電子測(cè)量第三章

1、電子測(cè)量第三章時(shí)間與頻率的測(cè)量3.1時(shí)間與頻率的基本概念時(shí)間與頻率的基本概念n時(shí)間有兩個(gè)含義時(shí)間有兩個(gè)含義n時(shí)刻與時(shí)間間隔時(shí)刻與時(shí)間間隔n頻率的定義頻率的定義周期信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)周期信號(hào)在單位時(shí)間內(nèi)的變化次數(shù)n時(shí)間與頻率的關(guān)系：可以相互轉(zhuǎn)換時(shí)間與頻率的關(guān)系：可以相互轉(zhuǎn)換3.2時(shí)間基準(zhǔn)的建立時(shí)間基準(zhǔn)的建立n建立時(shí)間基準(zhǔn)的困難建立時(shí)間基準(zhǔn)的困難3.2.1天文時(shí)間基準(zhǔn)天文時(shí)間基準(zhǔn)n世界時(shí)（世界時(shí)（UT,Universal TimeUT,Universal Time） 地球自轉(zhuǎn)周期地球自轉(zhuǎn)周期(1 (1天天) )確定的時(shí)間確定的時(shí)間1/(241/(24606060)=1/8640060)=1

2、/86400為為1 1秒。秒。其誤差約為其誤差約為10107 7量級(jí)。量級(jí)。3.2.1天文時(shí)間基準(zhǔn)天文時(shí)間基準(zhǔn) 地面上每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都有自己的子午圈，不地面上每個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都有自己的子午圈，不同地點(diǎn)觀測(cè)同意天體，觀測(cè)到的時(shí)刻并不同地點(diǎn)觀測(cè)同意天體，觀測(cè)到的時(shí)刻并不相同。相同。3.2.1天文時(shí)間基準(zhǔn)天文時(shí)間基準(zhǔn)n第一類(lèi)世界時(shí)（第一類(lèi)世界時(shí)（UT1UT1）n在在UT0UT0基礎(chǔ)上修正了地球極移效應(yīng)，基礎(chǔ)上修正了地球極移效應(yīng)，產(chǎn)生了產(chǎn)生了UT1UT13.2.1天文時(shí)間基準(zhǔn)天文時(shí)間基準(zhǔn)n第二類(lèi)世界時(shí)（第二類(lèi)世界時(shí)（UT2UT2）n在在UT1UT1基礎(chǔ)上修正了季節(jié)性變化的基礎(chǔ)上修正了季節(jié)性變化的影響，產(chǎn)生了影響

3、，產(chǎn)生了UT2UT2n準(zhǔn)確度為準(zhǔn)確度為3 310108 8n歷書(shū)時(shí)（歷書(shū)時(shí)（ETET）n以地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，即公轉(zhuǎn)周期（以地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)為標(biāo)準(zhǔn)，即公轉(zhuǎn)周期（1 1年）年）的的31 556 925.974731 556 925.9747分之一為分之一為1 1秒。參考點(diǎn)為秒。參考點(diǎn)為19001900年年1 1月月1 1日日0 0時(shí)（國(guó)際天文學(xué)會(huì)定義）。準(zhǔn)時(shí)（國(guó)際天文學(xué)會(huì)定義）。準(zhǔn)確度達(dá)確度達(dá)1 110109 9 。n19601960年第年第11 11屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)接受為屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)接受為“秒秒”的的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。3.2.1天文時(shí)間基準(zhǔn)天文時(shí)間基準(zhǔn)n天文時(shí)間基準(zhǔn)的缺點(diǎn)天文時(shí)間基準(zhǔn)的缺點(diǎn)n設(shè)備龐大

4、、操作麻煩設(shè)備龐大、操作麻煩n觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)觀測(cè)時(shí)間長(zhǎng)n準(zhǔn)確度有限準(zhǔn)確度有限3.2.1天文時(shí)間基準(zhǔn)天文時(shí)間基準(zhǔn) 原子在能級(jí)躍遷中將電磁波，其頻率是恒原子在能級(jí)躍遷中將電磁波，其頻率是恒定的。定的。 hfhfn-mn-m=E=En n-E-Emm原子時(shí)標(biāo)的定義原子時(shí)標(biāo)的定義 1967 1967年年1010月，第月，第1313屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式通過(guò)了屆國(guó)際計(jì)量大會(huì)正式通過(guò)了Cs13Cs13秒的新定義：秒的新定義：“秒是秒是Cs133Cs133原子基態(tài)的兩個(gè)超原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)之間躍遷頻率相應(yīng)的射線(xiàn)束持續(xù)精細(xì)結(jié)構(gòu)能級(jí)之間躍遷頻率相應(yīng)的射線(xiàn)束持續(xù)9,192,631,7709,192,631,77

