计量方法与误差理论CH时间频率计量优秀PPT资料
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f E/h （h=6.6252×10-27为普朗克常数）
时间频率计量测试
(1)铯原子频标 国际规定的复现秒定义的标准装置。大铯钟和小铯钟。准确度10-
14,长期稳定度10-14
(2)气泡型铷原子频标 • 造价低、体积小，使用最多的原子频标 • 准确度10-11（不适合作一级标准） • 稳定度10-11-10-12 • 缺点：频移，必须用铯标准定标
时间频率计量测试
➢协调世界时（coordinated universal time，UTC ）:又称世界统一时间，
世界标准时间。以国际制秒(SI)为基准，用正负闰秒的方法保持与世界 时相差在一秒以内的一种时间。协调世界时是以原子时秒长为基础，在 时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。
位于巴黎的国际地球自转事务中央局负责决定何时加入闰秒。一般 会在每年的6月30日、12月31日的最后一秒进行调整。
零类世界时（UT0 ）：以平太阳的子夜0时为参考。 第一类世界时（UT1）：对地球自转的极移效应（自转轴微小位移）
作修正得到。 第二类世界时（UT2）：对地球自转的季节性变化（影响自转速率）
作修正得到。准确度为3×10－8
以本初子午线的平子夜起算的平太阳时，又称格林威治平时或格林威治时间。
时间频率计量测试
频率源输出的实际频率值fx对其标称值f0的相对频率偏差。
x
0
第1节 时间频率计量测试
即： f 准确度达1×10－9 。
, f f f 将差拍信号周期扩大，再进行测量以提高精度
f 被测信号经过该闸门后，由计数器计数。
x0
用户使用解码器实时得到准确的时刻信息，使用锁相振荡器0得到标准频率。
◆频率稳定度 时间：基本的物理量，单位秒（两层含义：时间间隔、时刻）。
应用：网络时间协议
时间频率计量测试
3.时间频率标准
可从时间标准导出的频率标准。包括精密钟、音叉、 高稳定石英晶体振荡器和各种原子频率标准（时间和频率 共用一个基准）
➢石英晶体振荡器
➢原子频率标准
基本原理——量子理论：
原子和分子只能处于一定的能级，其能量不能连续变化，当它们 由一个能级向另一个能级跃迁时，就会以电磁波形式辐射或吸收能量， 其频率严格决定于二能级间的能量差。
(3)氢原子频标 • 主动型氢激射器，从氢原子中选出高能级的原子送入谐振腔，原子
从高能级向低能级跃迁，辐射出频率准确的电磁波。 • 长/短期稳定性好10-14—10-15 • 准确度10-12 • 缺点：结构庞大复杂，价格昂贵
时间频率计量测试
4. 频率稳定度
◆频率准确度
频率源输出的实际频率值f 对其标称值f 的相对频率偏差。 主动型氢激射器，从氢原子中选出高能级的原子送入谐振腔，原子从高能级向低能级跃迁，辐射出频率准确的电磁波。
n
最小二乘法： ˆ
( fi
i 1 n
f )(ti t )
(ti t )2
i 1
K
f0
时间频率计量测试
– 日波动定义
晶体振荡器除老化漂移外，一天内还将产生频率的随 机起伏。日波动综合表征了老化漂移和随机起伏。日波动 是指频率源在24小时内最大相对频率变化。
日波动的测量：根据检定规程，测量日波动时可每隔1小
➢历书时（ET, ephemeris time ）:以地球公转为基础的时间计量系统。
公转周期（1年）的31 556 925.9747分之一为1秒。参考点为1900年1月1 日0时（国际天文学会定义）。准确度达1×10－9 。于1960年第11届国际 计量大会接受为“秒”的标准。
➢原子时（atomic time），以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基
时测量一个数据(每次测量的取样时间T>=10s),连续测24小时，共 得25个数据，取出fmax和fmin，用下式计算。
S fmax fmin f0
时间频率计量测试
2）短期频率稳定度的表征：
时域定义：在时域内用相对频率起伏来表征频率的不稳定性；
对瞬时频率f(t)作有限次（n次）测量，得到f1、f2
