頻率及時間測量課件

第五章時間、頻率和相位的測量目錄5.1概述5.2電子計數(shù)法測量頻率5.3電子計數(shù)法測量周期5.4電子計數(shù)法測量時間間隔5.5單片10MHz頻率計數(shù)器5.6其它測量頻率的方法1第五章時間、頻率和相位的測量目錄15-1概述一、時間、頻率的基本概念

1.時間的定義與標(biāo)準(zhǔn)時間是國際單位制中七個基本物理量之一，基本單位是秒（s）

“時間”在一般概念中有“時刻”“間隔”兩種含義.如圖中的矩形脈沖信號在t1時刻開始出現(xiàn)，在t2時刻消失；而t＝t2－t1，表示t1、t2這兩個時刻之間的間隔，即矩形脈沖持續(xù)的時間長度?！皶r刻”與“間隔”二者的測量方法是不同的。圖5.1－1時刻、時間間隔示意圖第五章時間、頻率和相位的測量25-1概述一、時間、頻率的基本概念圖5.1－11)、世界時（UT）：地球自轉(zhuǎn)一周所需要的時間定義一天，把它的1/86400定為1秒。誤差：10－8

歷書時（ET）：地球公轉(zhuǎn)一周所需要的時間定義一年，1900年1月1日0時起始的回歸年（太陽連續(xù)兩次“經(jīng)過”春分點所經(jīng)歷的時間）長度的1/31556925.9747為1秒。誤差：10－9第五章時間、頻率和相位的測量時間的定義：31)、世界時（UT）：第五章時間、頻率和相位的測量時間

2)、原子時（AT）：秒定義為：“秒是銫133原子（Cs133）基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的9192631770個周期所持續(xù)的時間?！闭`差：10－14

3)、協(xié)調(diào)世界時(UTC):采用原子時的速率（對秒的定義）通過閏秒方法使原子時和世界時接近的時間尺度。是一種折衷的產(chǎn)物。第五章時間、頻率和相位的測量時間的定義：42)、原子時（AT）：第五章時間、頻率和相位的測量時第五章時間、頻率和相位的測量現(xiàn)在各國標(biāo)準(zhǔn)時間發(fā)播臺所發(fā)送的是協(xié)調(diào)世界時標(biāo)UTC），其精確度優(yōu)于±2×10-11s。陜西天文臺是規(guī)模較大的現(xiàn)代化授時中心,臺內(nèi)的銫原子鐘作為我國原子時間標(biāo)準(zhǔn)，它能夠保持三萬年以上正負(fù)一秒的偏差。

5第五章時間、頻率和相位的測量現(xiàn)在各國標(biāo)準(zhǔn)時間發(fā)

頻率是單位時間內(nèi)周期過程的重復(fù)、循環(huán)、或振動的次數(shù)，記為f。聯(lián)系周期與頻率的定義，不難看出f與T之間有下述關(guān)系，即：

f=1/T（5.1-2）若周期T的單位是秒，由上式可知頻率的單位就是

1/秒，即赫茲（Hz）。第五章時間、頻率和相位的測量2.頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn)

6頻率是單位時間內(nèi)周期過程的重復(fù)、循環(huán)、或振動的常用的頻率標(biāo)準(zhǔn)有石英晶體振蕩器（晶振），它使用在一般的電子設(shè)備與系統(tǒng)中。優(yōu)點：很高的機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，振蕩頻率受外界因素的影響小，可以達到10-10左右的頻率穩(wěn)定度。第五章時間、頻率和相位的測量2.頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn)

7常用的頻率標(biāo)準(zhǔn)有石英晶體振蕩器（晶振），它使用在一般最準(zhǔn)確的頻率標(biāo)準(zhǔn)是原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，簡稱為原子頻標(biāo)。原子頻標(biāo)有許多種，其中銫束原子頻標(biāo)的穩(wěn)定性、制作重復(fù)性較好，高標(biāo)準(zhǔn)的頻率標(biāo)準(zhǔn)源大多采用銫束原子頻標(biāo)。第五章時間、頻率和相位的測量時間標(biāo)準(zhǔn)和頻率標(biāo)準(zhǔn)具有同一性，可由時間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，也可由頻率標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出時間標(biāo)準(zhǔn)。

一般情況下不再區(qū)分時間和頻率標(biāo)準(zhǔn)，而統(tǒng)稱為時頻標(biāo)準(zhǔn)。2.頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn)

