第4章 时间、频率和相位的测量
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1.电子计数器法测量频率
fx ① fs
放大整形 放大整形
②
⑤ 闸门
分频 ③
④ 门控电路
计数显示
① Tx
② ③
④ ⑤
时基T
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法
2.电子计数器法测量周期 1）原理框图
2）工作原理
Tx＝N×Tc
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法 3.电子计数器法测量时间间隔 1）原理框图
f0
f2
f S fmax fmin
f0
fmax
f1 fmin
0
1天
t
0
1天
t
（1）日老化率 （2）日波动
K ( f2 f1) / f0
S ( f max f min ) / f 0
4.3 时间和频率的精密测量
2）短期稳定度 （1）采样方差
2 (N,T , )
1 (N 1) f02
mKfsTx
采用多周期测量法以及提高信噪比、选用短时标信号等方
法，可以减小测量周期的误差。
4.2 频率的工程测量法
4.提高电子计数器测量准确度的方法
1）基本原理
T=NT1-t1+t2
2）游标法
T=NT1
起始脉冲
游标振 荡器I
符合 电路I
时基脉冲 Tc
门控
符合 电路II
终止脉冲
游标振 荡器II
游标计数 器I
1s时间间隔内平均频率的随机起伏程度。用阿仑方差表示。
3）频率重现性
连续f工2与作关一机段前时频间率Tf11后的，相关对机差一，段即时R间T(2
准
路相对简单，体积较小，价格较便
宜
大型高标准实验室
晶体振荡器 短期稳定性好，体积小，寿命长，工作 一般频率标准 可靠，价格低，耗电省
4.3 时间和频率的精密测量
4.3.2标准频率源的主要指标 1．频率准确度
2．频率稳定度 1）长期稳定度
( f x f0 ) / f0 f / f0
f
K f2 f1
2）工作原理 频率比的测量是指测量两个被测信号的频率之比。
两个信号中频率高的信号接A端，经放大整形后 作为计时脉冲，频率低的信号接B端，经放大整 形后接到门控电路的输入端作为开门信号，得 到的读数即为两个频率的比值。
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法 5.电子计数器自检（自校） 1）原理框图
N
( f1
i 1
f0 )2
（2）阿仑方差
2( )
1
f
2 0
m ( f2 f1)2 i1 2m
R ( f2 f1) / f0
4.3 时间和频率的精密测量
3.晶体振荡器主要指标
1）开机特性 初步预热后输出频率在一段时间内的最大变化，即
V ( fmax fmin ) / f0
2）1s频率稳定度
4.3 时间和频率的精密测量
4.3.1 时间和频率标准
名称
特点
应用
铯原子频率标 具有最高的绝对准确度、长期稳定性和
准
再现性好，但体积大，结构线路复
杂，价格高
国家基准，一级频标
氢原子频率标 准确度仅次于铯原子频率标准，短期稳 大型高标准实验室
准
定度极好，体积大，结构线路复杂，
价格高
铷原子频率标 准确度、稳定度和老化率较好，结构线
2）工作原理
电子计数器自检（自校），即检查仪器自身的逻辑
功能以及电路的工作是否正常。显然，只要满
足关系：
NTs m
KTs
N mK 或 N mK 1
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法
3.电子计数器的测量误差 1)量化误差
2) 触发误差
触发电 平
干扰信 号
被测信 号 Tx
干扰信 号
闸门开
法和电子计数器法等
4.2 频率的工程测量法
4.2.2 谐振法
1．原理图
M
fx
L
V C
A
2．原理
1
fx 2 LC
L一般采用固定电感器，由测量频段决定；C采用标准可
变电容器，用于调谐振回路。被测频率一般可以从电容 器C的度盘上（以频率值刻度）读出。
4.2 频率的工程测量法
4.2.3电桥
电桥法测频是利用电桥平衡条件与频率的关系，且选用频率特性比较尖锐 的电桥，配以适当的显示装置和读数装置测量频率。
2）工作原理 对于两个脉冲信号A和B之间的时间间隔测量，可把
信号分别加到不同的输入通道。用于启动门控 双稳，时标脉冲通过主门计数；B信号用于使门 控双稳复原，关闭主门，结束计数。若计数值 为N，时标周期为Tc，则
