时间与频率测量技术
时间测量的方法
时间测量的方法时间是我们生活中不可或缺的一部分，它贯穿着我们的日常生活和工作。
而准确地测量时间对于我们的生活和工作也是至关重要的。
本文将介绍几种常见的时间测量方法，包括太阳时、机械钟、原子钟和计算机时钟。
一、太阳时太阳时是人类最早使用的一种时间测量方法。
太阳时是根据太阳的位置来测量时间的。
当太阳直射地球上的某一个经线时，我们称之为中午。
通过观测太阳的位置，可以确定当地的时间。
然而，由于地球自转速度不均匀，太阳时存在时间误差，因此逐渐被其他更准确的时间测量方法所取代。
二、机械钟机械钟是一种通过机械装置来测量时间的设备。
最早的机械钟是由重力驱动的水钟，后来逐渐发展成以弹簧或摆轮为动力的机械钟。
机械钟的原理是通过稳定的振荡器来测量时间的流逝。
机械钟的精度相对较低，每天会有几秒钟的误差。
然而，在没有更准确的测量方法出现之前，机械钟是人们日常生活中广泛使用的一种时间测量工具。
三、原子钟原子钟是一种通过原子振荡来测量时间的设备。
它的工作原理是利用原子的稳定振荡频率来计算时间。
常见的原子钟使用的是铯原子或铷原子的振荡频率作为时间的基准。
原子钟的精度非常高，可以达到每天误差不到一秒。
原子钟的高精度使其成为现代科学研究和导航系统中不可或缺的时间测量工具。
四、计算机时钟计算机时钟是计算机系统中用来测量时间的设备。
计算机时钟通常是通过晶体振荡器来产生稳定的振荡信号，并通过计数器来记录时间的流逝。
计算机时钟的精度取决于晶体振荡器的稳定性和计数器的精度。
现代计算机时钟的精度可以达到每天误差不到一毫秒。
计算机时钟的准确性对于计算机系统的正常运行和数据同步非常重要。
时间测量是人类生活和工作中的重要部分。
太阳时、机械钟、原子钟和计算机时钟是几种常见的时间测量方法。
每种方法都有其特点和精度，适用于不同的应用场景。
随着科学技术的不断进步，时间测量方法也在不断发展和改进，为我们提供更准确的时间参考。
无论使用哪种方法，准确地测量时间对于我们的生活和工作都是至关重要的。
时频测量原理（内含模拟内插法技术说明）
时频测量原理（内含模拟内插法技术说明）（转载）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—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出现。
◆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——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——即调制域分析。
⽅便地表达出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。
4.9.2 时频测量原理1）瞬时频率测量原理◆瞬时频率的概念信号频率随时间的变化，可将频率量视为时间t的连续函数，⽤f(t)表⽰。
f(t)也代表了时间t时的瞬时频率。
◆平均频率实际上，由于测量上的困难，瞬时频率只是⼀种理论上的概念。
量的比较与测量知识点总结
量的比较与测量知识点总结1. 数量和度量的基本概念量的比较与测量是科学研究和日常生活中不可或缺的一部分。
无论是衡量自然现象、评估物体性质还是进行实验研究，我们都需要掌握一系列的数量和度量知识。
本文将总结一些与量的比较与测量相关的基本知识点。
2. 基本数量的单位与换算在测量中，不同量纲的物理量有不同的单位。
国际单位制（SI）是国际上通用的度量单位体系，其中包含了七个基本单位，即米（m）、千克（kg）、秒（s）、安培（A）、开尔文（K）、摩尔（mol）和坎德拉（cd）。
根据基本单位，我们可以通过换算关系来转化不同单位之间的数值。
3. 长度、面积和体积的测量长度是最基本的物理量，常用的长度单位有米、厘米、英寸等。
在实际测量过程中，我们可以使用尺子、卷尺等工具来测量物体的长度。
面积是指二维图形所占据的空间大小，其单位为平方米（m²）或平方厘米（cm²）。
体积是指三维物体所占据的空间大小，其单位为立方米（m³）或立方厘米（cm³）。
4. 时间和频率的测量时间是人们生活中无处不在的一种量度，其基本单位为秒（s）。
在日常生活中，我们可以使用时钟、手表等来测量时间。
频率是指单位时间内事件的发生次数，其单位为赫兹（Hz）。
