时间频率的高精度测量技术
《等精度频率计》课件
分析等精度频率计测量误差的主要来源，如信号源的频率稳定度、 计数器的计数误差等。
误差传递
研究误差在测量过程中的传递规律，为减小误差提供依据。
误差补偿
根据误差ห้องสมุดไป่ตู้析结果，采取相应的补偿措施，减小等精度频率计的测量 误差。
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等精度频率计的性能测 试与评估
测试环境与设备
测试环境
实验室环境，确保电源稳定、温度适 宜、湿度适中。
应用领域拓展
通信领域
等精度频率计在通信领域的应用越来越广泛，如信号发生器、频 谱分析仪等。
测量测试
等精度频率计在测量测试领域的应用也越来越广泛，如时间频率测 量、电子元件测试等。
物联网领域
等精度频率计在物联网领域的应用也越来越广泛，如智能家居、智 能农业等。
未来发展方向
更高精度
随着科技的发展，对频率计的测量精度要求越来越高，未来等精 度频率计将向更高精度方向发展。
02
它采用等精度测量技术，消除了传统频率计由于时基不稳定而
引起的测量误差。
等精度频率计具有广泛的应用，如电子测量、通信、雷达、导
03
航等领域。
等精度频率计的原理
等精度频率计基于等精度测频 原理，采用高稳定的晶体振荡 器作为时基，对输入信号进行
计数和测量。
它通过计数输入信号在一定 时间内的周期数，再根据时 基的频率计算出输入信号的
宽测量范围
等精度频率计能够测量低频信 号和高频信号，测量范围较广 。
可扩展性
等精度频率计可以与其他测量 仪器进行集成，实现更复杂的 测量功能。
02
等精度频率计的应用
测量信号频率
测量信号频率是等精度频率计的基本 应用，它可以准确测量各种信号源的 频率，包括正弦波、方波、脉冲波等 。
铯原子钟原理
铯原子钟原理
铯原子钟是一种基于铯原子的原子钟，其原理基于铯原子的超精确振荡频率。
铯原子钟的原理是通过激发铯原子的电子，使其跳跃到一个特定的能级，然后再返回到基态，这一过程的振荡频率非常稳定，可以作为时间的计量标准。
铯原子钟的工作原理主要包括以下几个方面：
首先，铯原子钟利用铯原子的超精细结构跃迁来实现时间的计量。
铯原子的超
精细结构跃迁是指铯原子的电子在不同能级之间跃迁所产生的谱线。
在铯原子钟中，通过激光等手段激发铯原子，使其电子跃迁到一个特定的能级，然后再返回到基态，这一过程产生的振荡频率非常稳定，可以作为时间的计量标准。
其次，铯原子钟利用微波共振来测量铯原子的振荡频率。
在铯原子钟中，通过
微波共振技术来测量铯原子的振荡频率。
具体来说，铯原子钟会利用外部的微波信号与铯原子的超精细结构跃迁频率进行比较，从而精确测量时间的流逝。
另外，铯原子钟还利用反馈控制系统来稳定铯原子的振荡频率。
在铯原子钟中，会采用反馈控制系统来调节微波信号的频率，使其与铯原子的超精细结构跃迁频率保持一致，从而保持铯原子钟的稳定性和精确性。
最后，铯原子钟利用计时器来记录时间的流逝。
铯原子钟会通过计时器来记录
铯原子的振荡频率，从而实现时间的精确计量。
总的来说，铯原子钟是一种基于铯原子的原子钟，其原理是通过激发铯原子的
超精细结构跃迁来实现时间的计量，利用微波共振技术来测量铯原子的振荡频率，通过反馈控制系统来稳定铯原子的振荡频率，最终通过计时器来记录时间的流逝。
铯原子钟以其高精度和稳定性，被广泛应用于科研、导航、通信等领域，成为现代精密时间测量的重要工具。
物理实验技术中的频率测量使用方法
