JJF 2240-2025 比相仪校准规范标准立项发展报告

比相仪校准规范标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:CalibrationSpecificationforPhaseComparators摘要比相仪作为时间频率计量领域的核心测量设备，广泛应用于卫星导航、通信网络、电力系统和科学研究等涉及高精度时间同步的众多领域。随着各行业对时间同步精度要求的持续提升，比相仪的校准需求日益迫切，而此前国内缺乏统一的比相仪校准技术规范，导致各计量技术机构在校准项目、校准方法和计量特性要求等方面存在不一致现象。为填补这一技术空白，国家市场监管总局批准立项编制《比相仪校准规范》（JJF2240-2025），并于2025年3月27日正式发布，同年9月27日起实施。本报告从标准立项的背景与必要性出发，系统阐述了标准的编制原则、主要技术内容、关键技术指标，并对主要起草单位及未来发展进行介绍。该规范的发布实施填补了国内比相仪校准领域的规范空白，将有效统一校准方法、规范市场秩序，为时间频率量值溯源体系的完善提供了重要技术支撑，对保障国家时间频率体系的准确性和一致性具有重要的基础性意义。关键词：比相仪；校准规范；时间频率；计量技术规范；量值溯源；相位比对一、立项背景与必要性分析（一）比相仪的技术原理与应用领域比相仪是一种通过比对两个同频率信号之间的相位差来评估频率偏差和时间同步状态的高精度测量仪器。其核心工作原理基于相位比对技术：当两个标称频率相同的信号存在微小频率偏差时，其相位差将随时间呈线性累积变化，通过精确测量这一相位变化率，即可反推出两信号源之间的频率偏差。现代比相仪通常具备高分辨率相位测量能力，配合GNSS（全球导航卫星系统）接收模块，可实现本地原子时标与国家标准时间UTC(NTSC)之间的远距离高精度比对。凭借其测量精度高、连续性好、操作便捷等突出优势，比相仪已成为时间频率计量测试中不可或缺的关键设备，其典型应用涵盖以下重要领域：1.卫星导航系统：北斗、GPS等卫星导航系统的地面运控段需要维持高精度的时间基准，比相仪用于监测和校准星载原子钟与地面站时钟之间的同步状态，直接关系导航定位精度。2.通信网络：5G/6G移动通信、电力调度系统、金融交易网络等对时间同步精度要求达到微秒甚至纳秒量级，比相仪作为时间同步保障的核心测试工具，其量值准确性直接影响网络运行安全。3.科学研究：在基础物理实验、射电天文观测、深空探测等前沿领域，高精度时间频率测量是获取科学数据的基础，比相仪的性能直接决定测量结果的可靠性。4.计量技术机构：各级计量院（所）使用比相仪作为标准装置的重要组成部分，开展时间频率量值传递和溯源工作，其校准质量关乎整个量值传递链条的准确性。（二）标准立项的必要性从国内标准现状来看，此前我国尚未发布专门针对比相仪的计量校准技术规范，现有的JJF1172《北斗GPS导航设备校准规范》等关联规范主要针对导航接收终端整体性能，无法覆盖比相仪作为测量仪器的校准需求。这一规范空白带来的问题日益突出：第一，校准依据缺失导致量值难以统一。由于缺乏统一的校准技术依据，各省市计量机构在对比相仪进行校准时，在参考标准选择、校准项目设定、环境条件控制以及测量不确定度评定方法等方面各行其是，造成不同机构出具的校准结果之间缺乏可比性，严重影响了计量校准结果的互认。第二，仪器性能评价体系亟待规范。比相仪的计量特性指标，如相位测量误差、频率偏差测量能力、短期稳定度等，还缺乏统一的考核方法和评价指标。相关计量技术机构在新建或复核计量标准时，也缺少对应比相仪测量能力的验证依据，制约了时间频率计量体系的完善，难以满足市场监管和量值溯源工作的实际需要。（三）政策依据与法规基础依据《中华人民共和国计量法》及其实施细则关于计量技术法规管理的规定，国家计量技术规范（JJF）由国家市场监督管理总局组织制定并批准发布，作为全国计量技术活动的统一依据。《市场监管总局关于印发2023年国家计量技术规范制修订计划的通知》中，明确将比相仪校准规范的制定列入年度计划，由中国计量科学研究院作为主要起草单位牵头实施，联合国内优势计量技术机构共同完成。二、编制原则与依据（一）编制原则JJF2240-2025《比相仪校准规范》遵循以下基本原则进行编制：1.