8最準(zhǔn)確的頻率標(biāo)準(zhǔn)是原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，簡稱為原子頻標(biāo)。原子3．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞其一．本地比較法用戶把自己要校準(zhǔn)的裝置搬到擁有標(biāo)準(zhǔn)源的地方，或者由有標(biāo)準(zhǔn)源的主控室通過電纜把標(biāo)準(zhǔn)信號送到需要的地方，然后通過中間測試設(shè)備進行比對。使用這類方法時，環(huán)境條件可控制得很好，外界干擾可減至最小，標(biāo)準(zhǔn)的性能得以最充分利用。

缺點是作用距離有限，遠(yuǎn)距離用戶要將自己的裝置搬來搬去，會帶來許多問題和麻煩。第五章時間、頻率和相位的測量93．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞其一．本地比較法第五章時間、頻率和相位3．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞其二．發(fā)送-接收標(biāo)準(zhǔn)電磁波法

指其時間頻率受標(biāo)準(zhǔn)源控制的電磁波，或含有標(biāo)準(zhǔn)時頻信息的電磁波。擁有標(biāo)準(zhǔn)源的地方通過發(fā)射設(shè)備將上述標(biāo)準(zhǔn)電磁波發(fā)送出去，用戶用相應(yīng)的接收設(shè)備將標(biāo)準(zhǔn)電磁波接收下來，便可得到標(biāo)準(zhǔn)時頻信號，并與自己的裝置進行比對測量?，F(xiàn)在，從甚長波到微波的無線電的各頻段都有標(biāo)準(zhǔn)電磁波廣播。

第五章時間、頻率和相位的測量103．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞其二．發(fā)送-接收標(biāo)準(zhǔn)電磁波法第五章時間用標(biāo)準(zhǔn)電磁波傳送標(biāo)準(zhǔn)時頻，是時頻量值傳遞與其他物理量傳遞方法顯著不同的地方，它極大地擴大了時頻精確測量的范圍，大大提高了遠(yuǎn)距離時頻的精確測量水平。第五章時間、頻率和相位的測量3．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞11用標(biāo)準(zhǔn)電磁波傳送標(biāo)準(zhǔn)時頻，是時頻量值傳遞與其他物理量傳遞方法①具有動態(tài)性：與長度、質(zhì)量、溫度等常規(guī)量不同,必須依靠時鐘的穩(wěn)定性，期望后一個周期是下一個周期的準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)。②測量精度高：有著各種等級的時頻標(biāo)準(zhǔn)源(如前述的晶體振蕩器時鐘、銫原子時鐘等)，采用無線電波傳遞標(biāo)準(zhǔn)時頻方便、迅速，改變了傳統(tǒng)的量值傳遞方式。頻率時間測量所能達到的分辨率和準(zhǔn)確度是最高的。第五章時間、頻率和相位的測量4．頻率時間測量的特點12①具有動態(tài)性：與長度、質(zhì)量、溫度等常規(guī)量不同,必須依靠時鐘③測量范圍廣：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中所涉及到的頻率范圍是極其寬廣的，從10-8Hz到1012Hz以上,都可以做到高精度的測量。④頻率信息的傳輸和處理方便：倍頻、分頻和混頻等都比較容易，并且精確度很高.正因為如此，人們想到了通過巧妙的數(shù)學(xué)方法和先進的電子技術(shù)，將其他的物理量測量轉(zhuǎn)換為頻率(時間)的測量，以提高其測量精度。第五章時間、頻率和相位的測量4．頻率時間測量的特點13③測量范圍廣：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中所涉及到的頻率范圍是極其寬廣的根據(jù)測量頻率的原理，測頻方法大體上可作如下分類：直讀法:利用無源網(wǎng)絡(luò)頻率特性測頻法包含有電橋法和諧振法。比較法:將被測頻率信號與已知頻率信號相比較，通過觀、聽比較結(jié)果，獲得被測信號的頻率。屬比較法的有：拍頻法、差頻法、示波法。第五章時間、頻率和相位的測量14根據(jù)測量頻率的原理，測頻方法大體上可作如下分類：第五章時計數(shù)法有電容充放電式和電子計數(shù)式兩種。后者是根據(jù)頻率的定義進行測量的一種方法，它是用電子計數(shù)器顯示單位時間內(nèi)通過被測信號的周期個數(shù)來實現(xiàn)頻率的測量。第五章時間、頻率和相位的測量15計數(shù)法有電容充放電式和電子計數(shù)式兩種。第五章時間、頻率和5-2電子計數(shù)法測量頻率一、電子計數(shù)法測頻原理若某一信號在T秒時間內(nèi)重復(fù)變化了N次，則根據(jù)頻率的定義，可知該信號的頻率fs為（5.2-1）