物理实验技术中的频率测量使用方法物理实验中频率测量的使用方法在物理实验中，频率测量是一项重要的技术手段。
频率测量可以帮助我们了解物体的振动、波动以及各种物理信号的特性。
本文将介绍一些常见的频率测量使用方法，包括机械振子实验、示波器测量和频谱分析仪应用。
一、机械振子实验中的频率测量在机械振子实验中，频率测量是为了了解振子的固有频率，并用于研究与频率相关的现象。
常见的测量方法有计数器法和示波器法。
计数器法是一种简单直接的方法。
我们可以使用一个计数器来计算振子的振动周期，然后通过周期计算出频率。
这种方法适用于频率较低或周期较长的振动现象。
示波器法则是一种更为常见和精确的方法。
示波器可以将振子的振动实时显示在屏幕上，通过观察波形图的重复周期，可以直接测量出频率。
示波器法适用于频率较高或周期较短的振动现象。
二、示波器测量中的频率测量示波器是一种用于观察和测量电子信号的设备。
在物理实验中，示波器的频率测量功能被广泛应用于信号分析和调试。
示波器的频率测量主要通过时间测量来实现。
示波器可以测量信号波形的时间周期，并通过倒数转换为频率。
常见的示波器频率测量方法有峰峰值法和周期计数法。
峰峰值法是一种直接测量示波器屏幕上两个相邻波峰或波谷之间的时间间隔的方法。
通过不断测量并求平均值，可以得到相对精确的频率值。
周期计数法是一种更常用的示波器频率测量方法。
示波器可以自动识别信号波形的上升沿或下降沿，并开始计数，直到下一次上升沿或下降沿出现，然后停止计数并除以测量时间，得到频率值。
三、频谱分析仪在频率测量中的应用频谱分析仪是一种专门用于分析信号频谱的设备。
频谱分析仪可以将信号分解成不同频率分量，并显示每个频率分量的幅度和相位。
频谱分析仪的频率测量是基于信号的频谱分析原理。
通过将信号输入频谱分析仪，它可以对信号进行频域分解，然后通过测量各个频率分量的位置和幅度来得到频率信息。
频谱分析仪广泛应用于信号分析和故障诊断。
例如，在音频产业中，频谱分析仪可以用于分析音频信号的频谱，帮助制造商调试音响设备的性能。
远程时间频率校准技术
远程时间频率校准技术如何利用GNSS卫星信号进行远程时间频率校准?目前，全球导航卫星系统在国际守时合作中起到了核心作用。
各国守时实验室间的时频比对几乎全部通过卫星信号完成。
卫星信号并不是发播时间和频率的唯一手段，但它们在实际应用中有明显的优势。
一是卫星信号覆盖范围广；二是卫星发播器和地面接收机间的传播延迟值相对于地面发播站更稳定、也更容易准确的评估，这一点很重要，因为传播延迟是各种不同发播手段不确定度的主要来源。
一GPS技术及有关背景知识美国的GPS系统不仅在军用和民用定位上用途广泛，在时频计量领域也起到重要作用。
GPS全称为“授时与测距导航系统／全球定位系统”(Navigation Systern Timing and Ranging／Global Positioning System——NAVSTAR／GPS)，简称为“全球定位系统(GPS)”,是美国国防部为陆海空三军研制的卫星导航定位系统。
GPS自1973年12月美国国防部正式批准研制以来，经过三个研制阶段，耗时20年，投资300亿美元，于1993年6月基本建成，是继阿波罗登月、航天飞机之后的第三大空间工程。
第一阶段(1973～1978年)进行方案论、理论研究和总体设计。
第二阶段(1978～1988年)进行工程研制。
主要是发射GPS试验性卫星，检验GPS系统的基本性能。
此阶段共发射了11颗试验卫星（第一代GPS卫星，称为BLOCKI）。
第三阶段(1989～1993年)进行实用组网。
