【2017年整理】电子测量技术三.ppt

第3章　频率时间测量; ;1、天文时标;天文时标的不足 设备庞大、操作麻烦； 观测时间长； 准确度有限;（2）原子时标的定义;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）。;电子计数器内部时间、频率基准采用石英晶体振荡器（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。但是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。 ;差频法;下面介绍电子计数器的分类 ◆按功能可以分为如下四类： （1）通用计数器： （2）频率计数器： （3）时间计数器： （4）特种计数器:;多功能计数器;函数发生器/计数器;频率计;;通用电子计数器的组成框图：;通用计数器包括如下几个部分 输入通道：通常有A、B、C多个通道，以实现不同的测量功能。输入通道电路对输入信号进行放大、整形等（但保持频率不变），得到适合计数的脉冲信号。 门控电路：完成计数的闸门控制作用。 计数与显示电路：计数电路是通用计数器的核心电路，完成脉冲计数；显示电路将计数结果（反映测量结果）以数字方式显示出来 时基产生电路：产生机内时间、频率测量的基准，即时间测量的时标和频率测量的闸门信号。 控制电路：控制协调整机工作，即准备?测量?显示。;（fx由A通道输入，内部时基）;例如： 闸门时间Ts=1s，若计数值N=10000，则显示fx为？ 如闸门时间Ts=0.1s，则计数值N=1000，则显示fx为？;二、误差分析;（1）、;（2）、标准频率误差;（3）、结论：a、fx愈大则误差愈小，;（P106，3-6）;除了固有误差外， fx受噪声和干扰影响引起测量误差;三、测量频率范围的扩大;例如： 若fx=1234.567890MHz，标准频率fc=100MHz。 ;一、测周原理;Tx内脉冲数;（1）、Tx增大，;　　例如， 某计数式频率计， |Δfc|/fc=2×10-7，在测量周 期时， 取Tc＝1 μs，则当Tx＝1 s时;2、触发误差的影响;10T’x;结论：;三、中界频率;　　 m：测周时的周期倍乘。 n:测频时的闸门时间扩大倍数;一、时间间隔测量原理;触发器;时间间隔测量模式工作波形图：;VB;2、相位差的测量;二、误差分析;　　【例3-3】 某计数器最高标准频率fc max＝10 MHz，要求最大相对误差γmax＝±1％，若仅考虑量化误差， 试确定用该计数器测量的最小时间间隔Tmin。  ;减小±1误差对测量结果的影响是提高测量准确度的关键;对于±1字量化误差来说：  ;二、多周期同步法;图3-12 倒数计数器原理电路框图;主门I 与计数器I ：测周模式; 准确的Tx为： Tx=T0+T1-T2 实现T1-T2的测量 ; 若T1、T2均扩展k倍，采用同一个时标（设为 ）分别测量T0、kT1、kT2，设计数值分别为：N0、N1、N2， 则： ;2、时间扩展电路 ◆时间扩展电路 如右图所示： ◆工作原理 以恒流源对电容 器C充电，设充电时 间为T1，而以(k-1)T1 （可近似为kT1）时间缓慢放电，当放电到原电平时，所经历的时间为： T1’=T1+(k-1)T1=kT1，即得到T1的k倍时间扩展。在kT1时间内对时标计数。;图3-13 内插测量的信号关系;◆例如，扩展器控制的开门时间为T1的1000??， 即： T’1＝1000T1 在T’1时间内对时标 计数得N1，则 类似地： T’2＝1000T2 在T’2时间内对时标 计数得N2，则 于是： 内插后测量分辨力提高了1000倍。 ;　　由此可见， 虽然在测T1、T2时依然存在±1误差， 但其相对大小可缩小1000倍， 使计数器的分辨力提高了三个数量级。 例如： 若标准时钟的周期T0＝100ns， 则普通计数器的分辨力不会超过100 ns， 内插后其分辨力提高到0.1 ns， 这相当于普通计数器用10 GHz时钟时的分辨力， 测量准确度大大提高。 ;计数器的发展趋势简介;1、电桥法：;2、谐振法;3、差频法;各种测量方法有着不同的实现原理，其复杂程度不同。 各种测量方法有着不同的测量准确度和适用的频率范围。 数字化电子计数器法是时间、频率测量的主要方法，是本章的重点。 ;频率比的测量