JJG 2007-2007 时间频率计量器具检定规程.pdf

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1、中华人民共和国国家计量检定系统表ljG 2007-2007时间频率计量器具Time and Frequency Measuring Instruments20070614发布 20071214实施国家质量监督检验检疫总局发布JJG 2007-2007时间频率计量器具检定系统表Verification Scheme of Time andFrequency Measuring Instruments本检定系统表经国家质量监督检验检疫总局2007年6月14日批准，并自2007年12月14日起施行。归口单位：全国时间频率计量技术委员会起草单位：中国计量科学研究院本检定系统表由全国时间频率计量技术委员

2、会负责解释i|；i|i竺肿一一叮替本检定系统表主要起草人：张爱敏(中国计量科学研究院)参加起草人：高小殉(中国计量科学研究院)马凤鸣(中国计量科学研究院)JJG 272007目 录1范围(12术语和定义(121国际原子时(TAI)(122协调世界时(UTC)(123北京时间(BST)(124频率准确度(13计量基准(131名称和量值(1311铯喷泉钟(1312原子时标f 132频率准确度及时刻偏差不确定度(2321铯喷泉钟频率准确度(2322原子时标频率准确度及时刻偏差不确定度(233传递方法(2331频率传递(2332时间传递(24计量标准(341名称和量值(3411名称(3412量值(34

3、2频率准确度(343传递方法(3431利用高分辨力频率计数器(343 2利用频标比对器(45工作计量器具(451典型工作计量器具的名称和测量范围(4511频率合成器(4512时间合成器(4513频率计数器(4514时间间隔测量仪(452工作计量器具内标准源的频率准确度(46检定系统表框图(5时间频率计量器具检定系统表1范围本系统表规定了时间频率量值由时间频率计量基准经过计量标准传递到工作计量器具的传递程序、传递方法及最佳测量能力。在开展校准时，也可作为量值溯源的依据。2术语和定义21国际原子时(FAI)由国际计量局(BIPM)以原子秒为单位建立和保持的时间坐标。利用分布在世界各时间实验室的原子

4、钟数据加权计算得到，其秒长由秒定义复现装置校准。22协调世界时(UT(：)国际上统一的标准时间，其秒长取自TAI，时刻与世界时(UTl)偏差在09s以内。UTC为计算的纸面时间，物理实现为UTC(k)，k为实验室代码。23北京时间(BST)我国统一的标准时间。BST=UTC+8h24频率准确度频率实际值相对于标称值的偏离程度。定量的用不带符号的相对值表示，如110111，510。13等等。3计量基准31名称和量值时间频率计量基准包括激光冷却铯原子喷泉时间频率基准装置(以下简称铯喷泉钟)及原子时标基准装置(以下简称原子时标)。311铯喷泉钟铯喷泉钟是直接复现秒定义的物理装置，用途有两种：1)参加

5、国际原子时的校准；2)当国际溯源手段出现异常时，直接校准原子时标。铯喷泉钟给出的频率值为5MHz。312原子时标原子时标基准装置由一组连续工作的原子钟组成，利用此钟组建立和保持标准时间，代号为UTC(NIM)。UTc(NIM)绘出标准频率，标称值为1MHz，5MHz和10MHz及北京时间，以时、分、秒显示。1JJG 20072011732频率准确度及时刻偏差不确定度321铯喷泉钟频率准确度有多种因素造成铯喷泉钟的频率复现值偏离定义值。评定时，求出各项因素造成的偏离值及其不确定度，偏离值修正后，总的合成不确定度即为复现值对定义值的偏离程度，称为频率准确度。目前铯喷泉钟的准确度为510。15(20

