JJ.国家计量标准-JJG 545-1988 频标比对器检定规程.pdf

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1、中华人 民共和国国家计量检定规程 J J G 5 4 5 -1 9 8 8 频标 比对器 F r e q u e n c y C o m p a r a t o r ( F r e q u e n c y D i f f e r e n c e M u l t i p l i e r ) 1 9 8 8 一0 3 一2 2 发布1 9 8 9 一 0 2 一 0 1 实施 国 家 计 量 局发布 J J G 5 4 5 - 1 9 朋 频标 比对器检定规程 V e r i f i c a t i o n R e g u l a t i o n o f F r e q u e n c y C o

2、 m p a r a t o r ( F r e q u e n c y D i ff e r e n c e M u l t i p l i e r ) ot 一 一 一 钾一 补。 、 4 J J G 5 4 5 - 1 9 8 8 4 - -沪 川.。0弓毛、 本规程经国家计量局于1 9 8 8 年3 月2 2日批准，并自1 9 8 9 年2 月1日起 施行。 归 口单 位:中国计量科学研究院 起 草 单 位 :中国计量科学研究院 本规程技术条文 由起草单位负责解释 J JG 5 45 - 1 9 8 8 本规程主要起草人: 赵良弼 马凤鸣 ( 中国计量科学研究院) ( 中国计量科学研究

3、院) J JG 54 5 - 1 9 8 8 目录 一概述 。 。 。 一( 1 ) 二技术要求 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 ) 三 检定条件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 ) 四 检定 项目 和检定方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 1 ) ( 一)外观及工

5、作正常性的检查 ( 1 ) ( 二) 输人灵敏度的 检定 ， ， 一( 2 ) ( 三)最大允许相对频偏的检定 。 。 。 。 ( 3 ) ( 四) 测量带宽的 检定 。 ( 4 ) ( 五) 频差倍增次数的检定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 5 ) ( 六)输出幅度的检定 ( 5 ) ( 七)比对精度的检定 。 ( 5 ) 五检定结果的

6、处理和检定周期 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( 7 ) 附录 检定记录 表格式 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7、. . . . . ( 8 ) J JG 5 4 5- 1 9 88 频标比对器检定规程 本规程适用于新制的、使用中和修理后的P 0 7系列频标比对器的检定。 一概述 1 频标比对器又称频差倍增器。它是基于频差倍增技术来提高频率测量系统分辨率的 仪器。按其频差倍增的工作原理可分为两类:一类是采用倍频、混频法;另一类是采用 分频、锁相、混频法。P 0 7 系列频标比对器属于前一种，它采用倍增后测频、倍增后测 差频周期和比相的方法，配以电子计数器、数字打印机和记录仪显示其测量结果。 频标比对器 ( 以下简称比对器)主要用于测量各种原子频标及晶体振荡器定点输出 频率的主要技术指标。 二技 术 要 求

8、 比对器的主要技术指标列于表 t o 三检 定 条 件 3 检定环境条件 3 . 1 环境温度可在 ( 1 5 - 3 0 ) 范围内任意选择，检定过程中温度变化不应超过 土2 C , 同时不应有温度突变; 3 . 2 相对湿度:6 5 % t 1 5 %; 3 . 3 电源电压:2 2 0 ( 1 士1 0 %) V; 3 . 4 周围无强电磁干扰 ，在测试数据过程中，应避免接通或断开电子仪器及电气设备。 4 检定用仪器设备 4 . 1 参考频标源:应有 l M H z 及 5 M H z 频率输出，输出幅度)0 . 5 V ( r m s ) ,频率稳定度 优于1 x 1 0 - 1 /

9、s o 4 . 2 频率合成器:频率范围 l 0 0 k H z - I O M H z ，输出电平 l o m v一 2 V ( r m s ) ，最小分辨率 O . O l Hz o 4 . 3 高分辨率电子计数器:测频上限 1 0 0 M H z , i s 取样时间的分辨率为 0 . l H z ，时标 O . l ea s 及O . O l t s o 4 . 4 数字打印机:3 8 位，可与电子计数器连接。 4 . 5 5 0 1 2 负载。 4 . 6 高频毫伏表和示波器:频带宽度 3 0 M H z ;测量分辨率 1 O m v o 四检定项目和检定方法 ( 一)外观及工作正常

