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电子测量技术 Email 5时间和频率的测量 5 1概述 5 2频率和时间测量技术简述 5 3电子计数器 5 5电子计数器测量时间 5 4电子计数器测量频率 5 6提高电子计数器测频 测周准确度的方法 5 1概述 时间和频率的基本概念 时间和频率基准 石英晶体振荡器 5 1 1时间和频率的基本概念 1 时间的定义 基本单位 秒 s 时刻是指连续流逝的时间中的一个时点 表示某时间或现象何时发生 时间间隔是指两个时刻之间的间隔 表示某一事件或现象持续多久 2 周期 T 周期现象是指以相等时间间隔重复发生的任何现象 周期是指周期现象出现一次所经历的时间 基本单位 秒 s 4 时频测量的特点 最常见和最重要的测量测量准确度高自动化程度高测量速度快 5 1 2时间和频率基准 1 时间基准 天文秒 原子秒 平太阳时 以太阳通过伦敦格林威治天文台的本初子午线为参考测得的平太阳时 5 1 2时间和频率基准 1 时间基准 时间基准 宏观计时基准 天文秒 世界时 零类世界时 第一世界时 微观计时基准 原子时 原子秒 UT0 UT1 第二世界时 UT2 UT ET 通过多个天文台观测的数据修正地轴运动对UT0的影响后 得到的时间基准 平太阳时 5 1 2时间和频率基准 1 时间基准 时间基准 宏观计时基准 天文秒 世界时 零类世界时 第一世界时 微观计时基准 原子时 原子秒 UT0 UT1 第二世界时 UT2 UT ET 在UT1的基础上 改正了季节性 年度性的变化后 得到的时间基准 3 10 8 平太阳时 5 1 2时间和频率基准 1 时间基准 时间基准 宏观计时基准 天文秒 世界时 零类世界时 第一世界时 微观计时基准 原子时 原子秒 UT0 UT1 第二世界时 UT2 UT ET 以1900年回归年的1 31556925 9747作为历书秒 1 10 9 3 10 8 5 1 2时间和频率基准 1 时间基准 时间基准 宏观计时基准 天文秒 世界时 零类世界时 第一世界时 微观计时基准 原子时 原子秒 UT0 UT1 第二世界时 UT2 UT ET 定义铯133 Cs133 原子基态在二个超精细能级之间跃迁所对应的9192631770个周期的持续时间为1秒 5 10 14 1 10 9 3 10 8 协调世界时 2 频率基准 时间基准 原子时 时频基准 5 1 3石英晶体振荡器 石英频率标准 是目前最常用的工作频率标准 频率稳定度可以达到10 10数量级 具有很高的机械稳定性和热稳定性 5 2频率和时间测量技术简述 直读法 比较法 计数法 5 2 1直读法 谐振法 电桥法 频率 电压转换法 直读法是直接利用电路的某种频率响应特性来测量频率值的方法 5 2 2比较法 拍频法 差频法 示波法 比较法是将被测频率与标准频率进行比较来测量频率的方法 5 2 3计数法 电容充放电法 电子计数器法 目前测量频率和时间最好的方法 5 3电子计数器 电子计数器的发展概述 电子计数器的分类 电子计数器的主要技术性能指标 电子计数器的组成 5 3 1电子计数器的发展概述 三阶段 5 3 2电子计数器的分类 具有多种测量功能 1 通用计数器 2 频率计数器 主要用于测频和计数 测频范围很广 3 计算计数器 带有微处理器 具有计数 程控测量 计算和显示的功能 5 3 3电子计数器的主要技术性能指标 测试性能 仪器所具备的测试功能 测量范围 输入特性 频率 上限和下限周期 最大值和最小值 晶体振荡器的频率稳定度和准确度 输出特性 显示及工作方式 主门时间和时标 5 3 4电子计数器的组成 输入通道 将输入信号进行放大 整形 使其变为标准脉冲 5 3 4电子计数器的组成 主门 在门控信号作用的有效期 允许计数脉冲通过进入计数器计数 门控信号 计数脉冲 5 3 4电子计数器的组成 时基信号产生电路 用于产生各种时标信号和门控信号 门控信号 计数脉冲 时标信号 5 3 4电子计数器的组成 控制电路 能产生各种控制信号去控制和协调计数器各单元工作 使整机按一定工作程序自动完成测量任务 门控信号 计数脉冲 时标信号 5 3 4电子计数器的组成 计数及显示电路 用于对主门输出的脉冲信号计数并显示十进制脉冲数 门控信号 计数脉冲 时标信号 5 4电子计数器测量频率 电子计数器的测频原理 电子计数器测频的最大允许误差分析 频率比的测量 5 4 1电子计数器的测频原理 主门时间脉冲 5 4 1电子计数器的测频原理 主门时间应合理选择 主门时间选择原则 在计数器不产生溢出的前提下 主门时间尽量取大一些 5 4 2电子计数器测频的最大允许误差分析 测频的最大允许误差 1 量化相对误差 测量频率时 在相同的主门时间内 计数器计数值不一定相同 这样产生的误差称为量化误差 量化误差的产生是不可避免的 是由于主门时间的开启时刻和被测计数脉冲的随机关系引起的 设TI时间内计数值为N 则 量化相对误差 2 主门时间误差 标准频率误差 主门时间误差是指由于主门时间不准造成主门的启 闭时间或长或短 从而引起的测频误差 主门时间误差大小主要由石英晶体振荡器输出频率的准确度决定 设晶振频率为fc 分频系数为K 则主门时间为 主门时间相对误差在数值上等于晶振输出标准频率的相对误差 只是符号相反 3 最大允许误差 减小最大允许误差的方法 被测信号频率低时 不宜采用测频法直接测量频率 而应采用测周期的方法间接测量频率 例5 1 5 4 3频率比的测量 5 5电子计数器测量时间 5 5 1电子计数器的测周原理 A输入 B输入 时标选择 5 5 2电子计数器测周的最大允许误差分析 测周的最大允许误差 测周的最大允许误差 周期较大的信号 应采用测周法测量 周期较小的信号 应采用测频法测量 减小测周最大允许误差的方法 5 5 3中界频率