共发射了28颗工作卫星（第二代GPS卫星，称为BLOCKⅡ和BLOCKⅡA），构成了24颗星的GPS 星座。
第三代GPS卫星（称为BLOCKⅡR）于20世纪90年代末期开始陆续发射，预计数量为20颗，以取代第二代GPS卫星，用于改善全球定位系统。
一、伪距测量原理简述本节将具体讲述卫星信号是如何发播的。
卫星发播的所有信号，包括载波和调制，全部源自一个星载频率源——通常是一个铯钟或铷钟。
频标比对器知识概述
频标比对器知识一、概述（一）用途频标比对器是高精度时间频率参数测量仪器，大多采用频差倍增技术对两台频标进行比对，以较高的测量分辨率测出两台频标的相对平均频率差，通过软件处理得出频率准确度、频率稳定度等计量性能指标。
频标比对器广泛应用于各级计量部门频标计量工作中，还可以应用于国防军工、天文学、物理学、通讯、航空航天、仪器仪表等领域。
频标比对器在测控技术领域占有重要地位，受到国内外广泛关注。
（二）特点●测量精度高，测量闸门范围宽；●交替采样实现阿伦标准偏差的无间隙测量；●频差倍增和数据采集处理一体化，操作方便；●根据不同采样时间的频率偏差可计算开机特性、老化率、日波动、浮现性。
（三）产品国内外现状国内目前频标比对器的研制主要是石家庄数英仪器，测量频率为1MHz、5MHz、10MHz，闸门时间为10ms、100ms、1s、10s、100s；1s比对不确定度1×10-12。
国外频标比对测试设备典型代表是俄罗斯VREMYA-CH公司的VCH-308，测量频率为5MHz、10MHz、100MHz，闸门时间为10ms、100ms、1s、10s、100s、1000s，1s比对不确定度1×10-13；英国Quartzlock公司的A7测量频率为：5MHz、10MHz、100MHz，闸门时间为1ms、10ms、100ms、1s、10s、100s、1000s，1s比对不确定度5×10-14。
（三）技术发展趋势●智能化、网络化、小型化是频率比对器发展方向；●高比对不确定度是频标比对器的追求目标；●数字电路和DSP技术是频标比对器的发展趋势；●对非标准信号测量的频标比对器将会得到更多的应用。
二、基本工作原理下面以石家庄数英仪器有限公司的PO7D-2频标比对器为代表介绍其工作原理。
PO7D-2型频标比对器整机方框图如图１所示。
频标比对器主要由倍频电路、混频电路组成的频差倍增系统和以高精度间隙时频测量技术为基础的数据采集处理系统两部分组成。
测频率的原理
测频率的原理测频率的原理基于物理学中的振动理论和波动理论，以下将从频率的定义、测量频率的方法、频率计的工作原理以及常见的测频仪器进行详细解析。
频率是指在单位时间内发生的振动、波动或周期性现象的次数。
频率的单位为赫兹(Hz)，表示每秒的振动次数。
测量频率的方法有多种，常见的方法有计数法、差拍法、脉冲法和谐振法。
首先，计数法是指利用计数器或频率计对现象发生的次数进行计数，然后除以时间即可得到频率。
例如，我们可以使用计数器来记录特定事件的发生次数，然后通过除以测量时间来计算频率。
这种方法适用于频率较低的情况，但对于高频率的测量会有一定的误差。
其次，差拍法是通过比较两个不同频率信号之间的时间差来测量频率。
一般情况下，使用示波器来测量两个信号之间的相位差，通过相位差的变化来确定频率的变化。
这种方法适用于测量频率较高的情况，但需要较精确的仪器和较准确的时间基准。
第三，脉冲法是利用脉冲信号的宽度和周期来测量频率。
脉冲信号是具有很短时间宽度的信号，通过测量脉冲信号的宽度和周期来计算出频率。
