JJF 2123-2024 锁相放大器校准规范

中华人民共和国国家计量技术规范JJF2123—2024锁相放大器校准规范CalibrationSpecificationforLock-inAmplifiers2024-06-14发布2024-12-14实施国家市场监督管理总局发布JJF2123—2024锁相放大器校准规范CalibrationSpecificationforLock-inAmplifiers→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→→归口单位:全国无线电计量技术委员会主要起草单位:中国电子科技集团公司第十研究所参加起草单位:中国测试技术研究院重庆市计量质量检测研究院本规范委托全国无线电计量技术委员会负责解释JJF2123—2024本规范主要起草人:张靖悉(中国电子科技集团公司第十研究所)胡勇(中国电子科技集团公司第十研究所)潘柳(中国电子科技集团公司第十研究所)参加起草人:何山(中国测试技术研究院)祝贵军(重庆市计量质量检测研究院)于晨阳(中国电子科技集团公司第十研究所)JJF2123—2024Ⅰ引言 1范围 (1)2引用文件 (1)3概述 (1)4计量特性 (1)4.1时基输出频率 (1)4.2内部参考源输出频率 (1)4.3内部参考源输出幅度 (2)4.4共模抑制比 (2)4.5幅度测量 (2)4.6相位测量 (2)4.7直流输出电压 (2)4.8直流电压测量 (2)4.9输入噪声 (2)5校准条件 (2)5.1环境条件 (2)5.2测量标准及其他设备 (2)6校准项目和校准方法 (3)6.1外观及工作正常性检查 (4)6.2时基输出频率 (4)6.3内部参考源输出频率 (4)6.4内部参考源输出幅度 (4)6.5共模抑制比 (5)6.6幅度测量 (6)6.7相位测量 (8)6.8直流输出电压 (9)6.9直流电压测量 (9)6.10输入噪声 (10)7校准结果表达 (10)8复校时间间隔 (11)附录A原始记录内页格式 (12)附录B校准证书内页格式 (15)附录C主要项目校准不确定度评定示例 (18)JJF2123—2024ⅡJJF1071—2010《国家计量校准规范编写规则》和JJF1059.1—2012《测量不确定度评定与表示》共同构成支撑本规范编制工作的基础性系列规范。本规范为首次发布。JJF2123—20241锁相放大器校准规范1范围本规范适用于频率范围在600MHz以下的锁相放大器的校准。I/Q解调放大器也可参考。2引用文件本规范无引用文件。3概述锁相放大器用于检测微弱交流信号,为了避免噪声对测量的影响,采用的核心技术是相敏检测技术,利用与待测信号有相同频率和固定相位关系的参考信号作为基准,滤掉与其频率不同的噪声,从而分析检测出有用信号成分。锁相放大器由信号通道模块、参考通道模块和相敏检测模块组成。参考通道模块为相敏检测器提供作为基准的参考信号,参考信号可采用外部源也可用内部源,一般默认为内部源。锁相放大器一般还具备辅助输入输出通道,用于直流输出和直流测量。原理图如图1所示。图1锁相放大器构成原理图4计量特性4.1时基输出频率最大允许误差:±1×10-6。4.2内部参考源输出频率频率范围:1mHz~600MHz;最大允许误差:±1×10-6。JJF2123—202424.3内部参考源输出幅度幅度范围:10mV~10V(有效值)。最大允许误差:±1%(10Hz≤f≤500kHz);±2%(500kHz<f≤4MHz);±5%(4MHz<f≤100MHz);±10%(100MHz<f≤600MHz)。4.4共模抑制比≥90dB(100Hz)。(适用于具备差分输入的锁相放大器)4.5幅度测量频率范围:10Hz~600MHz。测量范围:10mV~1V(有效值)。最大允许误差:±1%(10Hz≤f≤200kHz);±2%(200kHz<f≤4MHz);±5%(4MHz<f≤100MHz);±10%(100MHz<f≤600MHz)。4.6相位测量频率范围:10Hz~100kHz;测量范围:-180°~180°;最大允许误差:±1°。4.7直流输出电压电压范围:-10V~+10V;最大允许误差:±(0.1%×设置值+0.02V)。4.8直流电压测量测量范围:-10V~+10V;最大允许误差:±(0.1%×读数+0.02V)。4.9输入噪声12。≤1012。注:以上技术指标不作符合性判别,仅提供参考。5校准条件5.1环境条件5.1.1环境温度:(23±5)℃。5.1.2相对湿度:≤80%。5.1.3电源电压及频率:(220±11)V,(50±1)Hz。5.1.4周围无影响正常校准工作的电磁干扰和机械振动。5.2测量标准及其他设备5.2.1交流电压表频率范围:10Hz~4MHz;JJF2123—20243量程范围:10mV~10V;最大允许误差:±(0.3%~0.8%)。5.2.2直流电压表量程范围:10mV~10V;最大允许误差:±(0.01%×读数+1mV)。