常用的频率单位有赫兹、千赫兹（kHz）等。
5. 重量和质量的测量重量是指物体受到地球引力作用所产生的力大小，其单位为牛顿（N）。
我们可以使用天平来测量物体的重量。
质量是物体固有的属性，其单位为千克（kg）。
质量可以通过天平进行测量，通常使用国际千克原器进行校准。
6. 温度的测量温度是衡量物体热量高低的物理量，常用的单位有摄氏度（℃）和开尔文（K）。
摄氏度是以水的冰点和沸点为标定基准的温度刻度。
开尔文是热力学温标，与摄氏度之间存在线性关系。
7. 声音和光线的测量声音是一种机械波，其强度可以用分贝（dB）来表示。
分贝数越高，声音越大。
光线是一种电磁波，其波长和频率决定了光的颜色和能量。
频率的测量方法
石英晶体振荡器法的基本原理是利用石英晶体的振荡特性。石英晶体是一种物理性质稳定的材料，其振荡频率与 晶体的物理特性有关，因此可以作为高精度的时间基准。通过测量石英晶体振荡器的振荡频率，就可以得到高精 度的频率值。
测频法
总结词
测频法是一种通过测量信号的周期来计算频率的方法，具有测量精度高、稳定性 好的优点。
多学科交叉融合
国际合作与交流
加强不同学科之间的交叉融合，将频率测 量技术应用于更广泛的领域，如生物医学 、环境监测、安全检测等。
加强国际合作与交流，推动频率测量技术 的共同发展，促进测量技术和标准的国际 互认。
Байду номын сангаас
谢谢
THANKS
频率的测量方法
目录
CONTENTS
• 频率测量的基本概念 • 频率测量的方法 • 现代科技中的频率测量 • 频率测量技术的发展趋势 • 总结与展望
01 频率测量的基本概念
CHAPTER
频率的定义
频率是单位时间内周期性事件发生的 次数，通常用f表示，单位为赫兹 （Hz）。
频率是周期的倒数，即f=1/T，其中T 是周期。
自动校准和校准技术
自动校准技术
利用自动校准技术，实现测量系 统的自动校准和修正，提高测量 精度和稳定性。
校准技术
利用各种校准技术，如激光校准 、微波校准等，对测量系统进行 校准和修正，确保测量结果的准 确性和可靠性。
智能化和自动化测量技术
智能化测量技术
利用人工智能和机器学习等技术，实 现测量系统的智能化，提高测量效率 和精度。
自动化测量技术
利用自动化技术，实现测量系统的自 动化，提高测量效率和精度，减少人 为误差和操作误差。
第4章-时间与频率测量-习题-答案
电子测量技术第四章（一）填空1、电子计数器的测周原理与测频相反，即由被测信号控制主门开通，而用晶振脉冲进行计数。
2、电子计数器测频的基本原理刚好与测周相反，即由___ _晶振 _____控制主门开门，而用被测信号进行计数。
3、测量频率时，通用计数器采用的闸门时间越____大____，测量准确度越高。
4、测量周期时，通用计数器采用的闸门时间越____大____，测量准确度越高。
5、通用计数器测量周期时，被测信号周期越大，量化误差对测周精确度的影响越小。
6、通用计数器测量频率时，被测信号周期越小，量化误差对测周精确度的影响越小。
7、在用通用计数器测量低频信号的频率时，为了减小测量误差，应采用测周法。
8、电子计数器测周时，选用的时标越小，则显示的位数越多，量化误差的影响就越大。
9、电子计数器的测量误差来源主要有触发误差、闸门时间误差和标准频率误差三种。
10、电子计数器的误差来源有___量化误差___、__标准频率误差__和___触发误差___；其中量化误差是主要来源，其绝对值恒为定值。
11、用电子计数器测量频率比时，周期小的信号应加到输入通道 A 。
用电子计数器测量频率，如闸门时间不变，频率越高，则测量误差越小；测量周期时，如时标（计数脉冲周期）不变，被测信号频率越高，则测量误差越大。
7、计数器测周的基本原理刚好与测频相反，即由_被测周期控制主门开门，而用_标准频率_进行计数。
（二）选择题1、通用计数器测量周期时由石英振荡器引起的主要是( C )误差。
A.随机B.量化C.变值系统D.引用2、下列选项中通用计数器不能测量的量是（ D ）A.频率B.相位C.周期D.电压3、在通用计数器测量低频信号的频率时，采用倒数计数器是为了( D )A.测量低频周期B.克服转换误差C.测量低频失真D.减小测频时的量化误差影响4、在电子计数法测量频率时，测量误差通常有两部分组成，分别是（ A ）误差和（ C ）误差。
A、量化B、触发C、标准频率5、通用计数器在测量频率时，当闸门时间选定后，被测信号频率越低，则（ C ）误差越大。