10、性的检查 5 被检比对器不应有影响正常工作的机械损伤，各控制开关定位正确，插座连接可靠。 1 J JG 5 45 - 1 9 88 表 1 云 - V,12 - 9 P07P 07AP 07B 参考频标频率/ M H z 1 , 51 , 51 ，5 可测频标频率/ M H z1 , 2, 2 . 5 , 5 , 1 01 , 2, 2 . 5, 5 , 1 0 0 . 1 , 0 . 2, 0 . 2 5 , 0 . 5 1 , 2, 2. 5 , 5, 1 0 参考与被测频标间 允许的相对频偏 g 1 x 1 0 - 7.1 x1 0 一 7-1x1 0一 7 测量带宽/ H z 土5 0

11、0t 5 00士5 0 0 输人灵敏度/ V ( r m s ) 0. 50. 50. 5 输 出信号频 率及频差倍 增 次数 fl1 MH z+N匀，1 M H z +N 今 f3 0 M H z 士 3 0 N 好 厂 uI MH z+I O N叮1 MH z + I O N好3 0 M H z + 3 x 1 护N 好 了 皿 1 M H z + 1 护N 好1 M H z + 1 护 N 好 3 0 M H z + 3 x 1 0 3 N O f f ,V1 M H z + 1 扩 N 好 I M H z + 1 护N 好 3 0 M H z + 3 x I 扩N 叮 f v1 O M

12、 H z + 1 0 0 N O f I O M H z + 1 0 0 N O f 多周期 M l k t l z+ L t 1 V- M 。 1 k r 1 2+ 二 - L k t 1U “ 输出幅度/ V 测频率0 . 3 ( r m s ) 测周期5 ( p 一P ) 测频率)0 . 3 ( r m s ) 测周期2 . 7 ( p 一P ) 测频率0 . 3 ( r m s ) 比 对 精 度 取样 时间/ s 测频率 测 周期测频率测周期测频率 1 0 - 21.1 0 - 1鉴3x1 0一 toIx1 0一 9-Ix1 0一 10 3 x 1 0“ 10 1 0 - 1Ix1

13、0 一 0毛3x1 0一 ”I x1 0一 1 0-Ix1 0一 1 1 落3X1 0一 1 1 IIx1 0 一 1 1 ,3 x 1 0 - 2 I x1 0一 O (1x1 0一 1z (3x1 0一 12 1 01X1 0 一 13,5 x 1 0 - 13 1 x 1 0- 1 2蕊1 . 5 x 1 0一 1 3(5 x 1 0 - 13 注: ( 1 ) 好 为 被测频率与标称值相同的 参考频率之差; ( 2 ) N为I O M H Z 与 被测频率 标称值之比; ( 3 ) M = 1 0 0 N，多周期测量时，一般用前三级倍增输出，a值分别为0 , 1 和 2 0 6 接通比

14、对器电源，按图 1 连接。先后将参考频标源的 1 M H : 和 5 M H : 信号同时加到被 检比对器的参考输人端和被测输人端，参考频率选择开关拨至相应位置，此时输出表头 应指示在表头中间某一位置，分别将各级倍增的输出信号加到示波器上，波形均应正 常。 ( 二)输入灵敏度的检定 J J G 5 4 5 -1 9 朋 图1 7 输人灵敏度是指能使比对器正常工作的最小输人电压值。 8 按图 2 ( a )连接。将频率合成器中频率为 1 M H z 或5 M H z 、幅度大于0 . 5 V的内部标 准信号加到比 对器参考输人端， 合成器输出1 M H z , 2 M H z , 2 . 5 M

15、 H z , 5 M H z 及 1 O M H : 信 号分别加到比对器被测输人端，比对器未级倍增输出与电子计数器及示波器连接，合成 器输出信号从小于 0 . 1 V开始，逐渐增加输出辐度，直到使比对器各级均能正常工作为 止，从合成器直接读出输出幅度。如果合成器无输出指示，则用示波器或高频毫伏表测 出输出电压值，记在附录表 1 中。 如果所采用的合成器没有输出辐度大于0 . 5 V的 1 M H : 或 5 M H : 内部频标，则需选用 一个有输出幅度大于0 . 5 V的 1 M H : 或 5 M H : 输出的参考频标，按图2 ( b )连接。参考频 标的 1 M H : 或 5 M

16、H z 输出加至比对器参考输人端，参考频标用作合成器的外标。合成信 号输出加至比对器被测输人端 ，测量步骤同上。 9 参考输人灵敏度的检定与被测输人灵敏度的检定相同，只要将图 2 ( a )中的两输人 信号交换一下位置即可，即将合成器的 1 M H z 或5 M H z 的内部频标输出加至比对器被测 输人端，而将合成输出的 I M H z 及 5 M H z 频率分别加至比对器参考输人端，测量步骤同 第 8 条。 如果所采用的合成器无 I M H z : 或5 M H z 内标输出，或虽有 1 M H z 或 5 M H z 输出，但输 出幅度达不到被检比对器所需输人灵敏度时，则仍要采用图 2