5.2.3功率计频率范围:100kHz~600MHz;功率测量范围:-30dBm~20dBm;绝对功率测量最大允许误差:±0.09dB。5.2.4衰减器频率范围:100kHz~600MHz;衰减范围:0dB~40dB;5.2.:0.04dB(k=2)。频率范围:1mHz~600MHz;频率测量最大允许误差:±1×10-8。5.2.6正弦波发生器(2台)频率范围:10Hz~600MHz;频率最大允许误差:±1×10-6;幅度范围:10mV~1V;幅度最大允许误差:±2%。5.2.7多功能校准源交流电压频率范围:10Hz~1MHz;交流电压范围:10mV~10V;交流电压最大允许误差:±(0.3%~0.8%);直流电压范围:-10V~+10V;直流电压最大允许误差:±(0.01%×设置值+0.001V)。5.2.8标准相位源频率范围:10Hz~100kHz;测量范围:0°~360°;最大允许误差:±0.3°。5.2.9功分器频率范围:DC~600MHz;通道一致性:≤0.1dB。5.2.1050Ω负载。6校准项目和校准方法校准项目如表1所示。JJF2123—20244表1校准项目表序号校准项目1时基输出频率2内部参考源输出频率3内部参考源输出幅度4共模抑制比(适用于具备差分输入的锁相放大器)5幅度测量6相位测量7直流输出电压8直流电压测量9输入噪声6.1外观及工作正常性检查被校锁相放大器的开关、旋钮、按键等应能够正常工作。仪器不应有影响电气性能的机械损伤。将检查结果记录在附录A的A.1中。6.2时基输出频率6.2.1按图2连接仪器。图2时基输出频率校准连接示意图6.2.2使用频率计连续测量频率值3次,取其算术平均值的绝对值作为频率测量值,记录于附录A的A.2中。6.3内部参考源输出频率6.3.1按图3连接仪器。图3内部参考源输出频率校准连接示意图6.3.2复位锁相放大器,设置锁相放大器内部参考源输出幅度1V左右,偏置为0V,分别设置锁相放大器内部参考源输出频率为高、中、低3个频点,每个频点用频率计连续测量频率值3次,取其算术平均值的绝对值作为频率测量值,记录于附录A的A.3中。6.4内部参考源输出幅度JJF2123—202456.4.1适用于频率为10Hz~4MHz的内部参考源输出幅度校准。6.4.1.1按图4连接仪器,如果内部参考源输出幅度是差分输出,则连接“+”输出端至交流电压表。图410Hz~4MHz内部参考源输出幅度校准连接示意图6.4.1.2复位锁相放大器,设置锁相放大器内部参考源输出幅度的偏置为0V。6.4.1.3设置锁相放大器内部参考输出的幅度值和频率值,幅度和频率的选点覆盖高、中、低,读取交流电压表测量值,记入附录A的A.4.1中。6.4.2适用于频率为4MHz~600MHz的内部参考源输出幅度校准。6.4.2.1按图5连接仪器,当被测信号幅度较大时,根据功率计量程范围,接入衰减。图54MHz~600MHz内部参考源输出幅度校准连接示意图6.4.2.2复位锁相放大器,设置锁相放大器内部参考源输出幅度的偏置为0V。6.4.2.3设置锁相放大器内部参考源输出幅度的幅度值和频率值,幅度和频率的选点0),则功率测量值P=P0+A,再按公式(1)换算为电压有效值y,记入附录A的覆盖高、0),则功率测量值P=P0+A,再按公式(1)换算为电压有效值y,记入附录A的A.4.2A.4.2中。式中:(1)(1)y—输出幅度的电压有效值,V;P—输出幅度的功率测量值,dBm。6.5共模抑制比6.5.1按图6(a)连接仪器,将内部参考信号的“正”接入“信号输入+”,“地”接入“信号输入-”端,电缆等长。(a)(b)图6共模抑制比校准连接示意图JJF2123—202466.5.2复位锁相放大器,设置锁相放大器内部参考源输出幅度为1V,频率根据锁相放大器共模抑制比指标进行设置(一般建议100Hz或1kHz)。6.5.3设置锁相放大器的输入耦合为直流耦合,输入为“电压”,参考源为内部参考,输入模式为差分模式,内部参考源输出幅度的直流偏置为0V,显示设置为幅度测量。调整输入量程为1V,使幅度测量值稳定有显示,等待测量值稳定后,读取差模电压测量值Vd,记入附录A的A.5中。6.5.4按图6(b)连接仪器,连接到“信号输入+”和“信号输入-”端的电缆等长。6.5.5调整输入量程为适当值,使幅度测量值稳定有显示,等待测量值稳定后,读取共模电压测量值Vc,按公式(2)计算出共模抑制比CMRR,记入附录A的A.5中。式中:CMRR—共模抑制比,dB;V式中:CMRR—共模抑制比,dB;Vc—共模电压测量值,V;Vd—差模电压测量值,V。6.6幅度测量6.6.1适用于具备波形为正弦波、幅度和频率范围满足要求的内部参考源输出幅度的锁相放大器。6.6.1.1频率小于或等于4MHz幅度测量按图7(a)连接仪器,频率大于4MHz幅度测量按图7(b)连接仪器。