6、05年评定)。3：22原子时标频率准确度及时刻偏差不确定度3221原子时标频率准确度原子时标频率准确度优于510。14，获得途径有两种：1)用国际原子时校准利用GPS共视(或全视)比对方法参加国际原子时的合作，每周把比对数据传给BIPM，从BIPM每月的时间公报上得到urC(NIM)与UTC的时差，通过时差的变化率得出两者的相对频率偏差。UTC的频率准确度优于110。4，由此可保持UTC(NIM)的频率准确度优于5 X 10。4。2)当国际溯源手段出现异常时用铯喷泉钟校准用一台氢原子钟(通称飞轮钟)做媒介，同时测出飞轮钟相对铯喷泉钟和UTC(NIM)的频率差，通过计算得到UTC(NIM)相对铯

7、喷泉钟的频率差，调整urc(NIM)的速率，使原子时标的频率准确度优于51014。3222原子时标时刻偏差不确定度uTC(NIM)与UTC在时刻上的偏差由BIPM的时间公报上得到。通过相位微跃器调整此偏差，使其保持在50ns以内。偏差的不确定度为20ns(k=2)。33传递方法时间及频率量值通过原子时标向下进行传递。331频率传递3311直接测量利用时差测量仪或比相仪测量被检频率标准与原子时标的时差，由时差的变化量求出相对平均频率偏差。测量仪的最大误差为1ns，对于1天的平均时间，相对平均频率偏差的测量不确定度为21014(k=2)，10天可减少到2x10。15(k=2)。3312远距离校准对

8、于体积重量过大不便于搬运的氢原子频率标准，或需要连续运行不能断电送检的频率标准，可用GNSS(全球导航卫星系统)共视法通过时差测量进行远程校准。时差测量的不确定度与两地距离的远近有关，在我国境内可达到(510)ns，相应的一天平均频率偏差的不确定度为5101411013(k=2)。332时间传递3321直接测量直接测量被检时钟的秒信号与标准时间(北京时间)秒信号的时差。时钟显示的数据2JJG 20072007均为时、分、秒，与标准时间大于1s的偏差由读数判断。小于1s的偏差用时间间隔测量仪测量，最大误差为lns，测量结果的不确定度主要是标准时间时刻偏差的不确定度。3322远距离传递标准时间的编

9、码信息可通过无线和有线方式传递。无线传递方式利用中央电视台的卫星转播信号将时间信息编码(从ltm到24h)插入在电视信号的场逆程内，各地电视台及广播电台的报时钟均以此标准时间为参考，进行校准和同步。电视台发送的标准时间由基准钟房进行监测，并定期对电视台的主钟进行校准，使其与标准时间的时差保持在lfs以内。有线方式通过互联网和电话网进行传递。两者的主要用途是同步计算机内的时钟，前者利用NTP网络协议，后者利用自主研制的时间编码器。同步的不确定度，互联网为ls(k=2)，电话网为10ms(k=2)，主要来源于传输时间的不确定。4计量标准41名称和量值411名称4111原子频标基于原子跃迁理论建立的

10、频率标准。目前广泛使用的有：铯原子频标、氢原子频标(包括主动型和被动型)、铷原子频标和GPS控制的铷原子频标。4112石英晶体频标用频率老化率较小的石英晶体振荡器制成的一台独立使用的设备。用GPS控制的石英晶体频标，可减小老化影响，具有较高的频率准确度。412量值频率标准通常给出两个频率值：5MHz和10MFIz，或只给出一个频率值，一般为5MHz。42频率准确度铯原子频标和氢原子频标的频率准确度在110。115x10。3范围内。铷原子频标的频率准确度范围为11010-510。11。GPS控制的铷原子频标准确度可达到1 X 10。12(平均时间为1天)。石英晶体频标的准确度为110一51011

11、。GPS控制的石英晶体频标准确度可达到1X10。12(平均时间为1天)。43传递方法测量工作计量器具内的标准源与参考频标之间的相对平均频率偏差，按照相应的检定规程给出该标准源的频率准确度。431利用高分辨力频率计数器内部标准源为石英晶体振荡器的工作计量器具，可用频率计数器直接测量晶振输出3JJG 200727信号的频率，闸门时间取100s，计数器用外标，一般采用原子频标。对于频率准确度较低的工作计量器具，可采用石英晶体频标，基本原则是计数器闸f-In,-t问的准确度要比被测晶振的准确度高一个量级。测量不确定度为1101x10。11(k=2)。432利用频标比对器对频率准确度较高的工作计量器具，

