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1、第1页2.1 2.1 时间和频率的测量时间和频率的测量2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 时间时间、频频率的基本概念率的基本概念率的基本概念率的基本概念 时间和和频率的定率的定义:时间有两个含有两个含义：“时刻刻”、“时间间隔隔”频率的定率的定义：周期信号在：周期信号在单位位时间（1s）内的）内的变更次更次数（周期数）。假如在确定数（周期数）。假如在确定时间间隔隔T内周期信号内周期信号重复重复变更了更了N次，次，则频率可表达率可表达为：fN/T 时间与与频率的关系：可以相互率的关系：可以相互转换。1.1.1.1.时间频率基准：时间频率基准：时间频率基准：时间频率基准：1）、世界时（
2、Universal Time）“秒是按1900年起始时的地球公转平均角速度计算出的一个回来年的31 556 9259747分之一”，称为历书秒 其精确度可以达到。2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 时间时间、频频率的基本概念率的基本概念率的基本概念率的基本概念 1.1.时间频率基准时间频率基准时间频率基准时间频率基准 2）原子时（Atomic Time）原子时是以原子秒为基础构成的时间标准，称为原子时。1967年10月第十三届国际计量大会正式通过了秒的定义：“秒是铯133（）原子基态的两个超精细能级之间跃迁所对应的辐射的9 192 631 770个周期所持续的时间”。其精确度可以达
3、到。3）协调世界时UTC（Coordinated Universal Time）是一种接受国际原子时TAI的速率（即以原子秒定义为秒长），但通过闰秒方法使其时刻与世界时UT接近的时间尺度。协调世界时是一种原子时和世界时折中产物 510510510510-14-14-14-14(相当于相当于相当于相当于62626262万年万年万年万年1111秒秒秒秒)2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 时间时间、频频率的基本概念率的基本概念率的基本概念率的基本概念 2.2.时间和频率的测量方法时间和频率的测量方法时间和频率的测量方法时间和频率的测量方法 电子计数式测量是本章主要介绍的测量方法电子计数
4、式测量是本章主要介绍的测量方法 第4页石英晶体振石英晶体振石英晶体振石英晶体振荡荡器器器器 电电子子子子计计数器内部数器内部数器内部数器内部时间时间、频频率基准接受石英晶体率基准接受石英晶体率基准接受石英晶体率基准接受石英晶体振振振振荡荡器（器（器（器（简简称称称称“晶振晶振晶振晶振”）为为基准信号源。基准信号源。基准信号源。基准信号源。一般晶体一般晶体一般晶体一般晶体频频率精确度率精确度率精确度率精确度为为10-510-510-510-5。作作作作为标为标准，准，准，准，须须要更高要更高要更高要更高稳稳定、高精确的定、高精确的定、高精确的定、高精确的频频率率率率输输出。出。出。出。要要要要
5、接受温度接受温度接受温度接受温度补偿补偿或恒温措施或恒温措施或恒温措施或恒温措施 2.1.1 2.1.1 2.1.1 2.1.1 时间时间、频频率的基本概念率的基本概念率的基本概念率的基本概念 2.2.时间和频率的测量方法时间和频率的测量方法时间和频率的测量方法时间和频率的测量方法 晶振类型晶振类型晶振类型晶振类型输出频率输出频率输出频率输出频率(MHz)(MHz)日稳定度日稳定度日稳定度日稳定度准确度准确度准确度准确度普通普通普通普通1 1，10101010-5-51010-6-61010-5-5温度补偿温度补偿温度补偿温度补偿1 1，5 5，10101010-6-61010-7-7 101
6、0-6-6单恒温槽单恒温槽单恒温槽单恒温槽1 1，2.52.5，5 5，10101010-7-71010-9-91010-6-61010-8-8双恒温槽双恒温槽双恒温槽双恒温槽2.52.5，5 5，10101010-9-91010-11-11优于优于优于优于1010-8-8第5页门门控控控控计计数法数法数法数法测测量原理量原理量原理量原理 将需累加将需累加将需累加将需累加计计数的信号（数的信号（数的信号（数的信号（频频率率率率测测量量量量时为时为被被被被测测信号，信号，信号，信号，时时间测间测量量量量时为时标时为时标信号），由一个信号），由一个信号），由一个信号），由一个“闸门闸门”（主（主（