科学性原则：规范中各项技术要求的制定建立在系统理论分析和大量实验验证的基础之上。校准方法的设计充分考虑了比相仪的工作原理和误差来源，确保校准结果能够真实反映仪器的计量性能。2.适用性原则：在保证计量性能可控的前提下，规范力求覆盖国内市场上主流的比相仪类型，包括不同精度等级和不同功能配置的仪器。校准项目和指标的设置兼顾了不同应用场景的需求，既考虑高精度计量应用，也兼顾常规工业应用。3.兼容性原则：在编写体例、术语定义、不确定度评定方法等方面积极参照和采用国际建议（如OIML相关国际文件）和国内有关标准的最新要求，保证规范与国际通行做法的一致性，有利于校准结果的国际互认。4.可操作性原则：规范中对校准条件、设备要求、操作步骤等规定力求明确具体、简便易行，使不同层次的计量技术机构在配备基本标准设备的前提下均能有效实施。校准时间间隔的控制值及复校时间间隔的推荐等条款，充分考虑实际工作中的可执行性。（二）编制依据本规范主要引用和参考了以下法规、标准和文献：-《中华人民共和国计量法》及《中华人民共和国计量法实施细则》-JJF1001《通用计量术语及定义》-JJF1059.1《测量不确定度评定与表示》-JJF1071《国家计量校准规范编写规则》-JJG180《频率计数器检定规程》-JJG292《铷原子频率标准检定规程》-JJG722《铯原子频率标准检定规程》-JJG979《频率合器检定规程》-JJF1189《计量检测数据修约规则》-ISO/IEC17025《检测和校准实验室能力的通用要求》-国际电信联盟ITU-R相关时间频率建议书（如ITU-RTF.460等）-各主要比相仪制造商产品技术说明书及性能指标三、标准主要技术内容（一）范围界定本规范明确了适用范围：适用于基于相位比对原理、工作频率范围涵盖1MHz至100MHz的各类比相仪的校准。对于具备GNSS比对功能、用于远距离时间同步的比相仪，其卫星信号接收通道的信号质量检测和时延校准同样适用于本规范。超出上述频率范围的比相仪可参照本规范执行。（二）规范性引用文件规范正文中列出了本规范条款引用的全部规范性文件，主要包括JJF1001、JJF1059.1、JJF1071等基础性计量技术规范，以及涉及频率标准检定、测量不确定度评定等内容的配套技术文件。（三）术语和定义为避免理解歧义，本规范对以下核心术语进行了明确定义：1.比相仪（PhaseComparator）：通过测量两个同频信号之间的相位差随时间的变化关系，以获得两信号源频率偏差、时间同步误差等信息的测量仪器。2.相位差（PhaseDifference）：两个同频率正弦信号在某一时刻的相位之差，以度（°）或弧度（rad）为单位表示。3.频率偏差（FrequencyDeviation）：被测频率源的输出频率与其标称频率之间的相对偏差，通常以无量纲的相对值表示。4.比对不确定度（ComparisonUncertainty）：由比相仪测量得到的频率或时间比对结果中，由仪器自身因素引入的测量不确定度分量。（四）计量性能要求本规范对比相仪的主要计量性能规定了明确的技术指标，具体如下：|序号|计量性能项目|技术要求||:---:|:---|:---||1|相位测量误差|不超过±0.1°（在额定频率范围内）||2|频率偏差测量误差|不超过±1×10⁻¹²（采样时间1s，参考信号为铯钟）||3|频率偏差测量重复性|不超过5×10⁻¹³（采样时间1s）||4|时延测量误差|不超过±2ns（适用于具备时间比对功能的比相仪）||5|短期稳定度（Allan方差）|采样时间1s时优于1×10⁻¹²|校准结果的测量不确定度评定按照JJF1059.1的要求执行，扩展不确定度应不大于被校准比相仪最大允许误差绝对值的1/3。规范同时明确提出，从事该项校准工作的计量技术机构应具备相应等级的标准频率源（如铯原子频率标准）和标准时间间隔测量设备，建立符合要求的标准装置，确保校准结果可溯源至国家时间频率基准。（五）校准条件与环境要求本规范将校准条件分为标准设备和环境条件两部分。在校准用标准设备方面，规范明确要求参考频率源推荐使用铯原子频率标准或具有更高准确度的频率标准，其频率准确度应优于被校比相仪相应指标的3倍以上，并持有有效的检定或校准证书。