通常T取l秒或其它十進時間，如0.1s，0.0ls等第五章時間、頻率和相位的測量165-2電子計數(shù)法測量頻率一、電子計數(shù)法測頻原理若某一信號計數(shù)式頻率計測頻由三部分組成時間基準(zhǔn)T產(chǎn)生電路：作用是提供準(zhǔn)確的計數(shù)時間T，也稱閘門時間脈沖T＝mTc（10ms、0.1s、1s、10s）第五章時間、頻率和相位的測量計數(shù)脈沖形成電路：作用是將被測的周期信號轉(zhuǎn)換為可計數(shù)的窄脈沖Tx。計數(shù)顯示電路：計數(shù)被測周期信號重復(fù)的次數(shù)，顯示被測信號的頻率。17計數(shù)式頻率計測頻由三部分組成第五章時間、頻率和相位的測量電子計數(shù)器的測頻原理實質(zhì)上是以比較法為基礎(chǔ)的。它將被測信號頻率fx和已知時基信號頻率fc相比，將相比的結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來。第五章時間、頻率和相位的測量被測信號被測窄脈沖信號閘門時間脈沖被測窄脈沖信號18電子計數(shù)器的測頻原理實質(zhì)上是以比較法為基礎(chǔ)的。它將被測信號頻二、誤差分析計算計數(shù)式測量頻率的方法雖有許多優(yōu)點，但也存在測量誤差。由式：（5.2-2）電子計數(shù)測頻方法引起的測頻相對誤差，由計數(shù)脈沖值的相對誤差和標(biāo)準(zhǔn)時間相對誤差兩部分組成。第五章時間、頻率和相位的測量得19二、誤差分析計算計數(shù)式測量頻率的方法雖有許多優(yōu)點，但也存在為了得到頻率測量相對誤差，分別討論兩部分相對誤差：1.脈沖計數(shù)誤差（±1誤差）

在測頻時，主門的開啟時刻與計數(shù)脈沖的出現(xiàn)不相關(guān)。脈沖的隨機出現(xiàn)使在相同的主門開啟時間T(先假定標(biāo)準(zhǔn)時間相對誤差為零)內(nèi)，計數(shù)器所計得值卻不一定相同，其值多1、或少1、或正好。這便是脈沖計數(shù)誤差（量化誤差）即±l誤差產(chǎn)生的原因。圖5.2-2脈沖計數(shù)誤差示意圖第五章時間、頻率和相位的測量20為了得到頻率測量相對誤差，分別討論兩部分相對誤差：1.脈沖下圖T為計數(shù)器的主門開啟時間，Tx為被測信號周期，Δt1為主門開啟時刻至第一個計數(shù)脈沖前沿的時間(假設(shè)計數(shù)脈沖前沿使計數(shù)器翻轉(zhuǎn)計數(shù))，Δt2為閘門關(guān)閉時刻至下一個計數(shù)脈沖前沿的時間。設(shè)計數(shù)值為N(處在T區(qū)間之內(nèi)窄脈沖個數(shù))。由圖可見：（5.2-3）（5.2-4）

第五章時間、頻率和相位的測量21下圖T為計數(shù)器的主門開啟時間，Tx為被測信號周期，Δt1為主1、考慮Δt1和Δt2都是不大于Tx的正時間量，即|ΔN|≤l2、ΔN計數(shù)增量只能為實整數(shù)，ΔN＝0、1、－l所以，脈沖計數(shù)最大絕對誤差為ΔN＝±l

（5.2-5）則脈沖計數(shù)最大相對誤差為（5.2-6）Fx：被測信號頻率T：閘門時間

第五章時間、頻率和相位的測量221、考慮Δt1和Δt2都是不大于Tx的正時間量，即|ΔN|由式可得如下結(jié)論：

脈沖計數(shù)相對誤差與被測信號頻率成反比；與閘門時間成反比。即是說被測信號頻率越高、閘門時間越寬，此項相對誤差越小。第五章時間、頻率和相位的測量23由式可得如下結(jié)論：第五章例如：若閘門時間T=ls，被測頻率fx為100Hz，則±1誤差為±1Hz；若fx為1000Hz，土l誤差也為±1Hz。