(a)频率小于或等于4MHz(b)频率大于4MHz图7幅度测量校准连接示意图6.6.1.2复位锁相放大器,设置锁相放大器的输入耦合为直流耦合,参考源为内部参考,内部参考源输出幅度的偏置为0V,显示幅度测量值。6.6.1.3设置锁相放大器的频率和输入量程,设置滤波器时间常数为适当值,设置锁相放大器内部参考源输出幅度(建议幅度值等于输入量程,如果不能达到,至少要为输入量程的30%以上)。等待测量值稳定后,读取锁相放大器幅度测量值VX,读取交流JJF2123—20247电压表或功率计的测量值作为幅度标称值VN,按公式(3)计算幅度测量示值误差Δ,记入附录A的A.6中。式中:Δ=VX-VN式中:Δ—幅度测量示值误差,V;VX—幅度测量值,V;VN—幅度标称值,V。6.6.1.4改变锁相放大器的频率和输入量程,输入量程和频率选择覆盖高、中、低,重复步骤6.6.1.3。6.6.2适用于内部参考源输出幅度波形不为正弦波或正弦波幅度和频率范围不满足要求的锁相放大器。6.6.2.1频率小于或等于1MHz幅度测量按图8(a)连接仪器;频率大于1MHz幅度测量按图8(b)连接仪器。当频率大于4MHz时,使用功分器和功率计;当频率小于或等于4MHz,使用三通代替功分器,使用交流电压表代替功率计。根据锁相放大器外部参考输入电平要求的范围,设置正弦波发生器1的电平为一个适当值。(a)频率小于或等于1MHz(b)频率大于1MHz图8幅度测量校准连接示意图JJF2123—202486.6.2.2复位锁相放大器,设置锁相放大器的输入耦合为直流耦合,参考源为外部参考,显示幅度测量值。6.6.2.3设置正弦波发生器1和正弦波发生器2或多功能校准源的频率,频率设为相同值。设置锁相放大器的输入量程,设置滤波器时间常数为适当值,根据锁相放大器量程设置多功能校准源或正弦波发生器2的输出电平(建议使幅度值等于输入量程,如果不能达到,至少要为输入量程的30%以上)。打开正弦波发生器1和正弦波发生器2或多功能校准源的输出,等待测量值稳定后,读取锁相放大器幅度测量值VX,读取多功能校准源设置值或功率计或交流电压表的测量值作为幅度标称值VN,按公式(3)计算幅度测量示值误差Δ,记入附录A的A.6中。6.6.2.4改变锁相放大器输入量程,改变正弦波发生器1和正弦波发生器2或多功能校准源频率,选点覆盖高、中、低,重复步骤6.6.2.3。6.6.3适用于具备自触发功能的锁相放大器。6.6.3.1频率小于或等于4MHz幅度测量按图9(a)连接仪器,频率大于4MHz幅度测量按图9(b)连接仪器。复位锁相放大器,设置锁相放大器的输入耦合为直流耦合,输入阻抗为50Ω,参考源为外部参考,显示幅度测量值,输入通道选择为“信号输入”。(a)频率小于或等于4MHz(b)频率大于4MHz图9幅度测量校准连接示意图6.6.3.2设置正弦波发生器的频率。设置锁相放大器的输入量程,设置信号发生器的输出电平(建议使幅度值等于输入量程,如果不能达到,至少要为输入量程的30%以上)。打开正弦波发生器的输出,等待测量值稳定后,读取锁相放大器幅度测量值VX,读取交流电压表或功率计的测量值作为幅度标称值VN,按公式(3)计算幅度测量示值误差Δ,记入附录A的A.6中。6.6.3.3改变正弦波发生器的频率和锁相放大器输入量程,输入量程和频率选择覆盖高、中、低,重复步骤6.6.3.2。6.7相位测量6.7.1仪表连接如图10所示,标准相位源输出到锁相放大器输入用等长电缆连接。JJF2123—20249图10相位测量校准连接示意图6.7.2复位锁相放大器,设置锁相放大器为直流耦合,参考源为外部参考,设置滤波器时间常数为适当值,显示相位测量值。根据锁相放大器外部参考输入幅度要求,设置标准相位源参考输出幅度为适当值。设置标准相位源可变输出幅度为适当值,并设置锁相放大器适当的输入量程。6.7.3设置标准相位源频率。设置参考输出和可变输出相位均为0°,打开标准相位源输出。等待锁相放大器测量值稳定后,读取相位测量值θ0,记入附录A的A.7中。6.7.4设置可变相位输出相位为45°,等待锁相放大器测量值稳定后,读取相位测量值θ1,将此时可变相位输出设置的相位值作为相位标称值记入附录A的A.7中,6.7.5按式(4)计算θ1-θ0的值作为相位测量值Φ记入附录A的A.7中。式中:Φ—相位测量值式中:Φ—相位测量值,(°);θ0—标准相位源输出0°相位时,锁相放大器相位测量读数值,(°);θ1—标准相位源输出不为0°相位时,锁相放大器相位测量读数值,(°)。6.7.6改变可变相位输出相位值,步进建议90°,选点覆盖4个象限。重复步骤6.7.4、6.7.5。6.7.7改变标准相位源频率,在10Hz~100kHz频率范围内,选择高、中、低点,重复步骤6.7.3~6.7.6。6.8直流输出电压6.8.1仪表连接如图11所示,使用50Ω终端负载,连接至信号输入端口。图11直流输出电压校准连接示意图6.8.2复位锁相放大器,设置锁相放大器的参考源为内部参考。设置锁相放大器直流输出电压值(如果测量模拟直流输出,设置偏置值,单位为百分比;如果测量数字直流输出,设置电压值,单位为V),电压选点覆盖为高、中、低点,读取直流电压表测量值,记录于附录A的A.8中。