12、可用测量分辨力更高的频标比对器来进行测量，闸门时间取100s时测量不确定度可小于l1013(k=2)。5工作计量器具时间频率工作计量器具分两大类：时间频率发生器和时间频率测量仪。前者产生宽范围的频率和时间间隔，后者用于测量各种设备输出的频率和时间间隔。工作计量器具内部都具有一个标准源，多数是石英晶体振荡器，少数采用铷振荡器。发生器和测量仪最小的示值误差(相对误差)能达到多少，最终由计量器具内标准源的频率或周期的准确度决定。因此时间频率量值传递的主要任务就是检定各种工作计量器具内标准源的频率准确度。其他计量性能指标的检定不归属本检定系统表。51典型工作计量器具的名称和测量范围511频率合成器也称

13、为合成信号发生器，频率范围从超低频到微波，目前最低值可达1“卜lz，最高值可到50GHz。频率合成器内标准源的频率为5MHz或10MHz。512时间合成器产生各种时间间隔，信号形式均为脉冲，电平多为1vrL。以正(负)脉冲间隔，正(负)脉冲宽度给出时间间隔，范围从lns到104s。时间合成器内标准源的频率为5MHz或10MHz。513频率计数器测频范围从1tHz到50GHz。计数器内标准源的频率为5MHz或10MHz。514时间间隔测量仪可测量两脉冲间的时间间隔和脉冲宽度，范围从1ns到104s。时间间隔测量仪内标准源的频率为5MHz或10MHz。52工作计量器具内标准源的频率准确度工作计量器

14、具内所用标准源大都是石英晶体振荡器，从简单的常温晶振、温补晶振到恒温晶振。频率准确度从110 5到510，如内部标准源用铷振荡器，频率准确度一般为11010。4JJG 2007-20076检定系统表框图(见下图)时间频率计量器具检定系统表框图国际频率准确度lIo叫4 fGPs共视比对系统计 最佳测量能力：时差20ns量 I频懋纛卜 原子时标UTC(NIM)基准装置频率值，5MHz10MHz 频率准确度：5X101基 北京时闯：UTC+Sh时差IUTC(N1M)一UTCI50ns，不确定度(u)：20ns(k=2)准 l l频率测量仪器；时差测量仪比相仪 时间测量仪器： 电视网、电话网、互联网时

15、刻编码不确定度：最佳测量能力：21014(f=1天) 时差测量仪 电视网I us，电话网lOms，可联网Is(k-2)GPS远程校准最佳测量能力：510“4 最佳测量能力；(r=1天)计 原子频标，石英晶体频标 标准数字时钟 电视台和广播电台撤时钟频率值；5MHz，10MHz 时差不确定度(u)： 时差不确定度(【，)：lores量 频率准确度；Ii0 g-5X10 0 1 us3 us (-2)伸=21标f 测量仪器：频标比对器：晟佳测量fthl10”(f=100s) f准I 计数器：最佳测量能力llO“(f：loos) If I f f频牢合成器 时间合成器 频率计数器 时间间隔测景仪 其

16、他电子仪器计算机时钟工 晶振频率 晶振频率 晶振额率 晶振频率 晶振频率5MHz。10MHz 5MHz，10MHz 5MHZ，10MH2 5MHz，10MHZ 5MHz，10MHz 时芳小确定作度：3s频率准确度： 频率准确度： 频率准确度： 频率准确度： 频率准确度：计 (=2)量 1X10l10一。 110-sI10” lXl0一I10。 l10l10t。 I10IXl0”器具 注：计量嚣具可能会有新的产品或不同的名称，在检定系统表中不可能奎部列出。对未列入检定系统表的工作计量器具，必要时可根据效测量、测量范围和工作原理，参考橙定系统裹中列出的计量器具的测量范围和工作原理，确定适合的量值传递速径。