而計算其相對誤差，前者是±l％，而后者卻是±0.l％；顯然被測頻率高，相對誤差小。再如，若被測頻率fx＝100Hz，當(dāng)T＝ls時，±1誤差為±lHz，其相對誤差為土l％；當(dāng)T＝10s時土l誤差為±0.1Hz，其相對誤差為±0.1％。本例用數(shù)據(jù)表明：當(dāng)fx一定時，增大閘門時間T，可減小脈沖計數(shù)相對誤差。第五章時間、頻率和相位的測量24例如：若閘門時間T=ls，被測頻率fx為12．閘門時間誤差(標(biāo)準(zhǔn)時間誤差)：閘門時間不準(zhǔn)，造成主門啟閉時刻不準(zhǔn)，會產(chǎn)生測頻計數(shù)誤差。閘門信號T是由頻率為fc(周期為Tc)晶振信號m分頻而得，則：（5.2-7）

對上式微分，得（5.2-8）第五章時間、頻率和相位的測量252．閘門時間誤差(標(biāo)準(zhǔn)時間誤差)：閘門時間不由式(5.2-8)、(5.2-7)可知（5.2-9）考慮相對誤差定義中使用的是增量符號Δ，用增量符號代替上式中微分符號，改寫為（5.2-10）上式表明：閘門時間相對誤差在數(shù)值上等于晶振頻率的相對誤差。第五章時間、頻率和相位的測量26由式(5.2-8)、(5.2-7)可知（5.2-9）考慮相將式、代入式得（5.2-11）若考慮極限情況，測量頻率的最大相對誤差應(yīng)寫為（5.2-12）由上式可看出：提高頻率測量的準(zhǔn)確度措施是：①提高晶振頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以減小閘門時間誤差。②擴大閘門時間T或倍頻被測信號頻率以減小±1誤差。③被測信號頻率較低時，采用測周期的方法測量.第五章時間、頻率和相位的測量27將式、代入計數(shù)式頻率計的測頻準(zhǔn)確度主要取決于儀器本身閘門時間的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度和恰當(dāng)選擇閘門時間。用優(yōu)質(zhì)的石英晶體振蕩器是可以滿足一般電子測量對閘門時間準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度的要求的。第五章時間、頻率和相位的測量28計數(shù)式頻率計的測頻準(zhǔn)確度主要取決于儀器本身閘門時間的一臺可顯示8位數(shù)的計數(shù)式頻率計，取測量單位為kHz。若被測信號頻率為fx＝10MHz，當(dāng)選擇閘門時間T＝1s時，儀器顯示值為10000.000kHz；選T＝0.1s時，顯示值為010000．00kHz選T＝10ms時，顯示值為0010000．0kHz由此可見，選擇T大一些數(shù)據(jù)的有效位數(shù)多，同時量化誤差小，因而測量準(zhǔn)確度高。但是，在實際測頻時并非閘門時間越長越好，它也是有限度的。第五章時間、頻率和相位的測量閘門時間的選擇（舉例）29一臺可顯示8位數(shù)的計數(shù)式頻率計，取測量單位本例如選T＝10s，則儀器顯示為0000．0000kHz，把最高位丟了。造成虛假現(xiàn)象。原因是由于實際的儀器顯示的數(shù)字都是有限的，而產(chǎn)生了溢出造成的。所以，選擇閘門時間的原則是：

在不使計數(shù)器產(chǎn)生溢出現(xiàn)象的前提下，應(yīng)取閘門時間盡量大一些，減少量化誤差的影響，使測量的準(zhǔn)確度最高。第五章時間、頻率和相位的測量30本例如選T＝10s，則儀器顯示為0000．0000k三、測量頻率范圍的擴大

測頻時，測量的最高頻率主要取決于計數(shù)器的工作速率，而這又是由數(shù)字集成電路器件的速度所決定的。目前計數(shù)器測量頻率的上限為1GHz左右，為了能測量高于1GHz的頻率，有許多種擴大測量頻率范圍的方法。這里只介紹一種稱之為外差法擴大頻率測量范圍的基本原理。第五章時間、頻率和相位的測量31三、測量頻率范圍的擴大測頻時，測量的最高頻設(shè)計數(shù)器直接計數(shù)的頻率為fA。被測頻率為fx，fx>fA。fL為標(biāo)準(zhǔn)頻率fc經(jīng)m次倍頻的頻率。fL與fx混頻以后的差頻為：（5.2-13）當(dāng)用計數(shù)器頻率計測得fA