17、 ( b )的连接方法 ，测量 步骤同第 8 条。 ( 三)最大允许相对频偏的检定 1 0 最大允许相对频偏是指被检比对器各级输出波形均正常时，被测频率与参考频率间 的最大相对频偏。此项检定在输人频率均为 5 M H z( 或 I M H z )及最高倍增输出级上进 行。 1 1 根据所采用合成器内标输出幅度的大小 ，选用图 2 ( a )或 ( b )的连接方法。频标 输出f o = 5 M H z ( 或1 M H z )加到参考 输人端， 合成器输出f也调到5 M H z( 或l M H z )加 到被测输人端，未级倍增输出与电子计数器及示波器相连。 论 分别增加和降低合成器输出频率f，

18、 找出使被检比 对器各级仍能正常工作时的最高 频率f ， 及最低频率S 2 ， 按式 ( 1 ) 及式 ( 1 )分别计算出两个方向的 最大允许相对频偏 S , 及 8 z ，记在附录表 z中。 f, 一f . ( 1 ) J J G 5 4 5- 1 9 8 8 1 MHz或 图2 S Z = ( 四)侧量带宽的检定 1 3 根据所采用合成器内标输出辐度的大小 ，选用图 2 ( a )或 ( b )的连接方法。频标 输出f o 二 5 M H z( 或 1 M H z )加到比对器参考输人端， 合成器输出频率关也调到5 M H z ( 或 I M H z )与比 对器被测输人端相连。比对器倍

19、增I 输出五加到示波器 Y 输人端， 在 示波器上读出倍增 I 的输出电压值 U o 1 4 分别增加和降低合成器的输出频率，直到示波器上所显示的倍增 I 输出电压值降至 ( -2 ) U 时 2 1 测量带 宽 ，读出其最高 频率f 。 和 最低频率f 6 ， 按式 ( 2 ) 及式 ( 2 - )分别计算倍增 I 的 B : 及 B , ，记在附录表 3 中。 ， = M Y 0 - f 0 M we- B 式中:M频差倍增次数 ，M = 1 0 0 N ; 4 J JG 5 45 - 1 98 8 N I O M H z 与被测频率标称值之比;倍增 工、倍增 n、倍增 m、倍增W及倍增

20、V，其 a分别为 。 ，1 , 2 , 3 和4 0 1 5 分别将比 对器倍增II 的输出f a 、 倍增IH 的输出f m 、 倍增W的 输出介以及倍增V的 输出f v 加到示波器的Y 输人端。 用同 样的方法， 分别测出 倍增II 的测量带宽B Z 及 B 2 , 倍增W的 测量带宽B 3 及 B 3 、 倍增W的测量带宽 B 4 及 B 4 和倍增V的测量带宽 B S 及 B S ，记在附录表 3 中。 取各级倍增器测量带宽中的最小值作为被检 比对器的测量带宽。 ( 五)频差倍增次数的检定 1 6 频差倍增次数只在参考频率输人 5 M H z( 或 1 M H z ) ，被测频率输人

21、I M H z 和最大允许 频偏上进行。此时表 1 中的 N为 1 0 ,测试方框图如图2 ( a )或 ( b )所示。 1 7 合成器输出 频率调到I M H z 十 好 或I M H z 一 叮，其中好 为最大允许频偏的绝对值。 用电子计数器依次测出各倍增级输出的频率值与其标称值的偏差，即倍增后的频差，记 在附录表 4中。 ( 六)输出幅度的检定 1 8 频差倍增输出幅 度的检定 1 8 . 1 按图 1 连接。将参考频标的 1 M H z 或 5 M H z 输出同时加到被检 比对器参考和被测 输人端。 对于 P 0 7 及P 0 7 A型比对器， 将示波器 Y 输人端分别接到倍增输出

22、工 ，II, 9 1 , N和V，记下示波器显示的输出幅度峰峰值 ; 对于 P 0 7 B型比对器，将示波器 Y输 人端与倍增输出连接，分别按下倍增输出键 工，II,m和W，记下示波器显示的输出幅 度峰峰值。 1 8 . 2 将记下的各级 输出幅度峰峰值除以2 涯，即可得到各级输出幅度有效值。 记在附 录表 5中。 也可用高频毫伏表直接测出各级输出幅度有效值。记在附录表 5 中。 1 9 多周期输出幅度的检定 ( P 0 7 及 P 0 7 A进行此项检定) 按图3 连接。将参考频标的 l M H z 或 5 M H z 信号同时加到被检比对器参考和被测输 人端。接通多周期开关，将倍增输出II