这种方法适用于高频率的测量，但需要较高的时间分辨率和较高的测量精度。
最后，谐振法是通过将待测频率的信号与一个精确的参考频率进行比较，从而测量待测频率。
这种方法利用谐振现象，通过在待测频率和参考频率之间建立稳定的振荡器，然后通过调节参考频率的源来使其与待测频率相同，在共振点上检测信号强度的变化，从而确定待测频率。
这种方法适用于高精度、高频率测量。
除了以上介绍的测频方法，还有一些常见的测频仪器，如频率计、示波器和频谱分析仪。
频率计是一种专门用于测量频率的仪器，可以根据输入信号的频率显示出其准确的数值。
频率计一般通过频率对电路将输入信号转换成可以测量的电压或电流信号，然后再经过一定的放大、滤波和计数等处理，最终显示出待测频率的数值。
示波器是一种用于观察电信号波形的仪器，它可以通过垂直和水平的时间基准来显示信号的振幅、频率和相位等特性。
光学frog 介绍
光学frog 介绍
光学frog是一种用于测量超短光脉冲的一种谱学技术，在实验室和工业应用中被广泛使用。
它可以提供有关光脉冲时间结构和频谱分布的详细信息，如果将波形与理论模拟进行比较，则还可以提供关于附加非线性效应的信息。
光学frog的工作原理基于四波混频原理，通过将光脉冲与不同的延迟引入非线性介质中进行混合。
当混合的光脉冲进入探测器时，探测器能够记录混合后的光与时间的关系，通过对记录数据进行反演，就能得到光脉冲的时间与频率信息。
光学frog技术在实际应用中有很多优点。
它可以测量超短光脉冲的时间和频率信息，支持高精度的时间解析度，并且在测量过程中，不需要针对该光脉冲的预先知识。
同时，光学frog可以测量各种波长和功率的光脉冲，并且可以轻松适应不同的实验室安装方式和调整。
由于光学frog技术在测量超短光脉冲中具有高分辨率和精度，因此在实际应用中有很多的应用场景。
例如，在光纤通信和激光加工中，光学frog技术可以提高通信和加工信息传输的效率和精度。
在红外光谱学和化学分析领域，光学frog可以为材料的结构和质量提供高精度数据，同时可以用于实验室中的精密物理和化学测量，如计算和制造各种激光源和光电器件。
总之，光学frog技术可以提供高精度和高分辨率的超短光脉冲时间和频率测量。
这种技术的应用范围广泛，包括光纤通信，化学分析，红外光谱学等领域，未来也将在更多的领域中得到应用。
精密测量技术在物理实验中的应用案例
精密测量技术在物理实验中的应用案例在物理学研究领域，精密测量技术是不可或缺的工具。
它们扮演着确保实验数据准确性和可靠性的关键角色。
本文将通过几个实际案例，探讨精密测量技术在物理实验中的应用。
第一个案例是时间测量。
在实验中，精确测量时间是非常重要的，因为时间是许多物理量的基础。
例如，在研究物体运动的速度、加速度或波动的频率时，我们需要准确地测量时间。
一种常用的时间测量工具是高精度的计时器。
通过使用计时器，我们可以测量与事件相关的时间间隔，如反射光束的往返时间或简单机械系统的周期。
这些时间测量数据可以用于进一步分析和研究。
第二个案例是长度测量。
在物理实验中，测量长度是常见任务之一。
无论是测量一个导线的长度，还是确定物体的几何形状，准确的长度测量都是至关重要的。
在很多情况下，常规的尺子和卷尺是不够精确的。
因此，科学家们经常使用光学测量仪器，如干涉测量仪、激光测距仪和显微测量技术。
这些技术可以通过测量光波干涉模式或利用激光束的反射来实现亚微米级甚至纳米级的精度。
除了时间和长度测量，温度测量也是物理实验中的另一个重要方面。