6.9直流电压测量6.9.1仪表连接如图12所示,使用50Ω终端负载,连接至信号输入端口。JJF2123—202410图12直流电压测量校准连接示意图6.9.2复位锁相放大器,设置锁相放大器的参考源为内部参考。设置锁相放大器的测量显示通道为被测直流输入通道。6.9.3设置多功能校准源输出直流电压为DN,电压输出值分别覆盖高、中、低,等待锁相放大器读数稳定后,读取直流电压测量值DX,按公式(5)计算直流电压测量示值误差Δ,记入附录A的A.9中。式中:Δ=DX-DN式中:Δ—直流电压测量示值误差,V;DX—直流电压测量值,V;DN—直流电压标称值,V。6.10输入噪声6.10.1仪表连接如图13所示,使用50Ω终端负载,连接至信号输入端口。图13输入噪声校准连接示意图6.10.2复位锁相放大器,设置锁相放大器的参考源为内部参考,根据被测锁相放大器的指标,设置合适的内部参考频率和锁相放大器灵敏度。如果有“低噪声”模式,选择“低噪声”模式。6.10.3设置锁相放大器显示噪声测量值。等待锁相放大器读数稳定后,读取显示测量值,记录于附录A的A.10中。7校准结果表达锁相放大器校准后,出具校准证书。校准证书至少应包含以下信息:a)标题:“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和应用有关时,应说明被校对象的JJF2123—202411接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书及校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的说明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书的声明。8复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行确定,推荐为1年。JJF2123—202412附录A原始记录内页格式A.1外观及工作正常性检查A.2时基输出频率标称值实测值A.3内部参考源输出频率内部参考源输出幅度频率设置值频率实测值A.4内部参考源输出幅度A.4.1方法一频率幅度设置值幅度测量值A.4.2方法二频率幅度设置值标准衰减量A功率计测量值P0幅度测量值A.5共模抑制比频率差模电压测量值共模电压测量值共模抑制比测量值JJF2123—202413A.6幅度测量频率幅度标称值VN锁相放大器幅度测量值VX锁相放大器幅度测量示值误差ΔA.7相位测量频率标称值θ0测量值θ1测量值锁相放大器相位测量值10Hz45°135°215°305°…45°135°215°305°A.8直流输出电压通道偏置设置值/%电压设置值/V实测值JJF2123—202414A.9直流电压测量通道直流标称值DN锁相放大器直流测量值DX锁相放大器直流测量示值误差ΔA.10输入噪声频率实测值JJF2123—202415附录B校准证书内页格式B.1外观及工作正常性检查B.2时基输出频率标称值实测值U(k=2)B.3内部参考源输出频率内部参考源输出幅度频率设置值频率实测值U(k=2)B.4内部参考源输出幅度B.4.1正弦波幅度(方法一)频率幅度设置值幅度测量值U(k=2)B.4.2正弦波幅度(方法二)频率幅度设置值标准衰减量A功率计测量值P0幅度测量值U(k=2)B.5共模抑制比频率差模电压测量值共模电压测量值共模抑制比测量值U(k=2)JJF2123—202416B.6幅度测量频率幅度标称值VN锁相放大器幅度测量值VX锁相放大器幅度测量示值误差ΔU(k=2)B.7相位测量频率标称值θ0测量值θ1测量值锁相放大器相位测量值U(k=2)10Hz45°135°215°305°…45°135°215°305°B.8直流输出电压通道偏置设置值/%电压设置值/V实测值U(k=2)JJF2123—202417B.9直流电压测量通道直流标称值DN锁相放大器直流测量值DX锁相放大器直流测量示值误差ΔU(k=2)B.10输入噪声频率实测值U(k=2)JJF2123—202418附录C主要项目校准不确定度评定示例C.1内部参考源输出频率不确定度评定C.1.1测量方法使用频率计直接测量被校锁相放大器内部参考源输出频率。以使用53131A频率计校准锁相放大器内部参考源输出幅度频率1kHz信号为例,进行不确定度评定。C.1.2不确定度来源经分析,不确定度来源有以下2项:a)频率计计数不准引入的不确定度分量u1;b)测量重复性引入的不确定度分量u2。C.1.3标准不确定度的评定C.1.3.1频率计频率测量准确度引入的不确定度分量u1频率计频率测量最大允许误差为±1×10-8,区间半宽度a=1×10-8,概率分布C.1.3.2测量重复性引入的不确定度分量u2为均匀分布,包含因子k=3,由此引入的标准不确定度为:u=a/k=1×10-8/3≈5.8×C.1.3.2测量重复性引入的不确定度分量u2测量重复性引入的不确定度。