GBT 12499-1990.pdf

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1、中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准 物原子频率标准测试方法 G B / T 1 2 4 9 9 二 9 0 Me a s u r i n g me t h o d s f o r r u b i d i u m 主顺内容与适用范围 本标准规定了铆气泡型原子频率标准( 以下简称“ 铆频标勺的测试方法。 本标准适用于测试G B 1 2 4 9 8铆原子频率标准通用技术条件 所规定的有关性能特性。 引用标准 G B 6 5 9 2 电 子测量仪器误差的一般规定 测试系统 3 . 1 测试仪器必须经过计量检定合格， 并在规定的计量周期内。 3 . 2 使用的标准仪器和测试系统应符合G B 6

2、5 9 2 第 3 . 5 条的规定。 4 测试方法 4 . 1 频率准确度 枷频标频率准确度通用计算公式为 A = f o 一 f . 人 f o 一 几 f o .:. (1) 式中: A - “ R 频标频率准确度; f .频率实测值， H z ; f a 频率标称值， H z , 频率准确度的测量方法通常有以下四种， 每种方法适用不同的取样时间。 频差倍增测频法( 取样时间为1 一1 0 0 s ) , b . 频差倍增测周法( 取样时间为 1 一1 0 0 s ) , 相位比 较法( 取样时间为1 h 以 上) 。 d . 时差测量法( 取样时间为 1 h 以上) 。 频率准确度的测

3、量应在铆频标进人稳定工作状态后进行， 进人稳定工作状态的时间由产品标准规 定。 4 . 1 . 1 频差倍增测频法 国家技术监督局1 9 9 0 一 0 8 一 3 0 批准 1 9 9 1 一 0 5 一 0 1 实施 G s / T 1 2 4 9 9 一 9 0 a . 测试方框图见图 1 , 图 1 b . 测试方法 将被测枷频标的输出频率f = 和参考标准频率f , 分别加到频差倍增器相应的 输人端. f . 和f = 的 频差 A f 倍增M倍， 用电子计数器测量倍增后的频率了 二 。计数器闸门时间为取样时间。 系统分那率由( 2 ) 式计算: R = 生生 . . . . . .

4、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ( ” 对 for 一 式中: 凡 频差倍增测频法系统分辨率 M被测频率的有效倍增次数; 取样时间， 5 。 4 . 1 . 2 频差倍增测周法 a 测试方框图见图2 。 图 2 b . 测试方法 将被测枷频标的输出频率f . 和参考标准频率f , 分别加到频差倍增器相应的输人端。 把f , 和f . 的 频差A f 倍增M倍， 再与频率合成器差频， 用电子计数器测量差频后的周期T , ， 取样时间为T = P T , 系统分辨率由( 3 ) 式计算: R

5、,=f P T , Mf o t 0 (3) 式中: R r - 频差倍增测周法系统分辨率; P 电 子计数器的周期倍乘数; 丫 。 电子计数器时标， 5 ; 于 取样时间的平均值， s G s / T 1 2 4 9 9 一 9 0 4 . 二 相位比较法 测试方框图见图3 。 图 3 . b .测试方 法 将被测枷频标的输出 频率f = 和参考标准频率f . 分别加到比 相仪的相应输入端。 比 相仪记录两信号 之间相位差随时间的变化， 在取祥时间内 读出累 积相位差， 然后换算成时差的变化O T 。 则相对频差为: (4) 叮一， 一- 叮一jo : 4 f 两信号的频率差, H z ;

6、4 T 两信号时差的变化量, s ; ， 取样时间， s , c . 系统分辨率由( 5 ) 式计算: R o = f o NT “ 。 ” 。 .(5) : 凡相位比较法系统分辨率; N 比相仪记录纸满量程格数。 4 时 差测量法 测试方框图见图4 。 中中1. 式式4. 数据收典 处r 0 图 4 b . 测试方法 将被测枷频标的输出频率人和参考标准频率j，分别加到分频钟 1 , 2 ， 分别将信号分频为秒脉冲。 分频钟1 输出的秒脉冲作为时间间隔计数器的开门信号， 分频钟2 输出的 秒脉冲作为关门 信号。 由时间 间隔计数器测量时差， 相隔一段时间二 后再测量一次， 计算出相邻两次时差的

