電子測(cè)量教案cha

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1、第3章時(shí)間和頻率的測(cè)量1.概述2.時(shí)頻測(cè)量的技術(shù)和儀器3.常規(guī)電子計(jì)數(shù)器3.1常規(guī)電子計(jì)數(shù)器的基本測(cè)量功能3.2常規(guī)電子計(jì)數(shù)器的關(guān)鍵電路3.3常規(guī)電子計(jì)數(shù)器的測(cè)量誤差分析4.提高測(cè)量準(zhǔn)確度的方法4.1倒數(shù)計(jì)數(shù)器4.2平均測(cè)量技術(shù)4.3模擬內(nèi)插法4.4游標(biāo)法5.電子計(jì)數(shù)器的應(yīng)用1.概述（1）周期和頻率是描述周期性現(xiàn)象的重要參數(shù):（2）時(shí)間是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一（3）在電子技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，頻率的測(cè)量精確度是最高的基于量子頻標(biāo)的時(shí)頻測(cè)量,其準(zhǔn)確度已達(dá)到1E-15秒的量級(jí)（4）時(shí)間和頻率是基礎(chǔ)物理學(xué)研究的一個(gè)重要問(wèn)題近年來(lái)的諾貝爾物理獎(jiǎng)有三個(gè)都與時(shí)間和頻率標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)（5）現(xiàn)代導(dǎo)航、通信、測(cè)

2、控等依賴于時(shí)頻率測(cè)量的高精度一些設(shè)備已用上了飛秒(1E-15秒)量級(jí)的技術(shù)時(shí)間與頻率基準(zhǔn)（1）采用天文觀測(cè)方法，將一天分為得到的秒，經(jīng)過(guò)校正，其穩(wěn)定度為（2）以1900年1月1日0時(shí)起回歸年長(zhǎng)度的31556925.9747分之一作為秒的定義，其準(zhǔn)確度可達(dá)（3）引進(jìn)微觀計(jì)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，采用銫133（Cs133）原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)之間躍遷所對(duì)應(yīng)的9192631770個(gè)周期的持續(xù)時(shí)間為一秒，其準(zhǔn)確度可達(dá),最好的已達(dá)1E-15.ATUTET（4）2002年以來(lái)，“光鐘”成為國(guó)際計(jì)量科學(xué)發(fā)展的一個(gè)新熱點(diǎn)，它以原子分子在光學(xué)波段的躍遷頻率為頻率標(biāo)準(zhǔn)。光鐘的建立，有望使人類在頻率測(cè)量與實(shí)現(xiàn)方面的水平

3、提高到1E-18到1E-22的量級(jí)。2.時(shí)頻測(cè)量的技術(shù)和儀器2.1時(shí)頻測(cè)量技術(shù)（1）直接法利用無(wú)源網(wǎng)絡(luò)的頻率特性來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率的直接測(cè)量。A.諧振法B.電橋法R2R3C1R4R1C2μA50kHz～1.2GHz,準(zhǔn)確度0.1～1%50kHz以下，±（0.5～1）%2.1時(shí)頻測(cè)量技術(shù)（2）轉(zhuǎn)換法采用“頻率—電壓”轉(zhuǎn)換法測(cè)頻。---頻率可達(dá)幾兆赫，誤差一般為百分之幾---優(yōu)點(diǎn)：連續(xù)監(jiān)視頻率的變化（3）比較法將被測(cè)頻率信號(hào)與已知頻率信號(hào)相比較來(lái)測(cè)頻。A.模擬比較法:拍頻法、差頻法和示波器法B.計(jì)數(shù)器法:利用電子計(jì)數(shù)器來(lái)測(cè)試時(shí)間和頻率----目前時(shí)頻測(cè)量?jī)x器所采用的主要測(cè)量方法2.2電子計(jì)數(shù)器（1

