【正文】 耳機或電壓表）指示。 3122 1 4RRCR C R?? 1 x 22 x 11 0RCRC? ???1 2 1 212 2xxf R R C C?? ???12xf RC??第 19頁 2 比較法 ◆ 基本原理 利用 標準頻率 fs和被測量頻率 fx進行比較 來測量頻率。 調(diào)節(jié) R R2使電橋達到平衡，則有 R3R4R1R2C1C2fx1 2 1 212 2xxf R R C C?? ???x1x2j jC C? ?1 4 3211（ R+ ） R ＝ （ ） R1 ＋RI f 第 18頁 令平衡條件表達式兩端實虛部分別相等，得到： 和 于是，被測信號頻率為： 通常取 R1=R2=R, C1=C2=C，則 測量準確度 ： 受橋路中各元件的精確度、判斷電橋平衡的準確程度（取決于橋路諧振特性的尖銳度即指示器的靈敏度）和被測信號的頻譜純度的限制，準確度不高，一般約為 177。 (～ 1)%。 ◆幾種不同類型的晶體振蕩器指標 晶振類型 輸出頻率 (MHz) 日穩(wěn)定度 準確度 普通 1， 10 105~106 105 溫度補償 1， 5， 10 106~107 106 單恒溫槽 1， ， 5， 10 107~109 106~108 雙恒溫槽 ， 5， 10 109~1011 優(yōu)于 108 第 16頁 模擬測量原理 1 直接法 直接法是利用電路的某種頻率響應(yīng)特性來測量頻率值，其又可細分為 諧振法和電橋法 兩種。 日波動 :2 1010 ；日老化 :1 1010；秒穩(wěn) :5 1012。 ? 下圖為恒溫晶振的組成。但是晶振頻率 易受溫度影響 （其頻率 溫度特性曲線有拐點，在拐點處最平坦），普通晶體頻率準確度為 105。 第 13頁 石英晶體振蕩器 ? 電子計數(shù)器 內(nèi)部時間、頻率基準 采用 石英晶體振蕩器（簡稱 “ 晶振 ” ） 為基準信號源。秒的定義由天文實物標準過渡到原子自然標準，準確度提高了 45個量級，達 5 1014(相當于 62萬年 177。 第 12頁 ? 原子時標的定義 1967年 10月，第 13屆國際計量大會正式通過了秒的新定義： “ 秒是 Cs133原子 基態(tài)的兩個超精細結(jié)構(gòu)能級之間躍遷頻率相應(yīng)的射線束持續(xù)9,192,631,770個周期的時間 ” 。 ◆ 原子時標（ AT） 的量子電子學(xué)基礎(chǔ) 原子（分子）在能級躍遷中將吸收 (低能級到高能級 )或輻射（高能級到低能級）電磁波，其頻率是恒定的。 于 1960年第 11屆國際計量大會接受為 “ 秒 ” 的標準。參考點為1900年 1月 1日 0時（國際天文學(xué)會定義）。準確度為 3 10－ 8 。 ? 第一類世界時（ UT1） ：對地球自轉(zhuǎn)的極移效應(yīng)（自轉(zhuǎn)軸微小位移）作修正得到。 時間與頻率標準 第 10頁 1）天文時標 ◆ 為世界時確定時間觀測的 參考點 ，得到 ? 平太陽時 ：由于地球自轉(zhuǎn)周期存在不均勻性，以假想的 平太陽 作為基本參考點。 ◆ 世界時 （ UT,Universal Time） :以 地球自轉(zhuǎn)周期(1天 )確定的時間，即 1/(24 60 60)=1/86400為 1秒。 ◆ 頻率和時間互為倒數(shù)，其標準具有一致性。 ●處理功能： 平均值、最小值、最大值和標準偏差。 ●每秒 12位的頻率分辨率、 150ps的時間間隔分辨率。 ◆ 測量準確度和頻率上限 是電子計數(shù)器的兩個重要指標，電子計數(shù)器的發(fā)展體現(xiàn)了這兩個 指標的不斷提高 及 功能的擴展和完善 。 （ 7）顯示： 包括顯示位數(shù)及顯示方式等。 （ 5）閘門時間 (測頻 )：有 1ms、 10ms、 100ms、 1s、 10s。