7、变化量O T , 系统分辨率由( 6 ) 式计算: 尺 二生T p(6) : 凡 时差测量法系统分辨率。 c s / T 1 2 4 9 9 一 9 0 5 其他方法 凡能满足本标准的测试方法， 经有关部门认可， 都具有同等效力， 有异议时， 以本标准规定的方法为 4.准 4 . 2 频率稳定度 4 . 2 . 1 时域频率稳定度测量 频率稳定度的时域表征用双取样方差估计值的平方根表示， 其基本公式如( 7 ) 式: 、 (丫 ) 一 _1f o 习( + : 一f X 止一2 m 一一 7 ) 式中: ， 取样组数; f + 及fi + 分别为第 次及第 十1 次测得的频率值， H z ;

8、o , ( s ) 取样时间为， 的时域频率稳定度。 全部无间歇连续取样。取样次数为。 +1 , 测量的取祥时间与取样组数规定如下: 取 样 时 间取 样 组 数 l o o. )3 0 1 0. 妻1 0 0 1口 1 0 0 4 . 21 . 1 频差倍增测频法 a . 测试方框图: 同图1 ; b . 测试方法: 同4 . 1 . 1 b ; c . 测频法计算时域频率稳定度实用公式按( 8 ) 式: 交 ( fi + ， 一f . ) 2 o , ( z ) M了 。 . + 1 一华 . . 2 仇 全部无间歇连续取样。 取样次数二 +1 , 4 . 2 . 1 . 2 频差倍增测周

9、法 测试方框图: 同图2 ; b . 测试方法: 同4 . 1 . 2 b ; 测周法计算时域频率稳定度实用公式按( 9 ) 式: o , ( s )二 一 二片 M九铲 习( 、 十 : 一、 ) ， 2 m (8) ， (9) 式中: r ; 及T = + i 分别为第， 次及第i + l 次测量的取样时间值， 5 . 全部无间歇连续取样， 取样次数， +1 次。 4 . 21 . 3 其他方法 凡能满足本标准的测试方法， 经有关部门认可， 都具有同等效力。 有异议时， 以 本标准规定的方法为 准。 4 . 2 . 1 . 4 当参考标准和被测枷频标为同一型号或指标相同时， 它们的稳定度可

10、以认为一样， 两台测得 的时域频率稳定度应除以v 尸 丁， 近似作为每台的时域频率稳定度。 c B / T 1 2 4 9 9 一 9 0 4 . 2 . 2 频域频率稳定测量 频域频率稳定度一般用测量相位起伏频率谱密度S O ( f ) 表示。 4 . 2 - 2 . 1 测试方框图 图 5 4 . 2 - 2 . 2 测试方法 a . 按图5 连接测试系统; b . 将开关S 断开， 被测枷频标和参考标准之间有频差， 用频谱仪测量该差频的幅度， 并计算鉴相 灵敏度 K e ; C闭合开关5 ， 两频率源正交锁定， 鉴相器输出电压正比于相位起伏， 经低通滤波和低噪声放大 后， 由 频谱分析仪

11、显示出随付氏频率变化的电压值， 并根据( 1 0 ) 式进行数据处理， 可得出S O W . 凡( f ) =2 0 1 g V , K , K 、 / 万 式中: V , 由 频谱仪上读出的正比 于相位起伏的起伏电压值 K O -鉴相器灵敏度， V / r a d ; K p 低噪声放大器放大倍数; B 频谱仪等效噪声分析带宽， H z ; C -频谱仪( 随机信号) 校正系数。 + c (1 0) , V; 4 . 2 . 3 d B 4 . 3 2 . 3 当两频率源是同一型号或指标相同时， 可以认为具有相同的相位噪声， 需将测试结果减去 频率漂移率 日 漂移率K , 按最小二乘法基本公