采用频率计53131A对锁相放大器正弦波输出的频率(1kHz)进行测量,频率计闸门时间为1s,独立重复测量6次,数据见表C.1。表C.1独立重复测量6次测量值次数测量值/kHz10.999997820.999997230.999998140.999998350.999997660.9999971x0.9999970C.1.准,的相对标准不确定度u2=s/x=4.8×10-7。各标准不确定度分量汇总表见表C.2。JJF2123—202419表C.2内部参考源输出频率不确定度分量汇总表序号不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度1u1频率计频率测量准确度B均匀 35.8×10-92u2测量重复性A——4.8×10-7C.1.5合成标准不确定度根据表C.1,各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为:C.1.6C.1.6扩展不确定度C.2取源k,幅c.0×10-6(k=2)C.2.1测量模型以使用功率座8482A和衰减器8491B校准锁相放大器UHF正弦波输出为例,进行不确定度评定。依据校准原理,输出电平的测量模型:式中:(C.1)y—正弦波输出幅度测量值,V;P0—功率计读数值,dBm;A—衰减器衰减值,dB。C.2.2不确定度来源及合成标准不确定度计算公式C.2.2.1不确定度来源经分析,不确定度分量来源包括:a)功率测量引入的不确定度分量u(P0)。b)衰减器衰减值不准引入的不确定度分量u(A)。经分析,上述各分量之间彼此不相关,对各分量求偏导,得到的灵敏系数c为:=c2=≈1.88由于在测量过程中一些其他非理想因素的影响,引入的不确定度分量包括:c)失配引入的不确定度分量u3。d)测量重复性引入的不确定度分量u4。C.2.2.2合成标准不确定度计算公式根据上面分析结果,合成标准不确定度计算公式如下:C.2.3标准不确定度1·u(P0)]2+[c2·u(A)]2+u+uJJF2123—202420C.2.3.1功率测量引入的不确定度分量u(P0)a)功率传感器的校准因子引入的不确定度分量ua功率传感器校准因子的最大允许误差为:±2%,则区间半宽度a=2%,在区间内均匀分布,包含因子k=3,由此引入的标准不确定度为:b)功率计的替代功率测量不准引入的不确定度分量ubua=a/k=2%/b)功率计的替代功率测量不准引入的不确定度分量ub功率计的替代功率是由它的功率指示器测量的,查说明书功率指示器的允许误差极引入的标准不确定度为:限为:±0.5%,则区间半宽度a=0.5%,在区间内均匀分布,包含因子k=3,引入的标准不确定度为:ub=a/k=0.5%/3≈0.3%上述2个分量彼此互不相关,灵敏系数均为1,因此ub=a/k=0.5%/3≈0.3%C.2.3.2衰减器衰减值不准引0不)(.%)C.2.3.3失配引入的(定).304C.2.3.3失配引入的(定).304dB/2=0.02dB(0.5%)衰减器输入端口的电压驻波比典型值为1.15,则衰减器输入端口反射系数s的绝,/布,包含因子k=2,由此引入的标准不确定度为:C.2.3.4测量重复性引3度.量20.05dB(1.2%)采用功率计EPM-441A、功率传感器8482A和衰减器8491B对锁相放大器内部参考源输出幅度(正弦波)的幅度(600MHz,0.53V/7.50dBm)进行测量,独立重复测量6次,数据见表C.3。表C.3独立重复测量6次数据次数AP0/dBm正弦波幅度测量值/V110dB7.2530.5153927.2530.5153937.2520.5153347.2510.5152757.2540.5154567.2550.51551x7.2530.51539JJF2123—202421C.2.准,的相对标准不确定度u4=s/x=0.016%各标准不确定度分量汇总见表C.4。表C.4内部参考源输出幅度(方法二)不确定度分量汇总表序号不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度1u(P0)功率测量B均匀 31.2%2u(A)衰减器衰减值不准B—20.5%3u3失配B反正弦 21.2%4u4测量重复性A——0.016%C.2.5合成标准不确定度根据表C.4,各不确定度分量互不相关,相对合成标准不确定度为:C.2.6扩展不确定度uc=C.2.6扩展不确定度C.3比k,定×uc=2.4%(k=2)。C.3.1测量模型使用锁相放大器内部参考源输出幅度作为激励,分别在单端和差分测量模式下获得差模和共模电压测量值,再代入公式计算共模抑制比,获得锁相放大器共模抑制比。以使用SR830的共模抑制比测量为例进行不确定度评定。