7、主（主门门）限制，并）限制，并）限制，并）限制，并由一个由一个由一个由一个“门门控控控控”信号限制信号限制信号限制信号限制闸门闸门的开启（的开启（的开启（的开启（计计数允数允数允数允许许）与关）与关）与关）与关闭闭（计计数停止）。数停止）。数停止）。数停止）。这这种种种种测测量方法称量方法称量方法称量方法称为门为门控控控控计计数法数法数法数法 闸门闸门可由一个与（或可由一个与（或可由一个与（或可由一个与（或“或或或或”）逻辑门电逻辑门电路路路路实现实现。上上上上图为图为由由由由“与与与与”逻辑门逻辑门作作作作为闸门为闸门，其，其，其，其门门控信号控信号控信号控信号为为1111时闸时闸门门开启（
8、允开启（允开启（允开启（允许计许计数），数），数），数），为为0000时闸门时闸门关关关关闭闭（停止（停止（停止（停止计计数）。数）。数）。数）。（1 1 1 1）测频时测频时，闸门闸门开启开启开启开启时间时间 （称（称（称（称为为“闸门时间闸门时间”）即）即）即）即为为 采采采采样时间样时间。频频率率率率为为：f=N/TB f=N/TB f=N/TB f=N/TB N N N N为闸门时间为闸门时间TBTBTBTB内的内的内的内的 脉冲数。脉冲数。脉冲数。脉冲数。（2 2 2 2）测时间测时间（间间隔）隔）隔）隔）时时，闸门闸门开启开启开启开启时间时间即即即即为为被被被被测时间测时间。TB
9、TB TB TB N/fN/fN/fN/f，N N N N为为被被被被测时间测时间内内内内对频对频率率率率为为f f f f信号的信号的信号的信号的计计数数数数个数个数个数个数2.1 2.1 时间和频率的测量时间和频率的测量2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 时间时间和和和和频频率率率率测测量的基本原理量的基本原理量的基本原理量的基本原理2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 时间时间和和和和频频率率率率测测量的基本原理量的基本原理量的基本原理量的基本原理1.1.1.1.频率的测量频率的测量频率的测量频率的测量1）测量原理）测量原理 输入频率信号经整形后作为计数器的输入信号
10、，石英晶体振荡器的输出信号 ，经分频和整形之后作为时基信号加到闸门上，限制闸门的开启与关闭,闸门时间T 为Ts:Ts=K TC2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 时间时间和和和和频频率率率率测测量的基本原理量的基本原理量的基本原理量的基本原理1.1.1.1.频率的测量频率的测量频率的测量频率的测量2）误差分析）误差分析量化误差量化误差标准频率误差标准频率误差 有个笔误，在哪里？闸门时间闸门时间越长时，或被测频率越高越长时，或被测频率越高的误差就越小，测频误差也就越小。的误差就越小，测频误差也就越小。2.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 时间时间和和和和频频率率率率测测量的
11、基本原理量的基本原理量的基本原理量的基本原理2.2.2.2.周期的测量周期的测量周期的测量周期的测量1）测量原理）测量原理2）误差分析）误差分析K为倍频倍数为倍频倍数 一方面确定于振荡频率的精度，另一方面确定于一方面确定于振荡频率的精度，另一方面确定于 个字误差，增大个字误差，增大 或接受多周期测量，可以减小周期测量误差或接受多周期测量，可以减小周期测量误差 多周期测周多周期测周多周期测周多周期测周 基本测周模式下，闸门时间由单个周期确定。在干扰信号下，被测基本测周模式下，闸门时间由单个周期确定。在干扰信号下，被测基本测周模式下，闸门时间由单个周期确定。在干扰信号下，被测基本测周模式下，闸门时