輸出頻率為 1MHz、 、 5MHz、10MHz等，普通晶振穩(wěn)定度為 105，恒溫晶振達 107~109。 （ 2）準確度： 可達 109以上。用于工業(yè)測控。 （ 4） 特種計數(shù)器 :具有特殊功能的計數(shù)器。但 測頻范圍往往很寬。其測量功能可擴展。 ? 數(shù)字化 電子計數(shù)器法 是時間、頻率測量的主要方法，是本章的重點。 ◆ 自動化程度高 ◆ 測量速度快 第 4頁 3）測量方法概述 頻率的測量方法可以分為： 差頻法 拍頻法 示波法 電橋法 諧振法 比較法 直讀法 李沙育圖形法 測周期法 模擬法 頻率測量方法 數(shù)字法 電容充放電法 電子計數(shù)器法 第 5頁 ? 各種測量方法有著 不同的實現(xiàn)原理 ，其復(fù)雜程度不同。 ◆ 測量準確度高 時間頻率基準具有最高準確度（ 可達 1014），校準（比對）方便，因而數(shù)字化時頻測量可達到很高的準確度。如果在一定 時間間隔 T內(nèi)周期信號重復(fù)變化了 N次 ，則頻率可表達為： f＝ N/T 時間與頻率的關(guān)系： 可以互相轉(zhuǎn)換。第 1頁 第四章 時間與頻率的測量 概述 時間與頻率的原始基準 頻率和時間的測量原理 電子計數(shù)器的組成原理和測量功能 電子計數(shù)器的測量誤差 高分辨時間和頻率測量技術(shù) 微波頻率測量技術(shù) 頻率穩(wěn)定度測量和頻率比對 調(diào)制域測量技術(shù) 第 2頁 時間、頻率的基本概念 1） 時間和頻率的定義 時間有兩個含義： “ 時刻 ” ： 即某個事件何時發(fā)生； “ 時間間隔 ” ： 即某個時間相對于某一時刻持續(xù)了多久。 頻率的定義： 周期信號在單位時間（ 1s）內(nèi)的變化次數(shù)（周期數(shù)）。 概述 第 3頁 2) 時頻測量的特點 ◆ 最常見和最重要的測量 時間是 7個基本國際單位之一，時間、頻率是極為重要的物理量，在通信、航空航天、武器裝備、科學(xué)試驗、醫(yī)療、工業(yè)自動化等 民用和軍事方面都存在時頻測量。因此， 許多物理量的測量都轉(zhuǎn)換為時頻測量 。 ? 各種測量方法有著 不同的測量準確度和適用的頻率范圍 。 第 6頁 電子計數(shù)器概述 一、電子計數(shù)器的分類 按功能可以分為如下四類： （ 1） 通用計數(shù)器 ： 可測量頻率、頻率比、周期、時間間隔、累加計數(shù)等。 （ 2） 頻率計數(shù)器 ： 其功能限于測頻和計數(shù)。 （ 3） 時間計數(shù)器 ： 以時間測量為基礎(chǔ)，可測量周期、脈沖參數(shù)等，其測時分辨力和準確度很高。 包括可逆計數(shù)器、序列計數(shù)器、預(yù)置計數(shù)器等。 第 7頁 二、主要技術(shù)指標 （ 1）測量范圍： 毫赫 ~幾十 GHz。 （ 3）晶振頻率及穩(wěn)定度： 晶體振蕩器是電子計數(shù)器的內(nèi)部基準，一般要求高于所要求的測量準確度的一個數(shù)量級（ 10倍）。 （ 4）輸入特性： 包括耦合方式（ DC、 AC）、觸發(fā)電平（可調(diào)）、靈敏度（ 10~100mV）、輸入阻抗（ 50 Ω 低阻和 1M Ω//25pF 高阻）等。 （ 6）時標 (測周 )：有 10ns、 100ns、 1ms、 10ms。 第 8頁 三、電子計數(shù)器的發(fā)展 ◆ 測量方法的不斷發(fā)展： 模擬 ?數(shù)字技術(shù) ?智能化。 ◆ 例子： ●通道： 兩個 225MHz通道，也可 選擇第三個 。 ● 測量功能：包括頻率、頻率比、時間間隔、上升時間、下降時間、相位、占空比、正脈沖寬度、負脈沖寬度、總和、峰電壓、時間間 隔平均和時間間隔延遲。 