tab NTc
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法 4.电子计数器法测量频率比 1）原理框图
闸门关
ΔT启1
闭ΔT2
T'x=ΔT1+Tx+ΔT2
4.2 频率的工程测量法
3)标准频率误差
标准频率误差是指由于晶振信号的不稳定等原因而产生的误 差
4) 测频量化误差
fx 1 1
fx
N mKTs fx
5) 测周量化误差 经过推导得知，测周量化误差为： 6）测周触发误差
Tx N 1
Tx N
4.2 频率的工程测量法
4.2.4比较法
利用有源标准信号频率与被测信号频率进行比较来测频。 这种测量方法准确度比较高，其数学模型为
fx Nfs
式中N为某个确切的常数。利用比较法测频其准确度主 要取决于标准频率的准确度。常用的比较法有拍频法、 差频法和示波器法
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法
粗测 计数器
游标计数 器II
4.2 频率的工程测量法
5.提高电子计数器测频范围的方法 1）基本原理
2）预分频法（预定标法）
fx
放大、整形
3）变频法
晶振
÷N
闸门
N×0.1s N×10s N×1s
÷N
时基分频
十进制 计数器
fx
混频器
Nfs
谐振 选择器
差频 放大器
fx Nfs 数字
频率计
谐波
fs
发生器
Hale Waihona Puke Baidu.1 概述
4.1.1常见术语
1.时间 2.时刻 3. 时间间隔 4. 周期 5. 频率 6. 世界时（UT） 7. 历书时（ET） 8.原子时（AT）
4.2 频率的工程测量法
4.2.1 频率的工程测量
1．频率的工程测量法的定义 指测量准确度不是很高，用于工程技术中频率 测量的一般方法。
2．不同测量任务对频率测量准确度的要求 3. 频率的工程测量法的分类及比较 将频率的工程测量法分为：无源测频法、有源比较
第4章 时间、频率 和相位的测量
目录
4.1概述 4.2 频率的工程测量法 4.2.1 频率的工程测量 4.2.2 谐振法 4.2.4比较法 4.2.5电子计数器法 4.3.1 时间和频率标准 4.3.2标准频率源的主要指标 4.3.3频率稳定度的时域测量 4.4.相位测量 4.4.1相位测量方法 4.4.2 相位计 仪器篇
fx ① fs
放大整形 放大整形
②
⑤ 闸门
分频 ③
④ 门控电路
计数显示
① Tx
② ③
④ ⑤
时基T
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法
2.电子计数器法测量周期 1）原理框图
2）工作原理
Tx＝N×Tc
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法 3.电子计数器法测量时间间隔 1）原理框图
f0
f2
f S fmax fmin
f0
fmax
f1 fmin
0
1天
t
0
1天
t
（1）日老化率 （2）日波动
K ( f2 f1) / f0
S ( f max f min ) / f 0
4.3 时间和频率的精密测量
2）短期稳定度 （1）采样方差
2 (N,T , )
1 (N 1) f02
mKfsTx
采用多周期测量法以及提高信噪比、选用短时标信号等方
法，可以减小测量周期的误差。
4.2 频率的工程测量法
4.提高电子计数器测量准确度的方法
1）基本原理
T=NT1-t1+t2
2）游标法
T=NT1
起始脉冲
游标振 荡器I
符合 电路I
时基脉冲 Tc
门控
符合 电路II
终止脉冲
游标振 荡器II
游标计数 器I
1s时间间隔内平均频率的随机起伏程度。用阿仑方差表示。
3）频率重现性
连续f工2与作关一机段前时频间率Tf11后的，相关对机差一，段即时R间T(2
准
路相对简单，体积较小，价格较便
宜
大型高标准实验室
晶体振荡器 短期稳定性好，体积小，寿命长，工作 一般频率标准 可靠，价格低，耗电省
4.3 时间和频率的精密测量
4.3.2标准频率源的主要指标 1．频率准确度
2．频率稳定度 1）长期稳定度
( f x f0 ) / f0 f / f0
f
K f2 f1
2）工作原理 频率比的测量是指测量两个被测信号的频率之比。
两个信号中频率高的信号接A端，经放大整形后 作为计时脉冲，频率低的信号接B端，经放大整 形后接到门控电路的输入端作为开门信号，得 到的读数即为两个频率的比值。