12、式计算 习 ( f , 一f ) ( t : 一D K,= 。 (工 1) f o 习( t 一L ) z t令 宁艺 。 一 (1 2) G B / T 1 2 4 9 9 一 9 0 f一” . . . (1 3) 式中: K , 日漂移率， 1 闰; ， 取样次数; 取样时序( 可用自 然数列表示) , d ; 五 第: 次测量的频率值， H z , 测量漂移率采用相位比较法( 参看4 . 1 . 3 条) 或时差测量法( 参看 4 . 1 . 4 条) ， 每天在同一时刻记录 比相仪( 或时间间隔计数器) 的相位差( 或时差) 。 取徉时间， 为2 4 h 。 日 漂移率在开机2 4

13、h ( 或按产品标 准要求) 后开始测量， 连续测量不少于巧d , 相位比较法或时差测量法计算日 漂移率的公式如下: E( 二 一T T ) ( t 一t ) 凡 二 。 ，. (1 4) 艺u- d ) 2 T = 1n a 二 一， ( 15 ， 式中: A, 第: 天测得的2 4 h 内相位差( 或时差) 的变化量, s , 4 . 4 频率复现性 频率复现性的测量方法与 4 . 1 条相同， 取样时间应不小于l o o s 。计算公式为: 。f : 一 f ,， 。、 n一. ， 二 甲 .， ， ，. - ， 二 ， . . . .t 1o， 了 ， 式中: f : 一一 开机， ，

14、 小时的频率值， H z ; h 停机后， 再次开机T ， 小时的频率值， H z , 4 . 5 频率的开机特性 频率开机特性的测量方法与4 . 1 条相同， 取样时间不小于 1 0 s 。计算公式为 V _- 关一几 f 二， ， . . .1 7) 一 V .= I f一 几 f 式中: V . . V . 分别为T , 和， 。 小时的开机特性; 几、 介杀分别为? T 。 和， 。 小时测得的频率值， F f z , 4 . 6 频率的温度特性 温度特性的测量与4 . 1 条相同， 取样时间不小于1 0 0 s 。 在产品标准规定的工作温度范围内 量五个点( 包括基准温度点) ， 每

15、个温度点至少要保持2 h 。计算公式为: 最少测 了 m : 二， 。、 月 -. “ 二 ， . ， ， . ， ， ， ， ， . - . . . . . - 二 “ ， ， ， ， ， 二 ， ， ， 一 ， 一 协 、1口j 了o 式中: A f m - 在工作温度范围内相对于基准温度点的最大频率变化量, H z , 4 . 了 地磁场对频率的影响 地磁场对频率影咆的测量方法与4 . 1 条相同， 取样时间应不小于 1 0 0 s 。当被测铆频标进入稳定工 t 3 G B / T 1 2 4 9 9 一 9 0 作状态后， 在地磁场中翻颇标量子系统南北取向， 分别测出其频率值。计算公式

16、为: U ， 了.、 好一jo -一 M A : o f 地磁场影响的频率变化量, H z , 输出电压 输出电压的测量按图6 . 连接。 图 6 在被测钩颇标的输出口 上接人产品标准规定的负载， 用超高颇毫伏表可直接测出信号的电压有效 中8 式车值 4 . 9 输出波形失真 4 . 9 . 1 谐波失真 谐波失真的测量按图7 连接。 L 图 7 由 频谱仪可直接测出各次谐波的分贝数。 或由选频微伏表测出基波、 二次谐波和三次谐波的电压分 量， 由 此得出各次谐波的分贝数。 4 . 9 . 2 非谐波失真 非谐波失真测量按图7 连接。 测量。 . 3 f o -3 f u 范围内非谐波的分贝数

17、。 4 . 1 0 功率消耗 功率消耗的测量按图8 连接。 图 8 从电流表上测出交流电流有效值( 或直流电流值) I ， 从电压表上测出交流电压有效值 或直流电压 值) V ， 功率消耗计算公式为: P二 I V . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 一。 . . 。 。 (2 1) 式中: 尸 功率消耗， W; I 电流值， A; c 8 / T 1 2 4 9 9 一 9 0 v 电压值. v , 附加说明: 本标准由中华人民共和国机械电子工业部提出. 本标准由国营大华无线电仪器厂负责起草. 本标准主要起草人张京真、 秦琴华、 林惠宜、 邹鼎彬。 *

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