特别是在材料学和热力学研究中，对温度的精确测量至关重要。
实验室中常用的温度测量仪器包括温度传感器和热电偶。
温度传感器可以通过测量物体的热辐射或与物质的热导率相关的电阻来测量温度。
热电偶则利用两种不同金属间的温差所产生的电压来测量温度。
通过使用这些精密测温设备，科学家们可以获得精确的温度数据，从而深入研究材料性质和热力学行为。
最后一个案例是测量物体的质量。
在物理实验中，准确测量物体的质量是实现实验目标的重要步骤。
传统的质量测量方法通常使用天平或弹簧秤。
然而，这些方法在高精度测量时存在一定的误差。
为了获得更准确的质量测量结果，科学家们常常使用精密天平或质量计。
这些设备具有高分辨率和高灵敏度，可以测量微小质量的变化。
例如，在核物理实验中，测量放射性物质的衰变速率需要精确测量物质的质量变化，以便确定衰变常数。
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它 是 国际 单 位 制 中七 个 基本量 之 一 。 在 计 量 学和计 量测 试 中 ，时 间
频率是带头学科 ，是先导 。当代 量子频标 的出现和电子技术 的进 步 ， 极大地提高了时间频率计量测试的稳定度和准确度， 其测量精度和测 量技术遥遥领先于其它量子的计量测试水平．因而，下面就 目前时间
此 我 们 已建 立 了频 差 倍 增 测 量 系 统 来 对 时 间 频 率 进 行 高精 度 的 测 量 。根据这种原理制作 的装 置通 常称 为频 差倍增 器 （ 也称 比较器 、比 对 器 、测频器等 ），它是频 率测量 的基 本 组成 部分 ， 目前 。频 差倍
司！
增器的倍增次数一般最高为 １ ０ ０ 至 １ ０ ５ ，它可使频率测量系统的测量 精度达到 １ ０ － １ “ 至１ ０ － １ ３ （ 闸门时间为 ｌ ｏ ｏ ｓ 时 ）量级。 所谓频差倍增法， 就是将被测频率 ｆ ． 与参考频标 ｆ ， 之间的差值
为
Ａ ｆ ｌ ｆ 二 ２ ． ３ ｘ １ ０ － １ ４
根据这一基本原理，我们利用 １ ２ ０ ５ 数字 比相仪、艳束原子频标
和微型计算机组建了时 频坷准相 ． 位比 较侧ｆ系 ； 统・ 若 将５ Ｍ Ｈ ： 的 频标
术 ，其线路结构简单，测ｔ分辨率高 ．它主要适用于长时间指标 的测 量， 尤其适用于两个相同频 标长稳指标 的昼夜 比较测量而无须人员看 守 。这一 系统的建立 ，它 能够完成 目前 高精度 时频标准 中的精确测
代 产 品大 为增 加 。
２ ．测量技术与方法
２ ． １频差倍增法
在进行时间频率的高精度测 量时，不仅要选择高精密度 的时间
频率 标 准 ．而 且还 要选 择 适 当 的测 量技 术 。如 何 选择 和运 用 合 适 的测
量方 法来 组 建其 测量 系 统 呢？ 利用 数字频 率计 或通 用计数 器对 被 测
一般的频差倍增法往往满足不了要求，因此采用相位比较的方式来进行时
间频率的精确侧量是很有必要的．
用一般的计数器测量频率和周期，闸门时间不可能无限制的延长。延 长时也很容易因外界的电磁干扰导致错误计数，并且还不是严格的无间隙 采样。然而相位 比较法可 以克服这些缺点，它的基本原理是两个相同且很 接近 的频标通过相位 比较器就能够进行相位比较 。相位 比较器就是鉴相 器。 为了满足 ０ ＾３ ６ ０ ０ 鉴相。 一般采用脉冲鉴相来实现． 常用的比相器， 它 主要是由一个脉冲鉴相器和一个记录仪组成，其原理方框图如图 ２所示。 两个输入讯号通过放大整形分别去触发 Ｒ － Ｓ 触发器，被测讯号使触发器置