依据校准原理,共模抑制比的测量模型:式中:CMRR—共模抑制比测量值;Vd—差模电压读数值式中:CMRR—共模抑制比测量值;Vd—差模电压读数值,V;Vc—共模电压读数值,V。C.3.2不确定度来源及相对合成标准不确定度计算公式C.3.2.1不确定度来源经分析,不确定度分量来源包括a)共模电压测量不准引入的不确定度分量u(Vc)。b)差模电压测量不准引入的不确定度分量u(Vd)。经分析,上述各分量之间彼此不相关,对各分量求偏导,得到的灵敏系数c为:≈-0.02dB=-20≈103.51dBJJF2123—202422由于在测量过程中一些其他非理想因素的影响,引入的不确定度分量包括:c)测量重复性引入的不确定度分量u3。C.3.2.2合成标准不确定度计算公式根据上面分析结果,合成标准不确定度计算公式如下:C.3.3标准不确定度的[c1·u(Vc)]2+[c2·u(Vd)]2+uC.3.3.1共模电压测量不准引入的不确定度分量u(Vc)锁相放大器幅度测量最大允许误差为:±1%,则区间半宽度a=1%,在区间内均匀分布,包含因子k=3,由此共模电压测量不准引入的标准不确定度为:C.3.3.2差模电压测量不准引入的不确定度分量u(Vd)u(Vc)C.3.3.2差模电压测量不准引入的不确定度分量u(Vd)锁相放大器内部幅度测量分辨力为1×10-8,则区间半宽度a=0.5×10-8,在区间内均匀分布,包含因子k=3,由此差模电压测量不准引入的标准不确定度为:C.3.3.3测量重复性引入的不确定度分量u3u(Vd)=a/k=0.5×10-8/C.3.3.3测量重复性引入的不确定度分量u3在100Hz频点,对锁相放大器SR830进行共模抑制比的测量。独立重复测量6次,数据见表C.5。表C.5独立重复测量6次数据次数差模电压测量值/V共模电压测量值/μV共模抑制比计算值/dB10.99776.732103.4220.99776.813103.3130.99776.672103.4940.99776.763103.3850.99776.762103.3860.99776.832103.29x0.99776.762103.38C.3.准,的标准不确定度u3=s=0.073dB=0.84%。各标准不确定度分量汇总表见表C.6。表C.6共模抑制比不确定度分量汇总表序号不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度1u(Vc)共模电压测量不准B均匀 30.58%2u(Vd)差模电压测量不准B均匀 32.9×10-93u3测量重复性A——0.84%JJF2123—202423C.3.5合成标准不确定度根据表C.6,各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为:C.3.6扩展不确定度uc=0.84%(0.073dB)C.4.1测量方法锁相放大器幅度测量校准使用交流电压表直接测量。以使用锁相放大器内部参考源输出幅度(1kHz,1V正弦波)作为激励源,使用交流电压表8588A进行幅度测量校准为例,进行不确定度评定。C.4.2不确定度来源经分析,不确定度分量来源包括:1)交流电压表测量不准引入的不确定度分量u1;2)锁相放大器幅度测量分辨力引入的不确定度分量u2;3)测量重复性引入的不确定度分量u3。C.4.3标准不确定度的评定C.4.3.1交流电压表测量不准引入的不确定度分量u1根据8588A技术说明书得知1V(1kHz)量程的最大允许误差为±(77×10-6×读数+6.5×10-6×量程),则取区间半宽度a=8.4×10-5,概率分布为均匀分布,包含因子由此引入的标准不确定度u1为:V锁相放大器幅度测量分辨力为0.1mV,则取区间半宽度a=0.05mV,概率分布C.4.3.3测量重复性引入的不确定度分量u3为均匀分布,置信概率为100%时,包含因子k=3,由此引入的标准不确定度u2为:u=a/k=0.05mV/C.4.3.3测量重复性引入的不确定度分量u3采用交流电压表8588A对锁相放大器的内部参考源输出幅度(1kHz,1V正弦波)进行定标测量,然后用锁相放大器对其内部参考源输出幅度(1kHz,1V正弦波)独立重复测量6次,数据见表C.7。表C.7独立重复测量6次数据次数VXVNΔ11.0002V0.9976V-0.0026V20.9976V-0.0026V30.9976V-0.0026V40.9977V-0.0025V50.9977V-0.0025V60.9976V-0.0026Vx0.9976V-0.0026VJJF2123—2024C.4.准,的标准不确定度u3=s=0.05mV。各标准不确定度分量汇总表见表C.8。