n fi2 n f 2
-日老化率
对石英振荡器，通常用一天内的频率平均漂移作为长期稳定度的表 征，叫做“日老化率”。（如时间轴的时间取为一天）
日老化率的测量：每天的“日老化率”会有所变化，实际中连续测
一周或一个月。设每天测一个数据，共测n天，得f1,f2,…, fi,…fn, 利用 最小二乘法拟合得到老化曲线:
f t
则其斜率 (估计值)相对f0比值即为日老化率。
时间频率计量测试
2.时标
➢世界时（UT,Universal Time）:以地球自转为基础的时间计量系
统。以地球自转周期(1天)确定的时间，即1/(24×60×60)=1/86400为1秒。 其误差约为10－7量级。
参考点：
平太阳时(mean solar time )：由于地球自转周期存在不均匀性，以假 想的平太阳作为基本参考点。
频率准确度只能表示当前测量（取样时间）的准确度，它是时间t的 函数。频率准确度随时间的变化即为频率稳定度。它表征频率源维持 其工作于恒定频率上的能力。
长期、短期稳定度：长期——年、月、日；短期——秒级。
时间频率计量测试
1）长期频率稳定度的表征
长期稳定度是指石英谐振器老化而引起的振荡频率在其平均值上 的缓慢变化，即频率的老化漂移。
准的时间计量系统， 一种均匀的时间计量系统。原子时的初始历元规定 为 1958年1月1日世界时0时，秒长定义为铯 -133 原子基态的两个超精细 能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间 。 原子时的秒 长规定为国际单位制的时间单位，作为三大物理量的基本单位之一。
由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，1967年起，原 子时已取代历书时作为基本时间计量系统 。
第1节 时间频率计量测试
1.基本概念
时间、时间间隔、时刻、时标、频标
➢ 时间：基本的物理量，单位秒（两层含义：时间间隔、时刻）。 在单位时间间隔内重复、循环的次数为频率
➢时间间隔：连续流逝的时间中两个瞬时之间的间隔，其中 任何一点的瞬时称为时刻。
➢时标：能给各个事件赋予时刻的时间参考标尺的简称。 ➢频标：频率的参考标尺，频率标准
时间频率计量测试
(1)铯原子频标 国际规定的复现秒定义的标准装置。大铯钟和小铯钟。准确度10-
14,长期稳定度10-14
(2)气泡型铷原子频标 • 造价低、体积小，使用最多的原子频标 • 准确度10-11（不适合作一级标准） • 稳定度10-11-10-12 • 缺点：频移，必须用铯标准定标
时间频率计量测试
➢协调世界时（coordinated universal time，UTC ）:又称世界统一时间，
世界标准时间。以国际制秒(SI)为基准，用正负闰秒的方法保持与世界 时相差在一秒以内的一种时间。协调世界时是以原子时秒长为基础，在 时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统。
位于巴黎的国际地球自转事务中央局负责决定何时加入闰秒。一般 会在每年的6月30日、12月31日的最后一秒进行调整。
零类世界时（UT0 ）：以平太阳的子夜0时为参考。 第一类世界时（UT1）：对地球自转的极移效应（自转轴微小位移）
作修正得到。 第二类世界时（UT2）：对地球自转的季节性变化（影响自转速率）
作修正得到。准确度为3×10－8
以本初子午线的平子夜起算的平太阳时，又称格林威治平时或格林威治时间。
时间频率计量测试
频率源输出的实际频率值fx对其标称值f0的相对频率偏差。
x
0
第1节 时间频率计量测试
即： f 准确度达1×10－9 。
, f f f 将差拍信号周期扩大，再进行测量以提高精度
f 被测信号经过该闸门后，由计数器计数。
x0
用户使用解码器实时得到准确的时刻信息，使用锁相振荡器0得到标准频率。
◆频率稳定度 时间：基本的物理量，单位秒（两层含义：时间间隔、时刻）。
应用：网络时间协议
时间频率计量测试
3.时间频率标准
可从时间标准导出的频率标准。包括精密钟、音叉、 高稳定石英晶体振荡器和各种原子频率标准（时间和频率 共用一个基准）
➢石英晶体振荡器
