时间频率测量

通信术语

时间频率测量确定时间或频率的量值所进行的实验过程。时间频率测量也属于电信基本参数测量。

简介

时间是物理学中的七个基本物理量之一，符号t。在国际单位制（SI）中，时间的基本单位是秒，符号s，在1967年召开的第13届国际度量衡大会对秒的定义是：铯-133的原子基态的两个超精细能阶间跃迁对应辐射的9，192，631，770个周期的持续时间。这个定义提到的铯原子必须在绝对零度时是静止的，而且在地面上的环境是零磁场。在这样的情况下被定义的秒，与天文学上的历书时所定义的秒是等效的。生活中常用的时间单位还有：毫秒ms、分min、小时h、日（天）d、周、月、年等。

频率，是单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，常用符号f或u表示，单位为秒分之一。为了纪念德国物理学家赫兹的贡献，人们把频率的单位命名为赫兹，简称“赫”。每个物体都有由它本身性质决定的与振幅无关的频率，叫做固有频率。频率概念不仅在力学、声学中应用，在电磁学和无线电技术中也常用。

时间与频率互成倒数关系。

测频方法

2.1 电子计数器测频方法

在一定时间间隔内，电子计数器计得被测周期性信号的重复变化次数N，则被测频率为f=N/T。

测频原理框图如图1（a）所示，其工作波形图示于图1（b）。

测频原理：首先，把被测信号①（以正弦波为例）通过脉冲形成电路转变成脉冲②（实际上变成方波即可），其重复频率等于被测频率fx，然后将它加到闸门的一个输入端。闸门由门控信号④来控制其开门时间，只有在闸门开通时间T内，被计数的脉冲⑤才能通过闸门进行计数。门控信号的作用时间T是非常准确的，以它作为时间基准（时基），它由时基信号发生器提供。时基信号发生器由一个高稳定的石英振荡器和一系列数字分频器组成，由它输出的标准时间脉冲（时标）③去控制门控电路形成门控信号④。

比如，时标的重复周期为1s，则加到闸门门控信号作用时间T=1s，T称为“闸门时间”，这时闸门开通时间为1s，若计得100000个数，则按频率表达式，fx=100000Hz，若计数器上单位显示为kHz，则将显示100．000kHz，即小数点定位在第三位。根据不同测量需要，可以选择不同“闸门时间”，若选择T=0．1s，则计数值将为10000个，将这个值乘以10，就等于1s的计数值，即fx仍为100000Hz。实际上，当改变“闸门时间”T时，显示器上的小数点也随之往右移一位（自动定位），即显示100．00kHz，与T=1s时的区别，在于显示的有效数少了一位。

电子计数器测频具有很高的测量准确度，影响准确度的因素有两个方面：一方面决定于闸门时间T准不准，另一方面决定于计数器计得的数准不准，前者由时基信号发生器中的石英振荡器的频率准确度决定，其准确度应比所要求的测频准确度高一个数量级；计数出现的误差是由于主门开启时刻与计数脉冲之间的时间关系不相关而造成的，产生所谓±1个字误差，简称“±1误差”，即不管计数值N多少，其计数最大误差△N总是±1个计数单位，不难得出图2 ，式中T为闸门时间，fx为被测频率。

可见，增加闸门时间可减少±1误差对测频误差的影响。±1误差是所有数字化仪器所特有的误差。

2.2 时间间隔的测量

时间间隔的测量有两种情况，是指同一信号波形上两个不同点之间的时间间隔的测量，例如，脉冲宽度的测量、重复周期的测量等；二是两个信号波形上两点之间的时间间隔测量，例如，时延的测量、相位差的测量等。

利用电子计数器测量时间间隔的基本模式如图3（a），图3（b）为工作波形图。

两个独立的输入通道（B和C）可分别设置触发电平和触发极性（触发沿）。输入通道B为起始通道，用来开通主门，而来自输入通道C的信号为计数器的终止信号，从工作波形图不难理解其工作原理。

图2（a）所示测量模式，有两种工作方式：当跨接于两个输入端的选择开关S断开时，两通道独立，来自两个信号源的信号分别控制计数器工作，可完成两个信号波形上特定点之间的时间间隔测量；当S闭合时，两个输入端并联，可完成一个信号波形上两个指定点之间的时间间隔测量，分别选择触发电平和触发极性，可完成起始和终止功能。

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