，被測頻率fx為：（5.2-14）經(jīng)此變頻技術(shù)處理，可使實際所測頻率高出計數(shù)器直接計數(shù)測頻mfc。圖5.2—3外差法擴頻測量的原理框圖第五章時間、頻率和相位的測量32設(shè)計數(shù)器直接計數(shù)的頻率為fA。被測頻率為fx，fx>顯示器根據(jù)倍頻開關(guān)的位置，直接顯示的就是被測頻率，并不需要人工再進行相加運算。測試時需估計fx的大致頻率范圍，并預(yù)置倍頻器開關(guān)在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。若不知fx所處的大致頻率范圍，倍頻開關(guān)置于何位置合適無法知道。也許，開關(guān)搬至兩三個位置上都得到了計數(shù)，但三者不一致，還需判別哪一種情況是準(zhǔn)確的。這樣，在實際測試時很不方便實用。第五章時間、頻率和相位的測量33顯示器根據(jù)倍頻開關(guān)的位置，直接顯示的就是被測頻率，尤其當(dāng)被測頻率可能很高時，由于倍頻器選擇性不夠高，本地振蕩頻率可能是第m次和第m±1次諧波的混合，從而導(dǎo)致錯誤的測量結(jié)果。因此，應(yīng)用這種方法對被測頻率范圍的擴展，不能擴的很寬。第五章時間、頻率和相位的測量34尤其當(dāng)被測頻率可能很高時，由于倍頻器選擇性不第五章時間、頻率和相位的測量目錄5.1概述5.2電子計數(shù)法測量頻率5.3電子計數(shù)法測量周期5.4電子計數(shù)法測量時間間隔5.5單片10MHz頻率計數(shù)器5.6其它測量頻率的方法35第五章時間、頻率和相位的測量目錄15-1概述一、時間、頻率的基本概念

1.時間的定義與標(biāo)準(zhǔn)時間是國際單位制中七個基本物理量之一，基本單位是秒（s）

“時間”在一般概念中有“時刻”“間隔”兩種含義.如圖中的矩形脈沖信號在t1時刻開始出現(xiàn)，在t2時刻消失；而t＝t2－t1，表示t1、t2這兩個時刻之間的間隔，即矩形脈沖持續(xù)的時間長度?！皶r刻”與“間隔”二者的測量方法是不同的。圖5.1－1時刻、時間間隔示意圖第五章時間、頻率和相位的測量365-1概述一、時間、頻率的基本概念圖5.1－11)、世界時（UT）：地球自轉(zhuǎn)一周所需要的時間定義一天，把它的1/86400定為1秒。誤差：10－8

歷書時（ET）：地球公轉(zhuǎn)一周所需要的時間定義一年，1900年1月1日0時起始的回歸年（太陽連續(xù)兩次“經(jīng)過”春分點所經(jīng)歷的時間）長度的1/31556925.9747為1秒。誤差：10－9第五章時間、頻率和相位的測量時間的定義：371)、世界時（UT）：第五章時間、頻率和相位的測量時間

2)、原子時（AT）：秒定義為：“秒是銫133原子（Cs133）基態(tài)的兩個超精細(xì)能級之間躍遷所對應(yīng)的輻射的9192631770個周期所持續(xù)的時間?！闭`差：10－14

3)、協(xié)調(diào)世界時(UTC):采用原子時的速率（對秒的定義）通過閏秒方法使原子時和世界時接近的時間尺度。是一種折衷的產(chǎn)物。第五章時間、頻率和相位的測量時間的定義：382)、原子時（AT）：第五章時間、頻率和相位的測量時第五章時間、頻率和相位的測量現(xiàn)在各國標(biāo)準(zhǔn)時間發(fā)播臺所發(fā)送的是協(xié)調(diào)世界時標(biāo)UTC），其精確度優(yōu)于±2×10-11s。陜西天文臺是規(guī)模較大的現(xiàn)代化授時中心,臺內(nèi)的銫原子鐘作為我國原子時間標(biāo)準(zhǔn)，它能夠保持三萬年以上正負(fù)一秒的偏差。

39第五章時間、頻率和相位的測量現(xiàn)在各國標(biāo)準(zhǔn)時間發(fā)