5、0個(gè)周期的時(shí)間個(gè)周期的時(shí)間”。19721972年起實(shí)行，為全世界所接受。準(zhǔn)確度達(dá)年起實(shí)行，為全世界所接受。準(zhǔn)確度達(dá)5 51010-14-14( (相當(dāng)于相當(dāng)于6262萬(wàn)年萬(wàn)年1 1秒秒) )。3.2.1原子時(shí)間基準(zhǔn)原子時(shí)間基準(zhǔn)石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器-常用基準(zhǔn)信號(hào)源常用基準(zhǔn)信號(hào)源 基于壓電效應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率輸出。普通基于壓電效應(yīng)產(chǎn)生穩(wěn)定的頻率輸出。普通晶體頻率準(zhǔn)確度為晶體頻率準(zhǔn)確度為1010-5-5。3.2.43.2.4石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器n恒溫石英晶體振蕩器恒溫石英晶體振蕩器3.2.43.2.4石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器A AG GC C放放大大器器溫溫度度控控制制隔隔離離放放

6、大大器器加加熱熱器器傳傳感感器器輸輸出出頻頻率率調(diào)調(diào)整整晶晶體體電電路路絕絕熱熱層層n1 1、直接法、直接法n直接法是利用直接法是利用LCLC電路的頻率響應(yīng)特性電路的頻率響應(yīng)特性來(lái)測(cè)量頻率，可為來(lái)測(cè)量頻率，可為諧振法諧振法和和電橋法。電橋法。3.33.3模擬時(shí)間測(cè)量原理模擬時(shí)間測(cè)量原理n諧振法諧振法3.33.3模擬時(shí)間測(cè)量原理模擬時(shí)間測(cè)量原理f fx xM ML LI IC C012xffLC3.33.3模擬時(shí)間測(cè)量原理模擬時(shí)間測(cè)量原理n電橋法電橋法R R3 3R R4 4R R1 1R R2 2C C1 1C C2 2f fx x1 2 1 2122xxfRRCCn2 2、比較法、比較法n利

7、用標(biāo)準(zhǔn)頻率利用標(biāo)準(zhǔn)頻率fsfs和被測(cè)量頻率和被測(cè)量頻率fxfx進(jìn)行比進(jìn)行比較來(lái)測(cè)量頻率。有拍頻法、示波法。較來(lái)測(cè)量頻率。有拍頻法、示波法。3.33.3模擬時(shí)間測(cè)量原理模擬時(shí)間測(cè)量原理n拍頻法拍頻法n將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測(cè)頻率疊加，由指示器將標(biāo)準(zhǔn)頻率與被測(cè)頻率疊加，由指示器（耳機(jī)或電壓表）指示。適于音頻測(cè)量。（耳機(jī)或電壓表）指示。適于音頻測(cè)量。3.33.3模擬時(shí)間測(cè)量原理模擬時(shí)間測(cè)量原理3.33.3模擬時(shí)間測(cè)量原理模擬時(shí)間測(cè)量原理n示波法示波法n李沙育圖形李沙育圖形-矢量比較矢量比較3.33.3模擬時(shí)間測(cè)量原理模擬時(shí)間測(cè)量原理n模擬測(cè)量法的特點(diǎn)模擬測(cè)量法的特點(diǎn)n結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度慢、精度低結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、速度慢