表C.8幅度测量(交流电源表直接测量法)不确定度分量汇总表序号不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度1u1数字多用表测量不准B均匀 34.8×10-5V2u2被校锁相放大器幅度测量分辨力B均匀 30.03mV3u3测量重复性A——0.05mVC.4.5合成标准不确定度根据表C.8,各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为:C.4.6扩展不确定度uc=0.08C.4.6扩展不确定度C.5幅度测量不确定度评定(多功能校准源直接测量法)C.5.1测量方法取包含因子k=2,则U=2×uc=0.16mV(k=C.5幅度测量不确定度评定(多功能校准源直接测量法)C.5.1测量方法锁相放大器幅度测量校准是使用多功能校准源直接测量。以使用多功能校准源校准5520A输出(1kHz,1V正弦波)校准锁相放大器的幅度测量为例,进行不确定度评定。C.5.2不确定度来源经分析,不确定度分量来源包括:1)锁相放大器幅度测量分辨力引入的不确定度分量u1;2)多功能校准源输出不准引入的不确定度分量u2;3)测量重复性引入的不确定度分量u3。C.5.3标准不确定度的评定C.5.3.1锁相放大器幅度测量分辨力引入的不确定度分量u1锁相放大器幅度测量分辨力为0.1mV,则取区间半宽度a=0.05mV,概率分布u1为:为均匀分布,置信概率为100%时,包含因子k=3,由此引入的标准不确定u1为:C.5.3.2多功能校准源输出不准引入的不确定度分量u2u1=a/k=0.05C.5.3.2多功能校准源输出不准引入的不确定度分量u2多功能校准源5520A输出正弦波幅度1V(1kHz)的最大允许误差为24±0.145mV,则区间半宽度a=0.145mV,k=3,由此引入的标准不确定度为:u=a/k=0.145mV/3≈0.084mV24JJF2123—202425C.5.3.3测量重复性引入的不确定度分量u3多功能校准源5520A输出(1kHz,1V正弦波)校准锁相放大器的幅度测量,独立重复测量6次,数据见表C.9。表C.9独立重复测量6次数据次数VX/VVN/VΔ/V11.0000.9970-0.003020.9970-0.003030.9971-0.002940.9970-0.003050.9971-0.002960.9972-0.0030x0.9971-0.0026C.5.准,的标准不确定度u3=s=0.05mV。各标准不确定度分量汇总见表C.10。表C.10幅度测量(多功能校准源直接测量法)不确定度分量汇总表序号不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度/mV1u1锁相放大器幅度测量分辨力B均匀 30.032u2多功能校准源输出不准B均匀 30.0843u3测量重复性A——0.05C.5.5合成标准不确定度根据表C.10,各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为:C.5.6扩展不确定度uc=0.1mVC.6.1测量方法(10MHz,1V正弦波)作为激励源,使用功率座8482A进行幅度测量校准为例,进行不确定度评定。C.6.2不确定度来源JJF2123—202426经分析,不确定度分量来源包括:1)功率计测量不准引入的不确定度分量u1;2)锁相放大器幅度测量分辨力引入的不确定度分量u2;3)测量重复性引入的不确定度分量u3。C.6.3标准不确定度的评定C.6.3.1功率计测量不准引入的不确定度分量u1a)功率传感器的校准因子引入的不确定度分量ua。功率传感器校准因子的最大允许误差为:±2%,则区间半宽度a=2%,在区间内均匀分布,包含因子k=3,由此引入的标准不确定度为:功率计的替代功率是由它的功率指示器测量的,查说明书功率指示器的允许误差极的:.,:半宽度a=0.5%,在区间内均匀分布,包含因子k=3,由此上述2个分量彼此互不相b=,数.5≈,.,功率测量的相C.6.3.2锁相放大器幅度测量分辨力引入的不确定度分量u2.012VC.6.3.2锁相放大器幅度测量分辨力引入的不确定度分量u2u2为:C.6.3.3测量重复性引入的不确定度分量u3锁相放大器幅度测量分辨力为1×10-5V,则取区间半宽度a=0.5×10-5V,概率分布为均匀分布,置信概率为100%时,包含因子k=3,由此引入的标u2为:C.6.3.3测量重复性引入的不确定度分量u3u=a/k=0.5×10-5V/3=0.3×10-5V采用功率传感器8482A和衰减器8491B对正弦波发生器输出(10MHz,1V正弦波)进行定标测量,然后用锁相放大器独立重复测量6次,数据见表C.11。表C.11独立重复测量6次数据次数VX/VVN/VΔ/V11.00000.98133-0.0186720.98140-0.0186030.98134-0.0186640.98126-0.0187450.98117-0.0188360.98125-0.01875x0.98129-0.01870JJF2123—202427C.6.准,的标准不确定度u3=s=8×10-5V。各标准不确定度分量汇总见表C.12。