頻率是單位時間內(nèi)周期過程的重復(fù)、循環(huán)、或振動的次數(shù)，記為f。聯(lián)系周期與頻率的定義，不難看出f與T之間有下述關(guān)系，即：

f=1/T（5.1-2）若周期T的單位是秒，由上式可知頻率的單位就是

1/秒，即赫茲（Hz）。第五章時間、頻率和相位的測量2.頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn)

40頻率是單位時間內(nèi)周期過程的重復(fù)、循環(huán)、或振動的常用的頻率標(biāo)準(zhǔn)有石英晶體振蕩器（晶振），它使用在一般的電子設(shè)備與系統(tǒng)中。優(yōu)點：很高的機械穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性，振蕩頻率受外界因素的影響小，可以達到10-10左右的頻率穩(wěn)定度。第五章時間、頻率和相位的測量2.頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn)

41常用的頻率標(biāo)準(zhǔn)有石英晶體振蕩器（晶振），它使用在一般最準(zhǔn)確的頻率標(biāo)準(zhǔn)是原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，簡稱為原子頻標(biāo)。原子頻標(biāo)有許多種，其中銫束原子頻標(biāo)的穩(wěn)定性、制作重復(fù)性較好，高標(biāo)準(zhǔn)的頻率標(biāo)準(zhǔn)源大多采用銫束原子頻標(biāo)。第五章時間、頻率和相位的測量時間標(biāo)準(zhǔn)和頻率標(biāo)準(zhǔn)具有同一性，可由時間標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出頻率標(biāo)準(zhǔn)，也可由頻率標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)出時間標(biāo)準(zhǔn)。

一般情況下不再區(qū)分時間和頻率標(biāo)準(zhǔn)，而統(tǒng)稱為時頻標(biāo)準(zhǔn)。2.頻率的定義與標(biāo)準(zhǔn)

42最準(zhǔn)確的頻率標(biāo)準(zhǔn)是原子頻率標(biāo)準(zhǔn)，簡稱為原子頻標(biāo)。原子3．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞其一．本地比較法用戶把自己要校準(zhǔn)的裝置搬到擁有標(biāo)準(zhǔn)源的地方，或者由有標(biāo)準(zhǔn)源的主控室通過電纜把標(biāo)準(zhǔn)信號送到需要的地方，然后通過中間測試設(shè)備進行比對。使用這類方法時，環(huán)境條件可控制得很好，外界干擾可減至最小，標(biāo)準(zhǔn)的性能得以最充分利用。

缺點是作用距離有限，遠(yuǎn)距離用戶要將自己的裝置搬來搬去，會帶來許多問題和麻煩。第五章時間、頻率和相位的測量433．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞其一．本地比較法第五章時間、頻率和相位3．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞其二．發(fā)送-接收標(biāo)準(zhǔn)電磁波法

指其時間頻率受標(biāo)準(zhǔn)源控制的電磁波，或含有標(biāo)準(zhǔn)時頻信息的電磁波。擁有標(biāo)準(zhǔn)源的地方通過發(fā)射設(shè)備將上述標(biāo)準(zhǔn)電磁波發(fā)送出去，用戶用相應(yīng)的接收設(shè)備將標(biāo)準(zhǔn)電磁波接收下來，便可得到標(biāo)準(zhǔn)時頻信號，并與自己的裝置進行比對測量?，F(xiàn)在，從甚長波到微波的無線電的各頻段都有標(biāo)準(zhǔn)電磁波廣播。