➢原子频率标准
基本原理——量子理论：
原子和分子只能处于一定的能级，其能量不能连续变化，当它们 由一个能级向另一个能级跃迁时，就会以电磁波形式辐射或吸收能量， 其频率严格决定于二能级间的能量差。
(3)氢原子频标 • 主动型氢激射器，从氢原子中选出高能级的原子送入谐振腔，原子
从高能级向低能级跃迁，辐射出频率准确的电磁波。 • 长/短期稳定性好10-14—10-15 • 准确度10-12 • 缺点：结构庞大复杂，价格昂贵
时间频率计量测试
4. 频率稳定度
◆频率准确度
频率源输出的实际频率值f 对其标称值f 的相对频率偏差。 主动型氢激射器，从氢原子中选出高能级的原子送入谐振腔，原子从高能级向低能级跃迁，辐射出频率准确的电磁波。
n
最小二乘法： ˆ
( fi
i 1 n
f )(ti t )
(ti t )2
i 1
K
f0
时间频率计量测试
– 日波动定义
晶体振荡器除老化漂移外，一天内还将产生频率的随 机起伏。日波动综合表征了老化漂移和随机起伏。日波动 是指频率源在24小时内最大相对频率变化。
日波动的测量：根据检定规程，测量日波动时可每隔1小
➢历书时（ET, ephemeris time ）:以地球公转为基础的时间计量系统。
公转周期（1年）的31 556 925.9747分之一为1秒。参考点为1900年1月1 日0时（国际天文学会定义）。准确度达1×10－9 。于1960年第11届国际 计量大会接受为“秒”的标准。
➢原子时（atomic time），以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基
时测量一个数据(每次测量的取样时间T>=10s),连续测24小时，共 得25个数据，取出fmax和fmin，用下式计算。
S fmax fmin f0
时间频率计量测试
2）短期频率稳定度的表征：
时域定义：在时域内用相对频率起伏来表征频率的不稳定性；
对瞬时频率f(t)作有限次（n次）测量，得到f1、f2
n fi2 n f 2
-日老化率
对石英振荡器，通常用一天内的频率平均漂移作为长期稳定度的表 征，叫做“日老化率”。（如时间轴的时间取为一天）
日老化率的测量：每天的“日老化率”会有所变化，实际中连续测
一周或一个月。设每天测一个数据，共测n天，得f1,f2,…, fi,…fn, 利用 最小二乘法拟合得到老化曲线:
f t
则其斜率 (估计值)相对f0比值即为日老化率。
时间频率计量测试
2.时标
➢世界时（UT,Universal Time）:以地球自转为基础的时间计量系
统。以地球自转周期(1天)确定的时间，即1/(24×60×60)=1/86400为1秒。 其误差约为10－7量级。
参考点：
平太阳时(mean solar time )：由于地球自转周期存在不均匀性，以假 想的平太阳作为基本参考点。
频率准确度只能表示当前测量（取样时间）的准确度，它是时间t的 函数。频率准确度随时间的变化即为频率稳定度。它表征频率源维持 其工作于恒定频率上的能力。
长期、短期稳定度：长期——年、月、日；短期——秒级。
时间频率计量测试
1）长期频率稳定度的表征
长期稳定度是指石英谐振器老化而引起的振荡频率在其平均值上 的缓慢变化，即频率的老化漂移。
准的时间计量系统， 一种均匀的时间计量系统。原子时的初始历元规定 为 1958年1月1日世界时0时，秒长定义为铯 -133 原子基态的两个超精细 能级间在零磁场下跃迁辐射9192631770周所持续的时间 。 原子时的秒 长规定为国际单位制的时间单位，作为三大物理量的基本单位之一。
由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，1967年起，原 子时已取代历书时作为基本时间计量系统 。
第1节 时间频率计量测试
1.基本概念
时间、时间间隔、时刻、时标、频标
➢ 时间：基本的物理量，单位秒（两层含义：时间间隔、时刻）。 在单位时间间隔内重复、循环的次数为频率
➢时间间隔：连续流逝的时间中两个瞬时之间的间隔，其中 任何一点的瞬时称为时刻。
➢时标：能给各个事件赋予时刻的时间参考标尺的简称。 ➢频标：频率的参考标尺，频率标准