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法 5.电子计数器自检（自校） 1）原理框图
N
( f1
i 1
f0 )2
（2）阿仑方差
2( )
1
f
2 0
m ( f2 f1)2 i1 2m
R ( f2 f1) / f0
4.3 时间和频率的精密测量
3.晶体振荡器主要指标
1）开机特性 初步预热后输出频率在一段时间内的最大变化，即
V ( fmax fmin ) / f0
2）1s频率稳定度
4.3 时间和频率的精密测量
4.3.1 时间和频率标准
名称
特点
应用
铯原子频率标 具有最高的绝对准确度、长期稳定性和
准
再现性好，但体积大，结构线路复
杂，价格高
国家基准，一级频标
氢原子频率标 准确度仅次于铯原子频率标准，短期稳 大型高标准实验室
准
定度极好，体积大，结构线路复杂，
价格高
铷原子频率标 准确度、稳定度和老化率较好，结构线
2）工作原理
电子计数器自检（自校），即检查仪器自身的逻辑
功能以及电路的工作是否正常。显然，只要满
足关系：
NTs m
KTs
N mK 或 N mK 1
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法
3.电子计数器的测量误差 1)量化误差
2) 触发误差
触发电 平
干扰信 号
被测信 号 Tx
干扰信 号
闸门开
法和电子计数器法等
4.2 频率的工程测量法
4.2.2 谐振法
1．原理图
M
fx
L
V C
A
2．原理
1
fx 2 LC
L一般采用固定电感器，由测量频段决定；C采用标准可
变电容器，用于调谐振回路。被测频率一般可以从电容 器C的度盘上（以频率值刻度）读出。
4.2 频率的工程测量法
4.2.3电桥
电桥法测频是利用电桥平衡条件与频率的关系，且选用频率特性比较尖锐 的电桥，配以适当的显示装置和读数装置测量频率。
2）工作原理 对于两个脉冲信号A和B之间的时间间隔测量，可把
信号分别加到不同的输入通道。用于启动门控 双稳，时标脉冲通过主门计数；B信号用于使门 控双稳复原，关闭主门，结束计数。若计数值 为N，时标周期为Tc，则
tab NTc
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法 4.电子计数器法测量频率比 1）原理框图
闸门关
ΔT启1
闭ΔT2
T'x=ΔT1+Tx+ΔT2
4.2 频率的工程测量法
3)标准频率误差
标准频率误差是指由于晶振信号的不稳定等原因而产生的误 差
4) 测频量化误差
fx 1 1
fx
N mKTs fx
5) 测周量化误差 经过推导得知，测周量化误差为： 6）测周触发误差
Tx N 1
Tx N
4.2 频率的工程测量法
4.2.4比较法
利用有源标准信号频率与被测信号频率进行比较来测频。 这种测量方法准确度比较高，其数学模型为
fx Nfs
式中N为某个确切的常数。利用比较法测频其准确度主 要取决于标准频率的准确度。常用的比较法有拍频法、 差频法和示波器法
4.2 频率的工程测量法
4.2.5电子计数器法
粗测 计数器
游标计数 器II
4.2 频率的工程测量法
5.提高电子计数器测频范围的方法 1）基本原理
2）预分频法（预定标法）
fx
放大、整形
3）变频法
晶振
÷N
闸门
N×0.1s N×10s N×1s
÷N
时基分频
十进制 计数器
fx
混频器
Nfs
谐振 选择器
差频 放大器
fx Nfs 数字
频率计
谐波
fs
发生器
Hale Waihona Puke Baidu.1 概述
4.1.1常见术语
1.时间 2.时刻 3. 时间间隔 4. 周期 5. 频率 6. 世界时（UT） 7. 历书时（ET） 8.原子时（AT）
4.2 频率的工程测量法
4.2.1 频率的工程测量
1．频率的工程测量法的定义 指测量准确度不是很高，用于工程技术中频率 测量的一般方法。
2．不同测量任务对频率测量准确度的要求 3. 频率的工程测量法的分类及比较 将频率的工程测量法分为：无源测频法、有源比较
第4章 时间、频率 和相位的测量
目录
4.1概述 4.2 频率的工程测量法 4.2.1 频率的工程测量 4.2.2 谐振法 4.2.4比较法 4.2.5电子计数器法 4.3.1 时间和频率标准 4.3.2标准频率源的主要指标 4.3.3频率稳定度的时域测量 4.4.相位测量 4.4.1相位测量方法 4.4.2 相位计 仪器篇