12、间由单个周期确定。在干扰信号下，被测信号周期的触发前后存在触发误差由多个周期构成闸门时间，使相邻周信号周期的触发前后存在触发误差由多个周期构成闸门时间，使相邻周信号周期的触发前后存在触发误差由多个周期构成闸门时间，使相邻周信号周期的触发前后存在触发误差由多个周期构成闸门时间，使相邻周期的触发误差相互抵消。如下图。期的触发误差相互抵消。如下图。期的触发误差相互抵消。如下图。期的触发误差相互抵消。如下图。例如：由例如：由例如：由例如：由1010个周期构成闸门时间测量，触发误差降为个周期构成闸门时间测量，触发误差降为个周期构成闸门时间测量，触发误差降为个周期构成闸门时间测量，触发误差降为1/101/
13、10。同时，同时，同时，同时，由于计数值也增大了由于计数值也增大了由于计数值也增大了由于计数值也增大了1010倍，则倍，则倍，则倍，则 1 1误差也减小为误差也减小为误差也减小为误差也减小为1/101/10。10TxT1T2 10TxTx1Tx10T2TxA1A1VnA2A2A9A9A10A102.1.2 2.1.2 2.1.2 2.1.2 时间时间和和和和频频率率率率测测量的基本原理量的基本原理量的基本原理量的基本原理3 3 3 3时间间隔的测量时间间隔的测量时间间隔的测量时间间隔的测量问：门控电路由什么组成问：门控电路由什么组成举例：超声波测距举例：超声波测距2.1.3 2.1.3 2.1
14、.3 2.1.3 电子计数式频率计举例电子计数式频率计举例电子计数式频率计举例电子计数式频率计举例1.1.1.1.电子计数式频率计的组成电子计数式频率计的组成电子计数式频率计的组成电子计数式频率计的组成1）输入单元（）输入单元（A通道）通道）将被测的正弦信号通过放大、整形，转换成计数器可以计数的波形 2）时基信号产生与变换单元）时基信号产生与变换单元3）逻辑限制单元）逻辑限制单元 包括准备、计数、显示和复零等几步。限制单元由门电路和触发器等逻辑等组成。第12页数字显示器寄存器十进制 计数器 A通道(放大、整形)B通 道(放大、整形)主 门功能开关闸门选择、周期倍乘 10 10 10 1010s
15、(104)1s(103)100ms(102)10ms(10)1ms(1)时标选择12345332112445时基部分 10 10 10 10 101ms0.1ms10us1us0.1us10ns控制时序电路 开门锁存复位 控制时序电路波形2.1.4 2.1.4 2.1.4 2.1.4 电子计数器举例（了解内容）电子计数器举例（了解内容）电子计数器举例（了解内容）电子计数器举例（了解内容）1.1.1.1.电子计数器的组成电子计数器的组成电子计数器的组成电子计数器的组成1 1 1 1）A A A A、B B B B输输入通道；入通道；入通道；入通道；2 2 2 2）主）主）主）主门电门电路；路；路
16、；路；3 3 3 3）计计数与数与数与数与显显示示示示电电路；路；路；路；4 4 4 4）时时基基基基产产生生生生电电路；路；路；路；5 5 5 5）限制）限制）限制）限制电电路路路路第13页2.1.4 2.1.4 2.1.4 2.1.4 电子计数器举例（了解内容）电子计数器举例（了解内容）电子计数器举例（了解内容）电子计数器举例（了解内容）2.2.2.2.电子计数器的功能电子计数器的功能电子计数器的功能电子计数器的功能1 1 1 1）频率测量）频率测量）频率测量）频率测量 ；2 2 2 2）频率比测量）频率比测量）频率比测量）频率比测量 ；3 3 3 3）周期测量）周期测量）周期测量）周期测
17、量 4 4 4 4）时间间隔测量）时间间隔测量）时间间隔测量）时间间隔测量 ；5 5 5 5）自检）自检）自检）自检 序号 计数端信号 控制端信号 测试功能 计数结果 1 内时钟（T0）内时钟（T）自检 N=T/T0 2 被测信号（fx）内时钟（T）测量频率（A）fxN/T 3 内时钟（T0）被测周期（Tx）测量周期（B）TxNT0 4 被测信号（fA）被测信号（fB）测量频率比（A/B）fA/fB=N 5 内时钟（T0）被测信号相应间隔tB-C 测量时间间隔（A-B）tB-C=NT0 6 外输入（TA）被测信号相应间隔tB-C 测量外控时间间隔B-C tB-C=NTA 7 外待测信号（Nx）手控或遥控 累加计数（A）NxN 8 内时钟（秒信号）手控或遥控 计时 N（秒）