计量方法与误差理论CH时间频率计量PPT学习教案

1、会计学1 计量方法与误差理论计量方法与误差理论CH时间频率计量时间频率计量 世界时（UT,Universal Time）:以地球自转为基础的时间计量系统。以地球自转周期(1天)确定的时 间，即1/(246060)=1/86400为1秒。其误差约为107量级。 参考点： 平太阳时(mean solar time )：由于地球自转周期存在不均匀性，以假想 的平太阳作为基本参考点。 零类世界时（UT0 ）：以平太阳的子夜0时为参考。 第一类世界时（UT1）：对地球自转的极移效应（自转轴微小位移） 作修正得到。 第二类世界时（UT2）：对地球自转的季节性变化（影响自转速率） 作修正得到。准确度为310

2、8 以本初子午线的平子夜起算的平太阳时，又称格林威治平时或格林威治时间。 第1页/共24页 历书时（ET, ephemeris time ）:以地球公转为基础的时间计量系统。公转周 期（1年）的31 556 925.9747分之一为1秒。参考点为1900年1月1日0时 （国际天文学会定义）。准确度达1109 。于1960年第11届国际计量 大会接受为“秒”的标准。 原子时（atomic time），以物质的原子内部发射的电磁振荡频率为基准的时 间计量系统， 一种均匀的时间计量系统。原子时的初始历元规定为 1958年1月1日世界时0时，秒长定义为铯 -133 原子基态的两个超精细能 级间在零磁场

3、下跃迁辐射9192631770周所持续的时间 。 原子时的秒长 规定为国际单位制的时间单位，作为三大物理量的基本单位之一。 由于世界时存在不均匀性和历书时的测定精度低，1967年起，原 子时已取代历书时作为基本时间计量系统 。 第2页/共24页 协调世界时（coordinated universal time，UTC ）:又称世界统一时间，世界标准时 间。以国际制秒(SI)为基准，用正负闰秒的方法保持与世界时相差在一 秒以内的一种时间。协调世界时是以原子时秒长为基础，在时刻上尽 量接近于世界时的一种时间计量系统。 位于巴黎的国际地球自转事务中央局负责决定何时加入闰秒。一般 会在每年的6月30日

4、、12月31日的最后一秒进行调整。 应用：网络时间协议 第3页/共24页 hEf/ （h=6.625210-27为普朗克常数） 3.时间频率标准 可从时间标准导出的频率标准。包括精密钟、音叉、高稳定石英晶体振荡器和各种原子频率标准（时间和频率共用一个基准） 石英晶体振荡器 第4页/共24页 (1)铯原子频标 国际规定的复现秒定义的标准装置。大铯钟和小铯钟。准确度10- 14,长期稳定度10-14 (3)氢原子频标 主动型氢激射器，从氢原子中选出高能级的原子送入谐振腔，原 子从高能级向低能级跃迁，辐射出频率准确的电磁波。 长/短期稳定性好10-1410-15 准确度10-12 缺点：结构庞大复杂

5、，价格昂贵 第5页/共24页 4. 频率稳定度 0 0 , x f fff f 频率稳定度 频率准确度只能表示当前测量（取样时间）的准确度，它是时间t的函数 。频率准确度随时间的变化即为频率稳定度。它表征频率源维持其 工作于恒定频率上的能力。 长期、短期稳定度：长期年、月、日；短期秒级。 第6页/共24页 -日老化率 对石英振荡器，通常用一天内的频率平均漂移作为长期稳定度的 表征，叫做“日老化率”。（如时间轴的时间取为一天） 日老化率的测量：每天的“日老化率”会有所变化，实际中连续 测一周或一个月。设每天测一个数据，共测n天，得f1,f2, fi,fn, 利用最小二乘法拟合得到老化曲线: 则其

6、斜率 (估计值)相对f0比值即为日老化率。 ft 0 K f 1 2 1 () () () n ii i n i i fftt tt 最小二乘法： 第7页/共24页 maxmin 0 ff S f 第8页/共24页 2 2 1 00 1 1 n i i fn f f ffn 2 1 0 1 2 m ii i a ff fm 短稳的测量方法:差频倍增法 第9页/共24页 （1）时间间隔的计量 两个信号分别控制闸门开启和关闭 5. 时间频率的计量 第10页/共24页 利用时间间隔的测量，可以测量两个同频率的信号之间的相位差。 第11页/共24页 直接计量法测频 规定的闸门时间内，对被计量信号进行计

7、数 （2）频率值的计量 放 大 整 形主 闸 门计 数 显 示 控 制 电 路 时 基 分 频 系 统 恒 温 晶 振 A输 入 标频晶体振荡器所产生的稳定的频率信号分频产生准确的时基信号（如秒信号），并用它控 制一个闸门。被测信号经过该闸门后，由计数器计数。当时基信号为1s时，所计数的结果就 严格等于被测信号的频率值。 量化误差及精度（10-710-10） 第12页/共24页 放 大 整 形主 闸 门计 数 显 示 控 制 电 路 时 基 分 频 系 统 恒 温 晶 振 A输 入 第13页/共24页 差频周期法测频 将被计量信号与标准频率信号混频，取出差拍信号，然后用测周 法测出差拍信号的频

8、率 原理：当两个频率值相近的频标信号混频后再测量其差拍周期值时，对 差拍周期的测量精度反映到对被测信号的测量精度时提高了一个倍增因子 。该因子就等于被测信号频率与差拍信号频率的比值，常常可以把测量精 度或分辨率提高数万到上百万倍。 第14页/共24页 频差倍增法测频 将差拍信号周期扩大，再进行测量以提高精度 若被测频率fx=1.0001MHz，标准频率信号f0=1MHz，闸门时间1秒，欲 把1误差产生的测频误差减少到10-9，问倍增器的倍增系数mn应取值 多大？ 第15页/共24页 最大公因子频率：对任意两个频率信号f1和f2，当f1=A*f0，f2=B*f0 时（A、B为互素正整数），f0就

9、是f1和f2之间的最大公因子频率fmaxc 。 最小公倍数周期Tminc:在一个Tminc内，两信号间的相位差状 态都有一些值，它们分别等于信号间的相对初始相位差加0 , ,2 , TT 21 max ff f T c 第16页/共24页 相位比较法测频 n线性比相法 FIG5-2-2 频标比对 鉴相器输出的电压或电流信号与两个信号的相位差成正比 变化内两信号的累计相位差为取样时间 T T f f 第17页/共24页 n时差法与双混频器时差法 将频率信号转化为时间信号，送到时间间隔计数器计量时差。 双混频器时差法引入中介源，P 116 FIG 5-7-1 通过双重混频，信号间的时差被倍增了 0 f 被 测 频 率 fx 双 平 衡 混 频 器 移 相 器 公 共 振 荡 器 双 平 衡 混 频 器 参 考 频 率 f0 低 通 滤 波 器 放 大 器 时 间 间 隔 计 数 器 低 通 滤 波 器 放 大 器 第18页/共24页 6. 时间频率量值的传递 直接检定 搬运钟比对 利用电磁波信号接收比对 （1）利用电视信号 （2）利用卫星 GPS全球定位系统 俄全球卫星导航系统（格罗纳斯） 欧洲“伽利略”卫星导航 北斗导航系统 第19页/共24页 利用汽车、飞机或轮船等交通工具将由频率标准、数字钟、直流电源或电源变换器等组成的便携钟由时间参考点