8、、精度低3.43.4時(shí)間的數(shù)字測(cè)量原理時(shí)間的數(shù)字測(cè)量原理n基于門(mén)控計(jì)數(shù)的時(shí)間測(cè)量法基于門(mén)控計(jì)數(shù)的時(shí)間測(cè)量法與與門(mén)門(mén)T TA AT TB BT TA AT TB BA AB BC Cn測(cè)頻法與測(cè)周法測(cè)頻法與測(cè)周法n通用電子計(jì)數(shù)器原理通用電子計(jì)數(shù)器原理3.43.4時(shí)間的數(shù)字測(cè)量原理時(shí)間的數(shù)字測(cè)量原理3.43.4時(shí)間的數(shù)字測(cè)量原理時(shí)間的數(shù)字測(cè)量原理n通用電子計(jì)數(shù)器原理通用電子計(jì)數(shù)器原理3.43.4時(shí)間的數(shù)字測(cè)量原理時(shí)間的數(shù)字測(cè)量原理n通用電子計(jì)數(shù)器控制通用電子計(jì)數(shù)器控制n協(xié)調(diào)各電路單元的工作，使整機(jī)按協(xié)調(diào)各電路單元的工作，使整機(jī)按“復(fù)零測(cè)復(fù)零測(cè)量顯示量顯示”的工作程序完成自動(dòng)測(cè)量的任務(wù)的工作程序完成

9、自動(dòng)測(cè)量的任務(wù)。準(zhǔn)備期準(zhǔn)備期 （ 復(fù)零，等待）復(fù)零，等待） 測(cè)量期測(cè)量期 （開(kāi)門(mén)，計(jì)數(shù)）（開(kāi)門(mén)，計(jì)數(shù)） 顯示期顯示期（關(guān)門(mén)，停止計(jì)數(shù)）（關(guān)門(mén)，停止計(jì)數(shù)）n1 1、頻率測(cè)量、頻率測(cè)量n按頻率定義進(jìn)行測(cè)量按頻率定義進(jìn)行測(cè)量n閘門(mén)時(shí)間閘門(mén)時(shí)間Ts=1sTs=1s，若計(jì)數(shù)值，若計(jì)數(shù)值N=10000N=10000，則為，則為10kHz10kHz。3.53.5通用計(jì)數(shù)器功能通用計(jì)數(shù)器功能n2 2、周期測(cè)量、周期測(cè)量n時(shí)標(biāo)計(jì)數(shù)法，被測(cè)信號(hào)做門(mén)控3.53.5通用計(jì)數(shù)器功能通用計(jì)數(shù)器功能3.53.5通用計(jì)數(shù)器功能通用計(jì)數(shù)器功能n3 3、頻率比測(cè)量、頻率比測(cè)量BAABTfNTfn4 4、時(shí)間間隔的測(cè)量、時(shí)間間隔的

10、測(cè)量n由兩個(gè)事件觸發(fā)得到起始和終止的門(mén)控信號(hào)3.53.5通用計(jì)數(shù)器功能通用計(jì)數(shù)器功能n5 5、相位測(cè)量、相位測(cè)量n利用時(shí)間間隔的測(cè)量，可以測(cè)量?jī)蓚€(gè)同頻率的信號(hào)之間的相位差3.53.5通用計(jì)數(shù)器功能通用計(jì)數(shù)器功能n6 6、自動(dòng)檢驗(yàn)功能、自動(dòng)檢驗(yàn)功能n檢驗(yàn)儀器內(nèi)部電路及邏輯關(guān)系是否正常3.53.5通用計(jì)數(shù)器功能通用計(jì)數(shù)器功能放 大 、放 大 、整形整形晶振晶振放 大 、放 大 、整形整形閘閘門(mén)門(mén)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器顯示顯示門(mén)控電路門(mén)控電路分頻電路分頻電路T0Txn7 7、自動(dòng)校準(zhǔn)功能、自動(dòng)校準(zhǔn)功能3.53.5通用計(jì)數(shù)器的誤差來(lái)源通用計(jì)數(shù)器的誤差來(lái)源n1 1、量化誤差、量化誤差n閘門(mén)開(kāi)啟不同步及非整數(shù)截?cái)?.53.5通用計(jì)數(shù)器的誤差來(lái)源通用計(jì)數(shù)器的誤差來(lái)源n2 2、觸發(fā)誤差、觸發(fā)誤差n信號(hào)觸發(fā)點(diǎn)變化信號(hào)觸發(fā)點(diǎn)變化3.53.5通用計(jì)數(shù)器的誤差來(lái)源通用計(jì)數(shù)器的誤差來(lái)源n3 3、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差、標(biāo)準(zhǔn)頻率誤差n時(shí)間基準(zhǔn)誤差時(shí)間基準(zhǔn)誤差3.63.6石英晶體的穩(wěn)定度石英晶體的穩(wěn)定度n1 1、石英晶體穩(wěn)定度、石英晶體穩(wěn)定度n石英晶體頻率隨時(shí)間老化的程度