表C.12幅度测量(功率计直接测量法)不确定度分量汇总表序号不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度/V1u1功率计测量不准B均匀 30.0122u2锁相放大器幅度测量分辨力B均匀 30.3×10-53u3测量重复性A——8×10-5C.6.5合成标准不确定度根据表C.12,各不确定度分量不相关,合成标准不确定度为:C.6.6扩展不确定度uc=0.012VC.7,度=2×uc=0.024V(k=2)。C.7.1测量模型以使用标准相位源650输出相位30°(1kHz)对锁相放大器的相位测量进行校准为例,进行不确定度评定。依据校准原理,相位测量模型:式中:Φ—相位测量值,式中:Φ—相位测量值,(°);θ1—标准相位源输出不为0°相位时,锁相放大器相位测量读数值,(°);θ0—标准相位源输出0°相位时,锁相放大器相位测量读数值,(°)。C.7.2不确定度来源及合成标准不确定度计算公式C.7.2.1不确定度来源经分析,不确定度分量来源包括:a)初始相位测量引入的不确定度分量u(θ0)。b)相位测量引入的不确定度分量u(θ1)。经分析,上述各分量之间彼此不相关,对各分量求偏导,得到的灵敏系数c为:由于在测量过程中一些其他非理想因素的影响,引入的不确定度分量包括:c)测量重复性引入的不确定度分量u3。C.7.2.2合成标准不确定度计算公式JJF2123—202428根据上面分析结果,合成标准不确定度计算公式如下:C.7.3标准不确定度的评=(c1·u1)2+(c2·u2)2+uC.7.3.1初始相位测量引入的不确定度分量u(θ0)C.7.3.1.1锁相放大器相位测量分辨力引入的不确定度分量ua锁相放大器相位测量分辨力为0.01°,则取区间半宽度a=0.005°,概率分布为均匀分布,置信概率为100%时,包含因子k=3,由此引入的标准不确定度ua为:根据650技术指标,输出0°(1kHz)相位最大允许误差为±0.03°,则区间半宽度a=0.03°,k=3,由此引入的标准不确定度为:C.7.3.2相位测量引入的不确定度分量u(θ1)ub=a/k=0.03°/3≈0.02°u(θ0)C.7.3.2相位测量引入的不确定度分量u(θ1)C.7.3.2.1锁相放大器相位测量分辨力引入的不确定度分量ua锁相放大器相位测量分辨力为0.01°,则取区间半宽度a=0.005°,概率分布为均匀分布,置信概率为100%时,包含因子k=3,由此引入的标准不确定度ua为:根据650技术指标,输出30°(1kHz)相位最大允许误差为±0.03°,则区间半宽度a=0.03°,k=3,由此引入的标准不确定度为:ub=a/k=0.03°/3≈0.02°C.7.3.3测量重复性引入的21度)u≈0.02°采用标准相位源650输出相位30°(1kHz)对锁相放大器的相位测量进行测量,独立重复测量6次,数据见表C.13。表C.13独立重复测量6次数据次数θ0θ1Φ1-40.30°-10.30°30.00°2-10.34°29.96°3-10.38°29.92°4-10.40°29.90°5-10.39°29.91°6-10.37°29.93°x-10.36°29.94°JJF2123—202429C.7.准,的标准不确定度u3=s=0.04°。各标准不确定度分量汇总见表C.14。表C.14相位测量不确定度分量汇总表序号不确定度分量来源评定方法分布k值标准不确定度1u(θ0)初始相位测量B——0.02°2u(θ1)相位测量B——0.02°3u3测量重复性A——0.04°C.7.5合成标准不确定度根据表C.14,各不确定度分量互不相关,合成标准不确定度为:C.7.6扩展不确定度C.8C.7.6扩展不确定度C.8直流输出电压不确定度评定C.8.1测量方法取包含因子k=2,则U=2×uc=0.10°(k=2)。锁相放大器直流输出电压校准是使用直流电压表进行直接测量。以使用直流电压表8588A校准锁相放大器CH1通道的1V直流信号为例,进行不确定度评定。C.8.2不确定度来源a)直流电压表测量不准引入的不确定度分量u1;b)直流电压表测量分辨力引入的不确定度分量u2;c)测量重复性引入的不确定度分量u3。C.8.3标准不确定度的评定C.8.3.1直流电压表测量不准引入的不确定度分量u1根据8588A技术说明书得知1V量程的最大允许误差为±(2.0×10-6×读数+0.4×10-6×量程),则取区间半宽度a=2.4×10-6,概率分布为均匀分布,包含因子k=3,由此引入的标准不确定度u1为:C.8.3.2直流电压表测量分辨力引入的不确定度分量u2u1=a/k=2.4×10-6/C.8.3.2直流电压表测量分辨力引入的不确定度分量u2直流电压表测量分辨力引入的不确定度,按B类方法评定。8588A在直流电压1V量程的测量分辨力为10-6,则取区间半宽度a=5×10-7,概率分布为均匀分布,包含因子k=3,由此引入的标准不确定度u2为:C.8.3.3测量重复性引入的不确定度分