当采用GNSS共视或全视比对方法时，应配套相应等级的时间频率传递接收机。通用测量设备如频率计数器、数字示波器等，其测量分辨力和准确度应满足校准要求。在校准环境条件方面，温度应控制在（23±5）℃范围内，相对湿度不超过80%RH。校准期间温度波动应不超过±1℃/h，以避免环境温度变化对比相仪内部晶振或电路性能的影响。校准前，被校比相仪应在校准环境条件下至少预热30分钟，确保其内部电路达到热平衡状态。（六）校准项目和校准方法本规范规定的校准项目包括外观及功能检查、相位差测量误差校准、频率偏差测量误差校准、频率偏差测量重复性校准等。对于具备时间比对功能的比相仪，还包含时延测量误差校准项目。各项校准均设计了明确的校准程序、读数次数和数据处理方法，确保校准过程的可重复性和校准结果的可靠性。规范采用不确定度分项评定的方式，对各校准项目中由标准装置、环境条件、测量重复性等因素引入的不确定度分量分别进行了分析和合成，给出了扩展不确定度的评定方法。（七）校准结果表达和复校时间间隔校准完成后，校准机构应出具符合JJF1071要求的校准证书。校准证书至少应包含被测比相仪的识别信息、校准日期和地点、校准依据的技术文件、校准环境条件、校准结果及测量不确定度、校准机构的名称和地址等信息。建议的复校时间间隔为12个月，在仪器使用频繁或使用环境恶劣的情况下，用户可适当缩短复校周期。四、主要起草单位介绍本规范由全国时间频率计量技术委员会组织制定，主要起草单位为中国计量科学研究院（NIM），参与起草单位包括中国电子科技集团公司第三十四研究所和武汉市计量测试检定（研究）所等国内优势计量技术机构，各参与单位均具备深厚的时间频率技术积累和丰富的计量测试实践经验。中国计量科学研究院作为国家最高计量科学研究中心，是本次规范编制的牵头单位。该院成立于1955年，直属于国家市场监督管理总局，是国家法定计量技术机构，肩负着建立、保存和维护国家计量基准、开展量值传递和溯源、研究计量科学前沿技术的重要使命。在时间频率计量领域，中国计量科学研究院拥有国际先进水平的时间频率计量基准装置——铯原子喷泉钟，其频率不确定度达到10⁻¹⁶量级，使我国成为国际单位制（SI）秒定义的全球少数几个保持国之一。该院还负责运行和维护国家时间基准UTC(NIM)，并通过国际原子时合作（TAI），将我国的时间频率量值与国际标准保持高度一致。围绕时间频率量值溯源体系建设，中国计量科学研究院先后主持制定了JJG292《铷原子频率标准》、JJG722《铯原子频率标准》、JJG180《频率计数器》等多项国家计量检定规程和校准规范，形成了较为完善的时间频率计量技术法规体系。在本规范编制过程中，中国计量科学研究院凭借其在相位比对技术研究、高精度频率测量和不确定度评定等方面的深厚学术积累，承担了规范框架设计、关键技术指标论证、校准方法实验验证、征求意见汇总和报批稿编制等全流程核心技术工作，为规范的顺利发布和实施提供了坚实的技术保障。五、结论与展望JJF2240-2025《比相仪校准规范》的发布实施，填补了国内比相仪计量校准领域的规范空白，对于完善国家时间频率计量技术法规体系、提升时间频率量值传递能力具有重要的里程碑意义。该规范统一了比相仪的校准项目、校准方法和计量性能评价指标，为各级计量技术机构开展比相仪校准服务提供了科学、统一、可操作的技术依据，有力地促进了不同机构间校准结果的一致性和可比性。参考文献[1]国家市场监督管理总局.比相仪校准规范:JJF2240-2025[S].北京:中国标准出版社,2025.[2]国家质量监督检验检疫总局.通用计量术语及定义:JJF1001-2011[S].北京:中国质检出版社,2011.[3]国家质量监督检验检疫总局.测量不确定度评定与表示:JJF1059.1-2012[S].北京:中国质检出版社,2012.[4]国家质量监督检验检疫总局.国家计量校准规范编写规则:JJF1071-2010[S].北京:中国质检出版社,2010.[5]国家质量监督检验检疫总局.铯原子频率标准检定规程:JJG722-2016[S].北京:中国质检出版社,2016.[6]国家质量监督检验检疫总局.铷原子频率标准检定规程:JJG292-2009[S].北京:中国质检出版社,2009.[7]