电子测量技术频率(时间)与相位测量
电子测量原理
转变为自然基准。
需要指出的是，在电子仪器中常采用石英频率标准。
其原因在于：其一，石英晶体的机械稳定性和热稳定性很 高，它的振荡频率受外界因数的影响较小，因而比较稳定 ；其二，石英频率标准发展快，六十年来将准确度和稳定 度提高了4个数量级；其三，石英晶体振荡器结构简单， 制造、维护、使用均方便，而且准确度能满足大多数测量 的需要。因此，石英频率作为一种次级标准，已成为最常 用的频率标准。 最后还要指出，时间标准就是频率标准，这是因为频 率与时间互为倒数。
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电子测量原理
6.1.2 频率或时间标准
人们早期根据在地球上看到太阳的“运动”较为均匀 这
一现象建立了计时标准，把太阳出现于天顶的平均周期（
即平均太阳日）的86400分之一定为一秒，称零类世界时
（记作UTo），其准确度在10-6量级。考虑到地球受极运 动（即极移引起的经度变化）的影响，可加以修正，修正 后称为第一世界时（记作UT1）。此外，地球的自转不稳 定，进行季节性、年度性变化校正，引出第二世界时（记 作UT2），其稳定度在3×10-8。而公转周期却相当稳定， 于是人们以1900回归年的31556925.9747分之一作为历书时 的秒（记作ET），其标准度可达±1×10-9。
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电子测量原理
所以，频率、时间、相位三个量可归结为一个量的 测量问题。在电子技术领域内，频率是最基本的参数之一 ，它指单位时间内周期变化或振荡的次数，许多电参数的 测量方案及结果都与之密切相关。因此，频率的测量是十 分重要的，而且到目前为止频率的测量在电测量中精确度 是最高的。
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电子测量原理
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电子测量原理
输入信号显示时的位置，则显示第二个输入信号时就可距离，
第章频域测量技术
第6章 频域测量
频谱分析仪依托中频滤波器辨别各频率成份，检波器测 量信号功率，依托本振和显示横坐标旳相应关系得到信号频 率值。 实际中旳频谱仪旳构成构造要比图7.1复杂得多，为 了取得高旳敏捷度和频率辨别力，要采用屡次变频旳措施，以 便在几种中间频率上进行电压放大。
第6章 频域测量 6.1.2 频域测量旳分类
根据实际应用旳需求，频域分析和测量旳对象和目旳也各不 相同，一般有下列几种： （1）频率特征测量：
主要对网络旳频率特征进行测量，涉及幅频特征、相频特征、 带宽及回路Q值等。 （2） 选频测量：
利用选频电压表，经过调谐滤波旳措施，选出并测量信号中 某些频率分量旳大小。
第6章 频域测量
3)稳幅电路 稳幅电路旳作用是降低寄生调幅。 扫频振荡器在产生扫频信号旳过程中，都会不同程度地变化着 振荡回路旳Q值，从而使振荡幅度随调制信号旳变化而变化，即产 生了寄生调幅。克制寄生调幅旳措施诸多，最常用旳措施是从扫频 振荡器旳输出信号中取出寄生调幅分量并加以放大，再反馈到扫频 振荡器去控制振荡管旳工作点或工作电压，使扫频信号旳振幅恒定。 4)输出衰减器 输出衰减器用于变化扫频信号旳输出幅度。 在扫频仪中，衰减器一般有两组：一组为粗衰减，一般是按每 挡10dB或20dB步进衰减；另一组为细衰减，按每挡1dB或2dB步进衰 减。多数扫频仪旳输出衰减量可达100dB。
第6章 频域测量
6.2.1频率特征测试仪旳基本构成和工作原理 频率特征测试仪简称扫频仪，它是利用示波管直接显示被测二
端网络频率特征曲线旳仪器，是描绘表征网络传递函数旳仪器。频 率特征测试仪是在静态逐点测量法旳基础上发展起来旳一种迅速、 简便、实时、动态、多参数、直观旳测量仪器，它被广泛地应用于 电子、通信工程等领域，例如，家用电器(电视机、收录机等)和通 信设备(收、发信机等)旳测量、调试都离不开扫频仪。
电子测量技术基础课后习题答案中
习 题 五5.1 试述时间、频率测量在日常生活、工程技术、科学研究中有何实际意义？答：人们在日常生活、工作中离不开计时，几点钟吃饭、何时上课、几时下班、火车何时开车都涉及到计时。
