频差倍增—综合—测周期法

出处：按学科分类—工业技术 企业管理出版社《计量专业工程师手册》第440页（2239字）

用普通计数器直接测量，当被测信号的频率较低时，采用测信号周期的办法，可以获得较高的测量分辨率，其值为dy(τ)=τ₀／τ，τ为计数器闸门打开的时间，等于被测信号周期的整数倍，例如，若信号频率为1kHz，欲使τ=1s，则为被测信号周期的1000倍。τ₀为测量时选用的时基，一般计数器可选到0．1μs。

对频标进行检定时，一个很重要的技术指标是频率稳定度，而这一指标又要求相应的取样时间，通常为1ms，10ms，100ms，1s和10s。当用计数器直接测频时，这些时间由闸门发生器提供，通用计数器均能给出这几种时间，但测信号周期时，闸门时间是由信号周期决定，计数器具有测多个周期的功能，一般能测1，10，100，1000和10000个周期，但要使此时的闸门时间能满足上述取样时间的要求，被测信号的周期必须为1ms。若直接选取被检频标与参考频标的差频信号作为计数器的测量信号，将无法满足取样时间的要求。为此在频差倍增测周期方法中，加入一个综合器，产生1kHz的附加信号，以满足所要求的取样时间。

1．工作原理

如图8．5－5所示

图8．5－5 倍增－综合－测周期法

频差倍增后的输出频率为

f_N=f_r+mⁿΔf

与综合器输出频率相减得

F=f_N－(f_r－f_s)

=f_s+mⁿΔf

计数器利用测周期法测定F值。

2．测量分辨率

一般取f_s=1kHz，因Δf很小，故F≈f_s即F的标称值也为1kHz。测量时通过周期扩展得到所需的取样时间，即闸门时间τ。设，τ=Pτ_f，当P为1，10，10²，10³，10⁴时，对应的取样时间为1ms，10ms，100ms，1s和10s。

设，T=Pτ_s

则(8．5－11)式变为

T为取样时间的标称值，τ是计数器测量后直接显示的值，为计算方便，分母中的τ可以用T代替，代替误差可以忽略，则y(τ)的实用计算公式为

例如：若m=10，n=3，f_r=1MHz，f_s=1kHz，T=1s，测出的值τ=1．000123s

负号表明被测频率实际值比标称值低。

测量分辨率

若测量时选用的时基为τ₀，则由±1计数引起的dτ=±τ₀，故有

若τ₀=0．1μs，其他参数仍取上例中的值，则对于T=1s的取样时间

dy(τ)=1×10^－13

【参考文献】：

［1］王义遒等，量子频标原理，科学出版社，1986。

［2］吴守贤等，时间与频率，科学出版社，1983。

［3］黄秉英等，时间频率的精确测量，计量出版社，1986。

［4］王江现代测量技术，计量出版社，1987。

［5］P. Kartaschoff ,Frequency and Time,Academic Press ,1978.

［6］J. A. Barnes et al. ,Characterization of frequency stability, IEEE Trans Instrum Meas. IM —20,p.105—120,1971.

［7］Time and frequency:Theory and Fundamentals,NBS Manograph 140,1974.

［8］D. W. Allan ,The measurement of fruquency and frequency stability of precision oscillator,Proc.6th Ann PTTI Planning Meeting.

［9］Annual Report of the BIPM Time Sectina,1974.