|
Главная -> Понятия метрологии 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [55] 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 Действительное значение частоты оценивают ее усредненным на интервале измерений т значением t + T/1 «ср {t,T) = 0) (О dt. i-T/2 Значения усредненной частоты получают по показанию электронно-счетного частотомера с временем счета т. Минимальный интервал ограничен периодом одного колебания, при максимальном интервале медленный уход частоты должен быть пренебрежимо мал. Долговременную нестабильность определяют как разность двух усредненных значений частоты, взятых в конце и в начале интервала времени Т: Ашд(/, т) = о)ср( + Г/2) - а)ср( - Г/2). Таким образом, долговременная нестабильность является функцией трех аргументов: времени интервала Г и времени усреднения т мгновенной частоты. Для ее экспериментального определения выбирают стандартные интервалы времени Г и соответствующие им стандартные времена усреднения т. Рекомендованы следующие соотношения между Гит: 1 ч 6 мес. 1 мес. 1 сут. 1ч. 100 с 100 с 100 с 100 с 1 сут. 1 сут. 1 сут. 1ч 100 с I с 0,1 с 0,01 с 0,001 с Поскольку долговременная нестабильность зависит от времени, то ее оценивают как среднеарифметическое значение, полученное при п измерениях на интервале {п-\-\)Т: Ао)д = Wep( /, + 0,57) - а)ср( А- - 0,57) (9.1) Текущее значение кратковременной нестабильности \Miij,{t) = iOcp{t, т) - Т), где cu(f, Л=12 о)ср(/, т) - усредненное на интервале времени Т значение частоты. Число измерений к - Т/х. Кратковременную нестабильность характеризуют оценкой ее СКО кр = I v21 Чр( - «{и Т)] I (9.2) Характеристики образцовых кварцевых генераторов. В измерительных приборах, как правило, используют высокостабнльные кварцевые генераторы. Кратковременная нестабильность таких генераторов обусловлена тепловыми шумами кварцевого резонатора и элементов генератора, дробовым шумом транзисторов и фликкер-шумом элементов генератора. Кроме того, на кратковременную нестабильность влияют функции питающего напряжения и вибрации. Типичные значения относительного СКО частоты от среднего значения увеличиваются от IQ-" для времени усреднения 1 с до 3•10- для времени усреднения 1 ч. Долговременная нестабильность определяется главным образом старением кварцевого резонатора и изменением его механических свойств под действием дестабилизирующих факторов: влажности, давления, вибраций и радиационного облучения. Для уменьшения дестабилизирующего действия влажности и давления кварцевый резонатор помещают в вакуумный баллон. Характерные предельные значения относительной погрешности воспроизведения частоты, обусловленной долговременной нестабильностью, составляют от Ю"* за сутки до 5-10" за год эксплуатации, а в некоторых приборах еще меньше. Кварцевый резонатор вместе с задающим генератором всегда термостати-руют, поэтому относительный температурный уход частоты невелик и может составлять (...3)-10-°С. Таким образом, в большинстве случаев нестабильность частоты кварцевого генератора достаточно оценить самой большой из перечисленных погрешностей - долговременной нестабильностью частоты. В паспортных данных средств измерений с кварцевыми генераторами обычно приводят допускаемые пределы ухода частоты, обусловленной долговременной и кратковременной нестабильностью, а также температурную нестабильность. На основе кварцевых генераторов строят генераторы счетных импульсов. Задающий кварцевый генератор во многих случаях работает на частоте 5 МГц, поскольку кварцевые резонаторы с резонансной частотой порядка нескольких мегагерц имеют наилучшие характеристики при небольших размерах. Такая частота недостаточна для счетных импульсов, поэтому ее приходится умножать многокаскадными умножителями частоты с колебательными контурами. Счетные импульсы обычно формируют с помощью триггера Шмидта. Эталон времени и частоты. С наивысшей точностью частоту и время воспроизводят с помощью высокостабильных молекулярных генераторов. Упрощенная Рис, 9.2 Блок Внешних сличении Блок внутренних сличений SZ =1= Блок формирования эталонных чаа структурная схема эталона показана на рис. 9.2. С помощью двух цезиевых генераторов Gt и G2 с относительной погрещностью ,3- 10~" воспроизводят размер секунды, определяемый как продолжительность 9,192631770- колебаний излучений при переходе между линиями сверхтонкой структуры ато.ма Cs, а именно невозмущенный переход f = 4, т=0->- = 3, тр=0 основного состояния Si/2. По частоте цезиевых генераторов периодически контролируют частоты водородных генераторов G3-G6. Необходимость введения таких генераторов обусловлена их лучщей долговременной стабильностью частоты по сравнению с цезиевыми генераторами. Средняя нестабильность частоты всей группы водородных генераторов за год не превышает S-IO", что позволяет долгое время работать без использования цезиевых генераторов. Для непрерывного хранения времени используют четыре водородных генератора G7-G/0хранителя частоты. Из них с помощью схемы формирования рабочих шкал выбирают наиболее стабильный генератор-хранитель и формируют эталонные частоты и эталонные временные интервалы, периодически сравниваемые (сличаемые) с системой внутреннего сличения с частотами генераторов-хранителей частоты. Система внешних сличений предназначена для сравнения эталона с другими эталонами. Эталонные сигналы могут передаваться по обычным радиоканалам, с помощью метеорной и спутниковой связи, а также по кабельным линиям. Предусмотрена возможность сличения с перевозимым вторичным эталоном на основе цезиевых генераторов. Частотный диапазон стандарта расширяют с помощью лазеров, синхронизируемых частотами эталона. 9.3. ЦИФРОВОЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЙ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ И ПЕРИОДА ПОВТОРЕНИЯ Временные интервалы задают как отрезок времени между двумя характерными точками, взятыми на временных реализациях двух исследуемых колебаний, поступающих по двум каналам. Иногда измеряют интервалы между характерными точками одного 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 [55] 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 0.0145 |
|