工程技术、科学研究中时间、频率测量更为重要，科学实验、邮电通信，人造卫星，宇宙飞船、航天飞机的导航定位控制，都要准确的测量时间与频率测量。
5.2 标准的时频如何提供给用户使用？答：标准的时频提供给用户使用有两种方法：其一，称为本地比较法。
就是用户把自己要校准的装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。
其二，是发送—接收标准电磁波法。
这里所说的标准电磁波，是指含有标准时频信息的电磁波。
5.3 与其他物理量的测量相比，时频测量具有哪些特点？答：（1）测量的精度高； （2）测量范围广（3）频率的信息传输和处理比较容易并且精确度也很高。
5.4 简述计数式频率计测量频率的原理，说明这种测频方法测频有哪些测量误差？对一台位数有限的计数式频率计，是否可无限制地扩大闸门时间来减小±1误差，提高测量精确度？答：是根据频率的定义来测量频率的。
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f x 为：f x ＝N /T测量误差主要有：±1误差：11x N N N f T∆±±＝＝ 标准时间误差：C Cf T T f ∆∆＝－ 不可无限制地扩大闸门时间来减小±1误差，提高测量精确度。
一台位数有限的计数式频率计，闸门时间时间取得过大会使高位溢出丢掉。
5.5 用一台七位计数式频率计测量f x ＝5MHz 的信号频率，试分别计算当闸门时间为1s 、0.1s 和10ms 时，由于“±1”误差引起的相对误差。
解：闸门时间为1s 时： 6110.2105101x N N f T -∆±±±⨯⨯⨯－6＝＝＝ 闸门时间为0.1s 时： 6110.2105100.1x N N f T -∆±±±⨯⨯⨯－5＝＝＝ 闸门时间为10ms 时：63110.2105101010x N N f T -∆±±±⨯⨯⨯⨯－4－＝＝＝ 5.6 用计数式频率计测量频率，闸门时间为1s 时，计数器读数为5 400，这时的量化误差为多大？如将被测信号倍频4倍，又把闸门时间扩大到5倍，此时的量化误差为多大？解：（1）11 1.85105400x N N f T ∆±±±⨯－4＝＝＝ （2）119.2910454005x N N f T ∆±±±⨯⨯⨯－6＝＝＝ 5.7 用某计数式频率计测频率，已知晶振频率的相对误差为Δf c / f c ＝±5×10－8，门控时间T ＝1s ，求：（1）测量f x ＝10MHz 时的相对误差；（2）测量f x ＝10kHz 时的相对误差；并提出减小测量误差的方法。
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ln f ln f N TS N TS
（ln N ln TS） (ln N ln TS ) N TS N TS
N TS N TS
Байду номын сангаас
式中
f ——频率测量的相对误差；
N N
——计数的相对误差，也称量化误差； ——闸门开启时间的相对误差。
6.3.1 测量频率 • 频率：周期性信号在单位时间（1s）内变 化的次数，即
N f T
– T——单位时间； – N——周期性现象的重复次数。
电子计数器测频原理
• 被测信号经放大、整形后，形成重复频率等于被 测信号频率 fx 的计数脉冲，把它加至闸门的一个 输入端。门控电路将时基信号变换为控制闸门的 开启的门控信号。只有在闸门开通时间Ts内，被 计数的脉冲才能通过闸门，并由十进制电子计数 器对计数脉冲计数，设计数值为N，则 N Ts / Tx 。 即被测信号的频率为
例如：闸门时间Ts=1s，若计数值N=10000，则显
示的fx为“10000”Hz，或“10.000”kHz。如闸 门时间Ts=0.1s，则计数值N=1000，则显示的fx 为 “10.00”kHz。
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。
2．测频方法的误差分析
测频的相对误差为
• 有源比较测频法 ：将被测频率与一个标准 有源信号相比较的测量方法。
– 常用的有源比较测频法有拍频法、差频法和示 波器测量法。 – 示波器法有两种测频方法，李萨育图形法和测 周期法。前者当频率比较高时，示波器显示的 波形难以稳定，所以该方法适用于低频测量。 由于调节不便，已很少使用。用宽频带示波器 通过测量周期的方法获得被测信号的频率值， 虽然误差较大，但对于要求不太高的场合是比 较方便的。