— １ ６ ２一
秒 ”。
Ｈ Ｐ ５ ０ ７ １ Ａ主频标（ 用艳 Ｉ Ｉ 技术） 比它的取代产品 Ｈ Ｐ ５ ０ ６ １ Ｂ的精度
高 出一倍 ．它 的原子钟受 到 了世 界各 国时频 专家 的好评 ，其 设计 制造
技 术 体现 了 当代 技术 的结 晶 。
Ｈ Ｐ ５ ０ ７ １ Ａ的显著特点是 由于采用了艳 １ １ 技术 ， 从而改进 了原子 钟的精度 和稳定性 ，它在多种环境条件下 ，如温度 、湿度 以及磁场发 生变化时均可正常工作，能 达到 实验室条件下的指标 。并且 由于采用 了微处理器控制 ， 因而通过 微 处理器控制 的 电子组件 能稳定地控制艳 管 的微波 功率、艳温 、磁场 、电子倍增器 的 电压 和增益 ．使其工作 在
频 标 的频 率倍增 １ ０次 ，经 过混频后得 ： ｌ Ｏ ｆ ｘ 一９ ｆ ， ＝１ ０（ ｆ ， ＋Ａ ｆ ）一９ ｆ ， ，ｆ ， ＋Ｉ Ｏ Ａ ｆ 这个频率等于原有 的频率加上 １ ０倍的频 率不稳定值 ， 再经过 另
一个 １ ０ 倍频后将得到 ｆ ， 十Ｉ ０ Ｏ Ａ ｆ ， 以此类推 ，将 可得到 ｆ ， ＋ １ ０ ０ ０ ４ ｆ ，
一
。
观测到 １ ｘ １ ０ ． １ ２ １ １ ０ ｓ 的精度。因而可见 ， 运用这一方法， 大大地提高了
测 量 精 度。
用这种方法直接地观 测频标 的准确度 ， 可立 即判断频标 的频 率
偏高偏低。 在此基础上， 我 们己 建立了 一 套频标自 动 测试 系统。 它可 对
１ ＾１ ６通道被测仪器的开机特性、短期频率稳定度 、日频率波动 、日老化
量。
进 行 比 相 ， 其 侧 ｔ日 ｉ 分 辨 率 就 可 达２ ． ３ ｘ １ ０ － ＇ 气 这 种 相 位 比 较 溯 量 技
３ ．结 论
一 １ ６ ６一
综上所述 ， 通 过对 当今 时频标准 与测量技 术 的学 习和研 究 ，我 们 组 建 的时 间频 率标准 自动 测 试 系 统和 时间频 率标 准相位 比较 测 量
频率的高精度 测量所采用 的标准 和测 量技术 与方法进行一些论述 。
１ ．高精度 的艳束原子时间频率标准
我们知道 ，时间频 率的测量过程 ， 实际上是通过所选定的方法 将被测频标 与参考频标进行 比对的过程 ． 要进行时间频率的高精度测 量，首先要选用高精密度的时间频率标准 。作为世界上最精密 的商品
４ ｆ通过 多次倍频 、混频及滤波 ，将其 频 率不稳 定值△ ｆ扩大 ，再用通 用计 数器或数字频 率计进 行测量 。 并借 助 于计数器 的闸门控 制取 样时
Ｒ ， ｆ ９门控制取样时间有 ｌ Ｒ ｍ ｓ ， ｌ ｏ ｍ ｓ ， ｌ ｏ ｏ ｍ ｓ ， Ｉ ｓ ， ｌ ｏ ｓ或 ｌ ｏ ｏ ｓ 。其 测 试 原理方框 图如 图 Ｉ 所示 。
最 佳 的水 平 上 ．
以前 的艳束原子钟要受环境温度 的影响使其精度不高， 并且还 要受 拉 比和拉姆其 原子现 象 的牵 引而受损害 ，因而 出现 明显的不 精确 性 。由于这种新原子钟采 用 了艳 ｎ技术 ，减 少 了艳钟受环境和频 率牵 引敏感度 的影响， 因此，Ｈ Ｐ ５ ０ ７ １ Ａ在稳定性和精度上有了明显地提 高 。所谓艳 Ｉ Ｉ 技术 ，就是 由改进 的艳束管和 由微 处理器控制 的数字 电 路构成 。它还使 Ｈ Ｐ ５ ０ ７ １ Ａ 在多种环境条件下，无须操作人员干预 ， 只需 ３ ０分钟就可 以达 到其 精度 。 目前使用 的老 型艳钟 ，即使在 稳定 的条件 下 ，至少要预热 ２ ４小时 ，而 且还 需要操作人员不断地照看 。