第五章時間、頻率和相位的測量443．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞其二．發(fā)送-接收標(biāo)準(zhǔn)電磁波法第五章時間用標(biāo)準(zhǔn)電磁波傳送標(biāo)準(zhǔn)時頻，是時頻量值傳遞與其他物理量傳遞方法顯著不同的地方，它極大地擴大了時頻精確測量的范圍，大大提高了遠(yuǎn)距離時頻的精確測量水平。第五章時間、頻率和相位的測量3．標(biāo)準(zhǔn)時頻的傳遞45用標(biāo)準(zhǔn)電磁波傳送標(biāo)準(zhǔn)時頻，是時頻量值傳遞與其他物理量傳遞方法①具有動態(tài)性：與長度、質(zhì)量、溫度等常規(guī)量不同,必須依靠時鐘的穩(wěn)定性，期望后一個周期是下一個周期的準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)。②測量精度高：有著各種等級的時頻標(biāo)準(zhǔn)源(如前述的晶體振蕩器時鐘、銫原子時鐘等)，采用無線電波傳遞標(biāo)準(zhǔn)時頻方便、迅速，改變了傳統(tǒng)的量值傳遞方式。頻率時間測量所能達到的分辨率和準(zhǔn)確度是最高的。第五章時間、頻率和相位的測量4．頻率時間測量的特點46①具有動態(tài)性：與長度、質(zhì)量、溫度等常規(guī)量不同,必須依靠時鐘③測量范圍廣：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中所涉及到的頻率范圍是極其寬廣的，從10-8Hz到1012Hz以上,都可以做到高精度的測量。④頻率信息的傳輸和處理方便：倍頻、分頻和混頻等都比較容易，并且精確度很高.正因為如此，人們想到了通過巧妙的數(shù)學(xué)方法和先進的電子技術(shù)，將其他的物理量測量轉(zhuǎn)換為頻率(時間)的測量，以提高其測量精度。第五章時間、頻率和相位的測量4．頻率時間測量的特點47③測量范圍廣：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中所涉及到的頻率范圍是極其寬廣的根據(jù)測量頻率的原理，測頻方法大體上可作如下分類：直讀法:利用無源網(wǎng)絡(luò)頻率特性測頻法包含有電橋法和諧振法。比較法:將被測頻率信號與已知頻率信號相比較，通過觀、聽比較結(jié)果，獲得被測信號的頻率。屬比較法的有：拍頻法、差頻法、示波法。第五章時間、頻率和相位的測量48根據(jù)測量頻率的原理，測頻方法大體上可作如下分類：第五章時計數(shù)法有電容充放電式和電子計數(shù)式兩種。后者是根據(jù)頻率的定義進行測量的一種方法，它是用電子計數(shù)器顯示單位時間內(nèi)通過被測信號的周期個數(shù)來實現(xiàn)頻率的測量。第五章時間、頻率和相位的測量49計數(shù)法有電容充放電式和電子計數(shù)式兩種。第五章時間、頻率和5-2電子計數(shù)法測量頻率一、電子計數(shù)法測頻原理若某一信號在T秒時間內(nèi)重復(fù)變化了N次，則根據(jù)頻率的定義，可知該信號的頻率fs為（5.2-1）

通常T取l秒或其它十進時間，如0.1s，0.0ls等第五章時間、頻率和相位的測量505-2電子計數(shù)法測量頻率一、電子計數(shù)法測頻原理若某一信號計數(shù)式頻率計測頻由三部分組成時間基準(zhǔn)T產(chǎn)生電路：作用是提供準(zhǔn)確的計數(shù)時間T，也稱閘門時間脈沖T＝mTc（10ms、0.1s、1s、10s）第五章時間、頻率和相位的測量計數(shù)脈沖形成電路：作用是將被測的周期信號轉(zhuǎn)換為可計數(shù)的窄脈沖Tx。計數(shù)顯示電路：計數(shù)被測周期信號重復(fù)的次數(shù)，顯示被測信號的頻率。51計數(shù)式頻率計測頻由三部分組成第五章時間、頻率和相位的測量電子計數(shù)器的測頻原理實質(zhì)上是以比較法為基礎(chǔ)的。它將被測信號頻率fx和已知時基信號頻率fc相比，將相比的結(jié)果以數(shù)字的形式顯示出來。第五章時間、頻率和相位的測量被測信號被測窄脈沖信號閘門時間脈沖被測窄脈沖信號52電子計數(shù)器的測頻原理實質(zhì)上是以比較法為基礎(chǔ)的。它將被測信號頻二、誤差分析計算計數(shù)式測量頻率的方法雖有許多優(yōu)點，但也存在測量誤差。由式：（5.2-2）電子計數(shù)測頻方法引起的測頻相對誤差，由計數(shù)脈沖值的相對誤差和標(biāo)準(zhǔn)時間相對誤差兩部分組成。第五章時間、頻率和相位的測量得53二、誤差分析計算計數(shù)式測量頻率的方法雖有許多優(yōu)點，但也存在為了得到頻率測量相對誤差，分別討論兩部分相對誤差：1.脈沖計數(shù)誤差（±1誤差）