23、与多周期输人连接，多周期输出与示波器 Y输 人相连，用示波器直接测出输出幅度峰 一 峰值，记在附录表 5 中。 倍增 I I 输出 图3 ( 七)比叶精度的检定 2 0 比对精度是指被检 比对器自身噪声所引人的不稳定性。其检定是基于自相关的原理 J J G 5 4 5 - 1 9 8 5 进行。将高稳定的频标信号同时加到被检比对器的参考与被测输人端，测出比对器末级 倍增输出信号的不稳定性。 2 1 频差倍增测频法比 对精度的 检定 2 1 . 1 按图4 连接。将参考频标源的1 M H z 输出信号同时加到被检比 对器参考及被测输 人端，比对器末级倍增输出 ( 对 P 0 7 及 P 0 7

24、A为第 V级倍增输出，对 P 0 7 B为第N级倍 增输出)送到高分辨率的电子计数器测频输人端，计数器的闸门时间 ( 即取样时间)分 别取O . O l s , 0 . 1 s , i s 及 l o s ， 各测 1 0 0 组。 用式 ( 3 )计算比 对精度。 ， ( : ) 。 式 中: 。 ， ( : ) = 人 。 被测频率标称值， M-频差倍增次数 ; I I _M f 0 2 1 m(几 1 一 关 ” Hz ; ( 3 ) 关及大 + 】 分别为电 子计数器第 i 次及第i 十 1 次测 得的频率值， H z ; m为测量组数，取 m=1 0 0 0 将计算结果填人附录表 6

25、中。 图4 2 1 . 2 将参考频标源的频率改为 5 M H z ，重复 2 1 条 1 款步骤，将计算结果填人附录表 6 中。 2 2 多周期法比对精度的检定 ( P 0 7 及 P 0 7 A进行此项检定) 。 2 2 . 1 按图 5 连接。将参考频标源的 1 M H z 输出信号同时加到被检比对器参考及被测输 人端 ， 从比对器倍增输出 n或m引出信号加至多周期输人端，并将其功能开关拨至 “ 通”位置。多周期输出与电子计数器周期测量输入端连接，用电子计数器测量多个周 期。若 将频差倍增II 输出与多周期输人相连， 则时标选O . O l l : s ; 若将频差倍增班 输出与 多周期

26、输人相连，则时标选0 . 1 K s 。由于比对器多周期输出端信号频率的标称值为 1 k H z ，故计数器周期扩展倍数分别选在 1 0 , 1 0 2 , 1 0 3 和 1 0 0 上进行测量时，所对应的取 样时间分别为 l o m s , l o o m s , i s 和 l o s 。每个取样时间各测 1 0 0 组，用式 ( 4 )计算比对 精度 : a , ( r ) = f 8 , 了 1Mf o r 2 m一 ( 4 ) 式中:几 多周期输出端输出频率标称值， 几= 1 丁H z ; r和 r + 1 取样时间 ( 闸门时间) ; 分别为第 i 次和第i +1 次取样测得的值

27、， J J G 5 4 5 - 1 9 8 8 其余符号含意同前。 将计算结果填人附录表 6 中。 倍增 I I 或I I I 图5 将参考频标源的频率改为 5 M H z ，重复 2 2 条 1 款步骤 ，并将计算结果填人附录表 2 3. 2 比相部分的检定 配置与比对器输出相应的记录仪进行本项检定。 检定项 目和检定方法按照已颁布的比相仪检定规程 J J G 4 3 3 -1 9 8 6 进行。 22中33.1 五检定结果的处理和检定周期 2 4 经检定合格的比对器，发给检定证书;检定不合格的比对器;发给检定结果通知 书。 2 5 比对器的检定周期一般不得超过 1 年。 J JG 5 4

28、5- 1 9 88 附录 检 定记 录表格 式 表 1 输入灵敏度的检定 输人端 参考输人被测 输人 输人频率/ M H z 15122. 551 0 灵敏度/ V ( r m s ) 表 2 最大允许相对频偏的检定 被测频率/ M H z 1或 5 最大相对频偏 S , 8 2 表3 M 9 f带宽的检定 倍增 输出IIImI VV 测量带宽/ H z B: B ; 表 4 频差倍增次数的检定 频差倍增次数 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 输出频差实测值/ H z 输人原始差频A f = H z 表5 输出幅度的检定 输 出端倍增 工倍增 n倍增 皿倍增 N倍 增 V多周期 输出幅度/ V ( - i s )( P 一 P ) 表 6 比对精度的检定 伙 吩 价 0. 010. 111 0 倍增测频法 1 5 多周期法 1 5