化了在振荡器设计过程中进行的 许多必要测量的工作。 为追踪振荡器输出怎样随时间变化或在环境条件下的变化，测量统计模式可以查看测量趋势。设计人员经常发 现，艾伦偏差是检定短期不稳定性的一个主要测量指标。 使用艾伦偏差(ADEV)进行短期不稳定性测试在试图隔离抖动引起的短期不稳定性时，使用标准偏差 技术是不可能实现的，因为标准偏差考虑所有类型的偏 差的影响，把样本中的所有样点与总平均值进行对比。泰克定时器/计数器/分析仪可以隔离及基本上缩窄短期 不稳定性的范围。 艾伦偏差是通过以短的间隔采样(测量)来检定短期不稳定 性使用的统计指标，其基本概念是消除由于老化、温度或 漂移引起的长期位移的影响。它连续比较相邻样点，而不 是在整个数据样本中进行比较。ADEV 是在任意2τ周期 上任何两个背对背频率样点fk 和fk + τ之差的RMS，其 中每个样点长τ。正确计算ADEV 时会假设死区时间为零或进行背对背测 量，因此不能使用传统计数器。只有零死区时间及带有时 间标记的计数器，如FCA3100系列，才能完成这一任务。 用户只需在前面板上按一下Analyze按钮，就可以在统计读数中看到艾伦偏差，如图1所示。也可以使用调制域分析软件。
时间信号频率测量仪器
时间信号/频率测量仪器 时间信号频率测量仪，是一种用十进制数字显示被测量周期信号频率的测量仪器。频率是周期信号在单位时间（1s）内变化的次数。如果能在一定的时间内对信号的波形变化进行计数，并将计数结果显示出来，就能读取被测信号的频率。数字频率计必须先获得相对稳定和准确的时间，同时将被测信号转换成幅度于波形均能被电路是别的脉冲信号，然后通过计数器计算这段时间间隔内的脉冲个数，将其换算后显示出来。 SYN5104型时间/频率测量仪器是一款便携式时间频率综合测试设备。内装OCXO恒温晶体振荡器，接收GPS（全球定位系统）以及北斗二代卫星定时信号，驯服恒温晶振，使其输出频率同步于卫星铯原子钟信号上，产生极其准确的时间信号及频率信号。以此为参照，实时精确测量多种输入时间频率信号的精度，为时间同步装置及时统设备的现场检测、校验、验收提供了有效而便捷的解决方案。 产品功能 1)在结构设计上，将时间标准源、时差测量和测试结果显示三块功能实现一体化, 从而可 以在一台便携式智能仪表中方便而准确地完成测试项目； 2)测试功能齐全：时间准确度、频率准确度、报文准确度,周波测量，温湿度测量，时间 记录； 3)采用GPS/北斗二代卫星定时信号控制内置振荡器提供高精度时间频率标准，测量精度 100 ns； 4)能直接测量，在前面板上直接显示被测时钟和标准时间的时差，测量方式直观方便； 5)可便携移动，既可用于现场，又可用于检测机构； 6)可以输出时间信号与更高级的标准时间源进行比对，以标定本测试仪的精度等级。也可 用于给现场有需求的设备提供高精度的时间信号； 7)测量结果数据自动导出到计算机中； 8)具有7AH电池供电。 产品特点 a)精度高、高性价比； b)功能齐全、性能可靠； c)频率比对数值自动存储和计算； d)高精度、高可靠性、方便性和直观性。