在測頻時，主門的開啟時刻與計數(shù)脈沖的出現(xiàn)不相關(guān)。脈沖的隨機出現(xiàn)使在相同的主門開啟時間T(先假定標(biāo)準(zhǔn)時間相對誤差為零)內(nèi)，計數(shù)器所計得值卻不一定相同，其值多1、或少1、或正好。這便是脈沖計數(shù)誤差（量化誤差）即±l誤差產(chǎn)生的原因。圖5.2-2脈沖計數(shù)誤差示意圖第五章時間、頻率和相位的測量54為了得到頻率測量相對誤差，分別討論兩部分相對誤差：1.脈沖下圖T為計數(shù)器的主門開啟時間，Tx為被測信號周期，Δt1為主門開啟時刻至第一個計數(shù)脈沖前沿的時間(假設(shè)計數(shù)脈沖前沿使計數(shù)器翻轉(zhuǎn)計數(shù))，Δt2為閘門關(guān)閉時刻至下一個計數(shù)脈沖前沿的時間。設(shè)計數(shù)值為N(處在T區(qū)間之內(nèi)窄脈沖個數(shù))。由圖可見：（5.2-3）（5.2-4）

第五章時間、頻率和相位的測量55下圖T為計數(shù)器的主門開啟時間，Tx為被測信號周期，Δt1為主1、考慮Δt1和Δt2都是不大于Tx的正時間量，即|ΔN|≤l2、ΔN計數(shù)增量只能為實整數(shù)，ΔN＝0、1、－l所以，脈沖計數(shù)最大絕對誤差為ΔN＝±l

（5.2-5）則脈沖計數(shù)最大相對誤差為（5.2-6）Fx：被測信號頻率T：閘門時間

第五章時間、頻率和相位的測量561、考慮Δt1和Δt2都是不大于Tx的正時間量，即|ΔN|由式可得如下結(jié)論：

脈沖計數(shù)相對誤差與被測信號頻率成反比；與閘門時間成反比。即是說被測信號頻率越高、閘門時間越寬，此項相對誤差越小。第五章時間、頻率和相位的測量57由式可得如下結(jié)論：第五章例如：若閘門時間T=ls，被測頻率fx為100Hz，則±1誤差為±1Hz；若fx為1000Hz，土l誤差也為±1Hz。

而計算其相對誤差，前者是±l％，而后者卻是±0.l％；顯然被測頻率高，相對誤差小。再如，若被測頻率fx＝100Hz，當(dāng)T＝ls時，±1誤差為±lHz，其相對誤差為土l％；當(dāng)T＝10s時土l誤差為±0.1Hz，其相對誤差為±0.1％。本例用數(shù)據(jù)表明：當(dāng)fx一定時，增大閘門時間T，可減小脈沖計數(shù)相對誤差。第五章時間、頻率和相位的測量58例如：若閘門時間T=ls，被測頻率fx為12．閘門時間誤差(標(biāo)準(zhǔn)時間誤差)：閘門時間不準(zhǔn)，造成主門啟閉時刻不準(zhǔn)，會產(chǎn)生測頻計數(shù)誤差。閘門信號T是由頻率為fc(周期為Tc)晶振信號m分頻而得，則：（5.2-7）

對上式微分，得（5.2-8）第五章時間、頻率和相位的測量592．閘門時間誤差(標(biāo)準(zhǔn)時間誤差)：閘門時間不由式(5.2-8)、(5.2-7)可知（5.2-9）考慮相對誤差定義中使用的是增量符號Δ，用增量符號代替上式中微分符號，改寫為（5.2-10）上式表明：閘門時間相對誤差在數(shù)值上等于晶振頻率的相對誤差。第五章時間、頻率和相位的測量60由式(5.2-8)、(5.2-7)可知（5.2-9）考慮相將式、代入式得（5.2-11）若考慮極限情況，測量頻率的最大相對誤差應(yīng)寫為（5.2-12）由上式可看出：提高頻率測量的準(zhǔn)確度措施是：①提高晶振頻率的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度以減小閘門時間誤差。②擴大閘門時間T或倍頻被測信號頻率以減小±1誤差。③被測信號頻率較低時，采用測周期的方法測量.第五章時間、頻率和相位的測量61將式、代入計數(shù)式頻率計的測頻準(zhǔn)確度主要取決于儀器本身閘門時間的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度和恰當(dāng)選擇閘門時間。用優(yōu)質(zhì)的石英晶體振蕩器是可以滿足一般電子測量對閘門時間準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度的要求的。第五章時間、頻率和相位的測量62計數(shù)式頻率計的測頻準(zhǔn)確度主要取決于儀器本身