4、）1952年,HP公司生產(chǎn)了第一臺(tái)用數(shù)碼管顯示的HP524A型10MHz電子計(jì)數(shù)器（2）現(xiàn)代電子計(jì)數(shù)器分為通用頻率計(jì)數(shù)器/定時(shí)器和微波計(jì)數(shù)器兩類電子計(jì)數(shù)器能夠測(cè)量頻率的上限達(dá)15～20GHz微波計(jì)數(shù)器能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)46GHz微波信號(hào)的頻率測(cè)量通過(guò)內(nèi)部電路的重構(gòu)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)多種測(cè)量功能頻率、頻率比、周期、單一周期、時(shí)間間隔、上升時(shí)間/下降時(shí)間、占空比、脈寬、相位、電壓電平、累加計(jì)數(shù)等通過(guò)內(nèi)置微處理器實(shí)現(xiàn)各種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、分析和顯示功能Agilent53230A通用頻率計(jì)數(shù)器/定時(shí)器2個(gè)通道、DC～350MHz可選第3通道,6～15GHz基本功能:頻率、頻率比、周期、單一周期、時(shí)間間隔、上升時(shí)間

5、/下降時(shí)間、占空比、脈寬、相位、電壓電平、累加計(jì)數(shù)增加選件實(shí)現(xiàn)脈沖微波測(cè)量功能支持連續(xù)無(wú)間隙測(cè)量，調(diào)制域分析內(nèi)置數(shù)學(xué)分析和統(tǒng)計(jì)功能，計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差、阿倫偏差等提供數(shù)據(jù)記錄趨勢(shì)圖、累積直方圖顯示功能12位/秒頻率測(cè)量分辨率20ps單次時(shí)間間隔分辨力75,000個(gè)頻率讀數(shù)/秒90,000個(gè)時(shí)間間隔讀數(shù)/秒1MSa/s無(wú)間隙頻率/時(shí)間戳3.常規(guī)電子計(jì)數(shù)器3.1基本測(cè)量功能（1）頻率測(cè)量測(cè)頻原理圖工作波形圖（2）周期測(cè)量多周期平均測(cè)量:（3）頻率比測(cè)量計(jì)算公式？（4）時(shí)間間隔測(cè)量（5）累加計(jì)數(shù)功能一個(gè)輸入通道是用于連接產(chǎn)生計(jì)數(shù)脈沖的信號(hào)源,主門時(shí)間的控制可以有多種方式:一種方式是由時(shí)標(biāo)信

6、號(hào)來(lái)控制主門的開啟時(shí)間；另一種方法是由兩個(gè)單獨(dú)的通道分別控制主門的“打開”與“關(guān)閉”；甚至是通過(guò)儀器前面板的開關(guān)由人工控制主門的“打開”與“關(guān)閉”。3.2關(guān)鍵電路（1）輸入調(diào)節(jié)電路施密特觸發(fā)器的遲滯特性:--靈敏度--觸發(fā)電平控制（a）輸入信號(hào)必須穿越高低兩個(gè)遲滯電平（b）信號(hào)振鈴不會(huì)引起錯(cuò)誤計(jì)數(shù)（a）不合適的觸發(fā)電平（b）正確地提高遲滯電平（c）正確地降低遲滯電平（2）時(shí)基電路-晶振晶體振蕩器有三種基本類型：室溫晶體振蕩器（RTXO）溫度補(bǔ)償晶體振蕩器（TCXO）恒溫控制晶體振蕩器（OCXO）晶振的頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度是指在一定的時(shí)間間隔內(nèi)頻率準(zhǔn)確度的變化。對(duì)穩(wěn)定度的描述主要有長(zhǎng)期穩(wěn)

7、定度和短期穩(wěn)定度兩種。長(zhǎng)期穩(wěn)定度：老化率，通常用一個(gè)月或者一天內(nèi)晶振的頻率變化來(lái)表示。短期穩(wěn)定度：噪聲引起的隨機(jī)頻率波動(dòng)和相位抖動(dòng)，通常用阿侖方差來(lái)描述。3.3測(cè)量誤差分析（1）測(cè)頻誤差分析第一項(xiàng)ΔN／N是數(shù)字化儀器所特有的計(jì)數(shù)誤差---量化誤差第二項(xiàng)Δfc／fc是時(shí)基誤差誤差傳遞公式A.量化誤差：也稱為±1誤差。是數(shù)字化儀器所特有的計(jì)數(shù)誤差。-主門的開啟時(shí)刻與被測(cè)信號(hào)之間不同步；-門控時(shí)間接近被測(cè)信號(hào)周期的整數(shù)倍時(shí)誤差最大。?ttx?tt0T