电子计数器的基本组成
电子计数器的主要技术指标
• 测试性能：仪器所具备的测试功能，如测量频率、 周期等。 • 测量范围：仪器在不同功能下的有效测量范围。对 于不同的功能，其含义是不同的。如测频时，被测 信号的频率范围，一般用频率的上、下限值表示； 而在测周时，测量范围常用周期的最大、最小值表 示。 • 输入特性：电子计数器一般有2～3个输入通道， 测试不同参数时，被测信号要经不同的通道输入仪 器。输入特性表明电子计数器与被测信号源相连的 一组特性参数，需分别指出各个通道的特性。
• 闸门时间和时标：由机内时标信号源所能提供的 时间标准信号决定。根据测频和测周的范围不同， 可提供的闸门时间和时标信号有多种。 • 显示及工作方式
– 显示位数 可显示的数字位数。 – 显示时间 两次测量之间显示结果的时间，一般是可调 的。 – 显示器件 标明所用显示器的类型。 – 显示方式 有记忆和非记忆两种显示方式。记忆显示方 式只显示最终计数的结果，不显示正在计数的过程； 非记忆显示方式，能对计数过程的值逐个显示出来。
• 输出：仪器可输出的时标信号种类、输出数码的 编码方式及输出电平。
时基信号产生与变换单元
晶体振荡器产生 1 MHz的时间基 准信号，经分频、 倍频，形成从10 MHz到0.1 Hz以 10为系列递降的 一系列不同频率 的机内标准时间 信号。
时基电路示意图
6.3 电子计数器的测量原理
电子计数器测量原理图示
输入特性
– 输入耦合方式：有AC和DC两种方式，在低频 和脉冲信号计数时宜采用DC耦合方式。 – 输入灵敏度：指在仪器正常工作时输入的最小 电压，如通用电子计数器，A输入通道的灵敏 度一般为10～100mV。 – 最高输入电压：指仪器所能允许输入的最大电 压。超过最高输入电压后仪器不能正常工作， 甚至会损坏。 – 输入阻抗：包括输入电阻和输入电容。A输入 通道分为高阻(1MΩ／25pF)和低阻(50Ω)两种。
Ts Ts
（1）量化误差 量化误差的极限范围是±１个字，简称“ 1 误差。 ”
TS
1 (a)
2
3
4
5
6
7
8
N N fx Ts k f Tc
– Ts是门控时间（闸门时间），门控信号由晶振分频而 来； – Kf是分频器的分频系数； – fc为晶振的频率。
• 电子计数器的测频原理实质是： • 以比较法为基础，将被测信号的频率 fx和已知的时基信号频率fs相比，将相 比的结果以数字的形式显示出来。
f x N fS
• 计数法 ：利用电子计数器测量频率的方法。
– 实质上，这种方法仍然属于有源比较测频法， 计数法中最常用、最广泛使用的测频方法是电 子计数器测频法。 – 电子计数器测频法是利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，这是目前最好的测频方法，本章重点介 绍电子计数器测量频率和周期的方法。
6.1 频段的划分及常用测频方法
• 国际上规定30kHz以下为甚低频、超低频段， 30kHz以上每10倍频程依次划分为低、中、高、 甚高、特高、超高等频段。
– 音频:20Hz～20kHz – 视频:20Hz～10MHz – 射频:30kHz～几十GHz
• 在电子测量技术中，常以30kHz为界，其以下称 为低频测量，其以上称为高频测量；还有一种 划分方法是：以100kHz（或1MHz）为界，其 以下称为低频测量，其以上称为高频测量。一 般，正弦波信号发生器是以后一种划分的。
6.2 电子计数器的功能
作用是接受被测信号，并对它进 行放大和整形，然后送入主门(闸 门)。整形常由施密特电路完成。 A通道用于传输被计数的信号，B、 C通道传输闸门信号。
标准时间信号由石英振 荡器提供，作为电子计 数器的内部时间基准。
产生各种控制信号，用于 控制电子计数器各单元电 路的工作。控制电路由若 干门电路和触发器组成的 时序逻辑电路构成。
测量频率方法
• 无源测频法 ：利用电路的频率响应特性来 测量频率的方法。
– 无源测频法又分为谐振法和电桥法两种。 – 谐振法用LC谐振回路，调节电容使其谐振频率 与被测信号频率相同时，回路电流最大，通过 电表指示其频率值。这种方法多用于高频频段 的测量。 – 电桥法因调节不便，误差较大，已少使用。