第 9頁 時間與頻率的原始標準 1）天文時標 ◆ 原始標準應(yīng)具有 恒定不變性 。 ◆宏觀標準和微觀標準 宏觀標準：基于天文觀測； 微觀標準：基于量子電子學(xué)，更穩(wěn)定更準確。其誤差約為 10－ 7量級。 ? 零類世界時（ UT0 ） ：以平太陽的子夜 0時為參考。 ? 第二類世界時（ UT2） ：對地球自轉(zhuǎn)的季節(jié)性變化（影響自轉(zhuǎn)速率）作修正得到。 ? 歷書時（ ET） ： 以地球繞太陽公轉(zhuǎn)為標準 ，即公轉(zhuǎn)周期（ 1年）的 31 556 1秒。準確度達1 10－ 9 。 第 11頁 2）原子時標 ◆ 基于天文觀測的宏觀標準用于測試計量中的不足 ? 設(shè)備龐大、操作麻煩； ? 觀測時間長； ? 準確度有限。 hfnm=EnEm 式中， h= 1027為普朗克常數(shù)， En、 Em為受激態(tài)的兩個能級， fnm為吸收或輻射的電磁波頻率。 1972年起實行，為全世界所接受。 1秒 )，并仍在提高。 ? 基于壓電效應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率輸出。 ? 采用溫度補償或恒溫措施 （恒定在拐點處的溫度）可得到高穩(wěn)定、高準確的頻率輸出。 第 14頁 1）組成 A G C 放大器溫度控制隔離放大器加熱器 傳感器輸出頻率調(diào)整晶體電路絕熱層第 15頁 2）指標 ◆ 晶體振蕩器的主要指標有 : 輸出頻率 :1MHz、 、 5MHz、 10MHz。 輸出波形 :正弦波；輸出幅度 :(負載 50Ω)。 （ 1） 諧振法： 調(diào)節(jié)可變電容器 C使回路發(fā)生諧振 ，此時回路電流達到最大 (高頻電壓表指示 )，則 可測量 1500MHz以下 的頻率，準確度 177。 fxMLIC012xff LC???0 12xff LC??? 時間和頻率的測量原理 第 17頁 ( 2） 電橋 法：利用電橋的平衡條件和頻率有關(guān)的特性來進行頻率測量 ,通常采用如下圖所示的 文氏電橋 來進行測量 。 (～ 1)%。有拍頻法、外差法、示波法以及計數(shù)法 等。適于 音頻測量 （很少用）?？蓽y量范圍達 幾十 MHz（外差式頻率計）。 xsf N f?第 20頁 數(shù)字測量原理 1）門控計數(shù)法測量原理 ◆時間、頻率量的特點 頻率 是在時間軸上無限延伸的 ，因此，對頻率量的測量需確定一個 取樣時間 T，在該時間內(nèi)對被測信號的周期累加計數(shù) (若 計數(shù)值為 N)，根據(jù) fx=N/T得到頻率值。 ◆測量原理 將需累加計數(shù)的信號（頻率測量時為被測信號，時間測量時為時標信號），由一個 “閘門”（主門） 控制，并由一個 “門控” 信號控制閘門的開啟（計數(shù)允許）與關(guān)閉（計數(shù)停止）。這種測量方法稱為 門控計數(shù)法 。 上圖為由“與”邏輯門作為閘門，其門控信號為‘ 1’時閘門開啟（允許計數(shù)），為‘ 0’時閘門關(guān)閉（停止計數(shù)）。 測時間（間隔）時 ，閘門開啟時間即為 被測時間 。輸入通道電路對輸入信號進行 放大、整形等（但保持頻率不變），得到適合計數(shù)的脈沖信號。 ? 主門電路 ：完成計數(shù)的 閘門控制 作用。 ? 時基產(chǎn)生電路 ：產(chǎn)生 機內(nèi)時間、頻率測量的基準 ，即時間測量的時標和頻率測量的閘門信號。 第 24頁 1） A、 B輸入通道 ◆ 作用： 它們主要由放大 /衰減、濾波、整形、觸發(fā)（包括出發(fā)電平調(diào)節(jié)）等單元電路構(gòu)成。 通過 預(yù)定標器 （外插件）還可 擴展頻率測量范圍