浙江省計(jì)量科學(xué)研究院 韓海林 孫 杰

引言

銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)廣泛應(yīng)用于無線電導(dǎo)航與定位、數(shù)字通信和時(shí)間頻率測(cè)量等領(lǐng)域，它在時(shí)間頻率量傳體系中起著重要作用。頻率穩(wěn)定度是頻標(biāo)計(jì)量特性中最重要的一項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，使用頻標(biāo)的最終目的是要獲得準(zhǔn)確的頻率值，而頻率的穩(wěn)定度影響了頻率的準(zhǔn)確度。目前國家檢定規(guī)程JG292-2009《銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了頻率穩(wěn)定度頻標(biāo)比對(duì)器測(cè)量法、頻差倍增器測(cè)量法、時(shí)差法、比相法等四種檢定項(xiàng)目。本文主要介紹利用時(shí)差法測(cè)量銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率穩(wěn)定度，并對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行不確定度評(píng)定。

1 時(shí)差法原理及測(cè)量方法

頻率穩(wěn)定度時(shí)差法測(cè)量原理如圖1所示。

圖1 時(shí)差法測(cè)量原理圖

將被檢的銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)10MHz輸出端口和參考頻標(biāo)10MHz輸出端口分別接入兩個(gè)分頻器，分頻器的1PPS信號(hào)分別接入到通用計(jì)數(shù)器的A輸入口和B輸入口。其中由A路輸入的被檢銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)通過分頻器產(chǎn)生的1PPS上升沿作為啟動(dòng)信號(hào)，由B路輸入的參考頻標(biāo)信號(hào)通過分頻器產(chǎn)生的1PPS上升沿作為停止信號(hào)，取樣時(shí)間為分別為10000s和86400s，連續(xù)測(cè)量15組時(shí)差值。若被檢銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)說明書給出的穩(wěn)定度按哈德瑪方差進(jìn)行評(píng)定則按公式（1）計(jì)算頻率穩(wěn)定度，否則按公式（2）計(jì)算頻率穩(wěn)定度。

2 測(cè)量不確定度評(píng)定

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

2.2 頻率穩(wěn)定度的測(cè)量不確定度評(píng)定

(1)銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)輸出秒脈沖的不準(zhǔn)確引入的不確定度分量。

根據(jù)上一級(jí)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)給出的檢定結(jié)果，銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)的頻率準(zhǔn)確度為5×10-13，則半?yún)^(qū)間寬度a=5×10-13，在區(qū)間內(nèi)均勻分布,包含因子k=，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

(2)銫原子頻率標(biāo)準(zhǔn)輸出秒脈沖的不穩(wěn)定引入的不確定度分量。

根據(jù)上一級(jí)計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)給出的檢定結(jié)果，以取樣時(shí)間為10000s為例，其頻率穩(wěn)定度為1.8×10-13，則半?yún)^(qū)間寬度a=1.8×10-13，在區(qū)間內(nèi)均勻分布，包含因子包含因子k=，則標(biāo)準(zhǔn)不確定度：u2=1.6×10-12/=1.0×10-13。

2.2.2 輸入量 引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

(1)通用計(jì)數(shù)器分辨力引入的不確定度分量。

SR620型通用計(jì)數(shù)器測(cè)量時(shí)間間隔的分辨力為1×10-13，測(cè)的時(shí)差值經(jīng)上文頻率穩(wěn)定度計(jì)算公式計(jì)算后可忽略不計(jì)。

(2)供電電源不穩(wěn)與磁場(chǎng)變化引入的不確定度分量可以忽略不計(jì)。

(3)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)重復(fù)性引入的不確定度分量。

選用性能穩(wěn)定的MRT-H-101型銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)作為被測(cè)對(duì)象，連續(xù)測(cè)量10次，計(jì)算算術(shù)平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.3×10-13，因此標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量u4=1.3×10-13。

表1 頻率穩(wěn)定度測(cè)量結(jié)果

2.2.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度的評(píng)定

T0與彼此獨(dú)立互不相關(guān)，因此合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

2.3 擴(kuò)展不確定度評(píng)定

k取2，則擴(kuò)展不確定度如下：

因此銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)在取樣時(shí)間為10000s時(shí)頻率穩(wěn)定度測(cè)量的擴(kuò)展不確定度為6.0×10-11，取樣時(shí)間為86400s亦可參考評(píng)定。

3 結(jié)束語

本文利用時(shí)差法對(duì)銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率穩(wěn)定度測(cè)量的工作原理進(jìn)行了介紹，并對(duì)測(cè)量結(jié)果的不確定度進(jìn)行了評(píng)定,實(shí)現(xiàn)了利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)對(duì)取樣時(shí)間為10000s、86400s銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)頻率穩(wěn)定度的測(cè)量。

[1]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJg292-2009.杭州:國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,2009.

[2]國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.JJF1059.1-2012.杭州:國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局,2012.