時間頻率測量

時間頻率測量確定時間或頻率的量值所進行的實驗過程。時間頻率測量也屬於電信基本參數測量。

基本介紹

• 中文名：時間頻率測量
• 外文名：time and frequency measurement
• 套用學科：通信

簡介

時間是物理學中的七個基本物理量之一，符號t。在國際單位制（SI）中，時間的基本單位是秒，符號s，在1967年召開的第13屆國際度量衡大會對秒的定義是：銫-133的原子基態的兩個超精細能階間躍遷對應輻射的9，192，631，770個周期的持續時間。這個定義提到的銫原子必須在絕對零度時是靜止的，而且在地面上的環境是零磁場。在這樣的情況下被定義的秒，與天文學上的曆書時所定義的秒是等效的。生活中常用的時間單位還有：毫秒ms、分min、小時h、日（天）d、周、月、年等。

頻率，是單位時間內完成周期性變化的次數，是描述周期運動頻繁程度的量，常用符號f或u表示，單位為秒分之一。為了紀念德國物理學家赫茲的貢獻，人們把頻率的單位命名為赫茲，簡稱“赫”。每個物體都有由它本身性質決定的與振幅無關的頻率，叫做固有頻率。頻率概念不僅在力學、聲學中套用，在電磁學和無線電技術中也常用。

時間與頻率互成倒數關係。

測頻方法

2.1 電子計數器測頻方法

在一定時間間隔內，電子計數器計得被測周期性信號的重複變化次數N，則被測頻率為f=N/T。

測頻原理框圖如圖1（a）所示，其工作波形圖示於圖1（b）。

圖1 電子計數器測頻

測頻原理：首先，把被測信號①（以正弦波為例）通過脈衝形成電路轉變成脈衝②（實際上變成方波即可），其重複頻率等於被測頻率fx，然後將它加到閘門的一個輸入端。閘門由門控信號④來控制其開門時間，只有在閘門開通時間T內，被計數的脈衝⑤才能通過閘門進行計數。門控信號的作用時間T是非常準確的，以它作為時間基準（時基），它由時基信號發生器提供。時基信號發生器由一個高穩定的石英振盪器和一系列數字分頻器組成，由它輸出的標準時間脈衝（時標）③去控制門控電路形成門控信號④。

比如，時標的重複周期為1s，則加到閘門門控信號作用時間T=1s，T稱為“閘門時間”，這時閘門開通時間為1s，若計得100000個數，則按頻率表達式，fx=100000Hz，若計數器上單位顯示為kHz，則將顯示100．000kHz，即小數點定位在第三位。根據不同測量需要，可以選擇不同“閘門時間”，若選擇T=0．1s，則計數值將為10000個，將這個值乘以10，就等於1s的計數值，即fx仍為100000Hz。實際上，當改變“閘門時間”T時，顯示器上的小數點也隨之往右移一位（自動定位），即顯示100．00kHz，與T=1s時的區別，在於顯示的有效數少了一位。

電子計數器測頻具有很高的測量準確度，影響準確度的因素有兩個方面：一方面決定於閘門時間T準不準，另一方面決定於計數器計得的數準不準，前者由時基信號發生器中的石英振盪器的頻率準確度決定，其準確度應比所要求的測頻準確度高一個數量級；計數出現的誤差是由於主門開啟時刻與計數脈衝之間的時間關係不相關而造成的，產生所謂±1個字誤差，簡稱“±1誤差”，即不管計數值N多少，其計數最大誤差△N總是±1個計數單位，不難得出圖2 ，式中T為閘門時間，fx為被測頻率。

圖2

可見，增加閘門時間可減少±1誤差對測頻誤差的影響。±1誤差是所有數位化儀器所特有的誤差。

2.2 時間間隔的測量

時間間隔的測量有兩種情況，是指同一信號波形上兩個不同點之間的時間間隔的測量，例如，脈衝寬度的測量、重複周期的測量等；二是兩個信號波形上兩點之間的時間間隔測量，例如，時延的測量、相位差的測量等。

利用電子計數器測量時間間隔的基本模式如圖3（a），圖3（b）為工作波形圖。

圖2 基本時間間隔測量

兩個獨立的輸入通道（B和C）可分別設定觸發電平和觸發極性（觸發沿）。輸入通道B為起始通道，用來開通主門，而來自輸入通道C的信號為計數器的終止信號，從工作波形圖不難理解其工作原理。

圖2（a）所示測量模式，有兩種工作方式：當跨接於兩個輸入端的選擇開關S斷開時，兩通道獨立，來自兩個信號源的信號分別控制計數器工作，可完成兩個信號波形上特定點之間的時間間隔測量；當S閉合時，兩個輸入端並聯，可完成一個信號波形上兩個指定點之間的時間間隔測量，分別選擇觸發電平和觸發極性，可完成起始和終止功能。