— １ ６ ５一
１ １ １ ．，参考讯号使它置 ． ０ ．．因此，触发器输出高电平的持续时间与两 输入讯号的相位差成 比例 ．触发器输出讯号经积分后，得到一个与输入相 位差成 比例的直流电压 ，然后送入记录器记录。
改进后的艳管能更有效地使用其艳源， 在工作时， 可以 保留住
２ ０ ％以上的艳流失， 并且还采用 了最佳的艳束光和磁态选择器 ．由 于艳束 管 设计上的进 步 ， 自动维 护和广泛 使用数 字 电路 ，艳 １ １ 技术 提供 的可靠性要 比 Ｈ Ｐ ５ ０ ６ １ Ｂ高得 多 。 并且 ，艳 管的寿命也将 比老 一
当两个输入讯号的频率不 同时，他们之 间的相位差将随时间改变 。相
刊｜１． ！
被测
图 ２ 相位 比较法 测 试 原 理框 图
应地直流输出电压也随之改变。当两输入讯号的相位差从 ０ ＇ 变到 ３ ６ ０ 。 时， 积分器输出便从零变到最大，若相位继续增大，则输出电压迅速返回到零
而 开始下一个测量周期 。
艳束原子钟 Ｈ Ｐ ５ ０ ７ １ Ａ （ 选型 ０ ０ １ ） ，其准确度和稳定度分别为 １ Ｘ １ ０ － １ ２
和 ２ Ｘ １ ０ ＂ ＂ Ｉ ｄ ｏ 在此之前 ， Ｈ Ｐ公司宣布：“ 世界上最精密的守时装置一 Ｈ Ｐ ５ ０ ７ １ Ａ艳束原子钟从市场上可 以买到 ， 它 的守时精度在 】 ６ ０万年 内为 １
频标或信 号源进行直接测量 ，这是 目前普遍使用的方法 。然而这样 并
不能对高精度的时间频率进行精确测量， 只能观察到 １ ０ － ６ 至１ ０ － １ 量级
— １ ６ ３一
！ 、！
的频率精度。为了提． 高测量精度，解决 １ ０ ＂ ７ 量级以下频率的测量精 度 。采用频率差值倍增技术 （ 简称频差倍增技术 ）是 比较合适的 ，因
「
率 、 频率重现性和频率准确度等技术指标进行定时自动测试。并且还能
够 对采 集 的 数据 进行自 动 处 理和 打印 出 结果 来， 满 足了 当 代 较高 精 度仪 器
的测试需要 。 这种测量方法， 其线路结构较复杂 ． 观测误差与结果直观 。测量分辨
率较高。它主要适用于单台和多台频标的准确度、瞬时和短期性指标的测
根据相对频率偏差与相位时间差的关系， 可以很容易从比相记录曲线
上求出两输入频率讯号的相对频 率差 ，即
竺＝ ｘ （ ｔ ＋ ２ 上ｘ （ 丝
ｒ ： 例如设ｘ （ ｔ ＋ ｉ ） 一 ｘ （ ｉ ） 为２ ｎ ｓ ， ：为 １ 天等于 ８ ６ ４ ０ ０ ５ ， 则相对频率差
时 间频率 的高 精 度 测量 技 术
中国工程物理研究院计量测试中心 秦运柏 ６ ２ １ ９ ０ ０
本文论述了目前时间频率在时域的高精度测量中所采用的标准及测量 【 摘 要】
技术与方法
引言
时间频 率 的高精度测量 ， 促 进着科 学技术 的进步 ，而科 学技 术
的进步，又反过来把时间频率的测量精度提高到了崭新的高度 ，两者 之间相互关联 ，相互促进 ，使时间频率高精度测量的有关技术 与方法
ｆ ， 十ｌ ０ ０ ０ ０ Ａ ｆ ． ． …。
由于倍颇器 、 混频器等 电路本身的噪声与相位抖动以及杂波等 因素的影响，因而不能无限制地将误差扩大 ， 通常实际最高倍增次数
— １ ６ ４—
ｌ
系统，其测试精度分别为 １ ｘ １ ０ ． ２ 和２ ｘ １ ０ － １ 物 。能同国际国内的计量
测试 水 平接 轨 ，能 够 完 成 当代 时 间 频 率时域 中的 高精度 测量 ，满 足 了