JJG 292-1996 铷原子频率标准检定规程.pdf

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1、ZTZYG 中华人民共和国国家计量检定规程JJG 292-1996 规原子频率标准Rubidium Frequency Standards 996一05一25发布1997-03一01实施国家技术监督局发布JJG 292-1996 锢原子频率标准检定规程Verification Regulation of Rubidium Frequency Standards 9 JJG 292-1996 2 !代替肌m-1mj本检定规程经国家技术监督局于1996年05月25日批准，并自1997年03月01日起施行。归口单位:中国计量科学研究院起草单位:中国计量科学研究院本规程技术条文由起草单位负责解释本规程

2、主要起草人:赵良粥黄玲妹JJG 292-1996 (中国计量科学研究院)(中国计量科学研究院)JJG 292-1996 目录概述(1 ) 一技术要求(1 ) 一检定条件(2 ) 囚检定项目和检定方法(2 ) (一)外观及工作正常性(2 ) (二)开机特性(3 ) (三)漂移率(3 ) (四)时域频率稳定度(5 ) (五)频域频率稳定度(7 ) (六)频率复现性(8 ) (七)谐波及非谐波分量(8 ) (八)频率准确度的校准和测量(8 ) 五检定结果的处理和检定周期(8 ) JJG 292-1996 制原子频率标准检定规程本规程适用于使用中和修理后的铀原子频率标准(以下简称铀频标)的检定。一概述

3、1 铀频标是一种被动型原子频标，是利用例同位素Rb87原子基态超精细结构中(0-0)跃迁微波谱线的中心频率，去控制晶体振荡器频率，从而得到高稳定度的标准频率源。它属于频率准确度需要定期校准的二级标准频率源，广泛应用于工程、科研及计量等领域。二技术要求2 输出频率:1 MHz, 5 MHz , 10 (或0.1)MHz; 3 频率漂移率3.1 日漂移率Dd:1 x l0 -u- 6 x 10 -13; 3.2 月漂移率Dm:1 x 10 -10_1 X 10 -11; 4 时域频率稳定度y(T)如表1。表1取样时间1 s 10 s 100 s 1 d 5 频域频率稳定度;t(f)如表2。6 频率

4、复现性R:(5-2) xlO-l1。y (r) 5 x 10 - 11 - 5 x 10 - 12 2XlO-11-2XlO一125X lO -12-5X lO-13 1 x 10 - 11 - 1 x 10 - 12 7 开机特性V:开机ta小时后，优于5x10-11;ta及进入稳定的工作时间tw按产品说明书规定。8 谐波及非谐波分量8.1 谐波分量:一(20-40)dBc; 8.2 非谐波分量:一(50-70)dBc; 1 JJG 292-1996 表2傅里叶频率flHz. (f)/(dBc . Hz) 100 一70- 90 101 一100- 120 102 一110-125103 一

5、125- 140 9 频率准确度A:2X10-1O-5XIO一11。注:检定时以被检伽频标产品说明书为准。三检定条件10 环境条件10.1 环境温度:可在(18-25)C范围内任选一点，在检定过程中佛频标周围的环境温度的变化不超过:t1 c。10.2 相对湿度:80%。10.3 电源电压:220 (1 :t 5 %) V; 50 (1:t 5 %) Hz。10 .4 负载:在检定过程中，负载应固定不变。11 检定用标准仪器及测量设备11.1 频率漂移率及频率准确度的参考源，其指标应比被检伽频标相应指标至少高一个数量级。11.2 时域频率稳定度参考源，其指标应比被检蜘频标相应指标至少好3倍。11

6、.3频域频率稳定度参考源，其单边带相位噪声应比被检铀频标相应指标至少低10毡，其频率应能压控。11 .4 频率漂移率及准确度的测量设备，其测量误差至少应比被检蜘频标相应指标小一个数量级。11.5 时域频率稳定度测量设备，其测量误差至少应小于被检糊频标频率稳定度的三分之一，测量设备的测量带宽应大于取样时间倒数的5倍。11.6 频域频率稳定度测量设备，其单边带相位噪声应比被检佛频标的相应指标至少低10 dB。(一)外观及工作正常性2 四检定项目和检定方法JJG 292-1996 12 被检制频标不应有影响正常工作的机械损伤，各种开关、按键灵活可鞋，各种标志清晰完整。13 接通电源、后，铀u频标频率

7、应在规定时间内锁定。各工作指示应正常。(二)开机特性14 开机特性V是指制频标从开机一段时间t时的频率1;与达到稳定时tw的频率I;w之间的相对频差，按式(1)计算:式中:10一一频率标称值。15 频差倍增法v = IL丛:止立丘二二斗10 (1) 15.1 将被检铀频标和参考频标的输出信号分别与频差倍增器相庇输入端相连，频差倍增器的输出与通用计数器输入端相连，如阁1。被检伽频标频差倍增器通用计数器参考频标图115.2 用通用计数器先后测出频差倍增器输出频率人阳及j川，取样时间二三100s，按式(2)计算。v= 1 兀儿11川tM/o I (2) 式中:fmla及儿川一一分别为ta及tw时刻测

8、得的经倍增后的频率;M一一频差倍增倍数。(三)漂移率16 佛频标在连续运行过程中，频率值随时间的单方面变化称为漂移，其中一阶漂移曲线的斜率称为漂移率。若单位时间为日，称H漂移率;为月，称月漂移率。17 日漂移率Dd用最小二乘法按式(3)或式(3)计算。三Yi()一灭亨丁(tj- t ) Dd = 1 (tit)2 式中:Yi ()一一第i天测得的被检铀频标输出频率相对值;(3) 3 JJG 292- 1996 一一取样时间，=1 d = 86 400 S; n一一取样个数;ti一一取样时序;而=fEYJr);i=tzti I;(Ti -T)(ti - ) 或Dd =g z1 r (ti - )

9、2 (3 ) 式中:Ti一一与第i天相对应的r时间内测得的时刻差或相位差的变化量;T A nZH 1-n -T -A 18 比相法18.1 将被检制频标和参考频标的输出信号分别加到比相器相应输入端，比相器输出电压(或电流)的变化就代表两比对信号之间相位差的变化，用记录仪记录。如图2。参考频标比相器记录仪被检伽频标图218.2 佛频标经预热1天后开始测量，每天在同一时刻记录比相仪的相位差数Ti;连八?续测量15天，按式(3)计算。也可将相位差T;换算成频率相对值Y;()=7二，按式(3)计算。19 时差法19.1 将被检铀频标和参考频标的输出信号分别加到两台分频钟的输入端，经分频钟分频后产生的秒

10、脉冲信号分别作为通用计数器的开门信号和关门信号。如图3。19.2 佛频标经预热1天后开始测量，每天在同一时刻用通用计数器测出两个秒脉冲之间的时刻差丸，连续测量15天，得16个值，计算出相邻两天时刻差的变化量Ti=Ti+1 -T;，按式(3)计算。或换算成频率相对值Yi(r)，按式(3)计算。20 相关系数r按式(4)或式(4)计算:4 参考频标被检铀频标或JJG 292-1996 分频钟通用计数量分频钟图3 三(Yi( r)一灭)(ti-t)歧(Yi(r) -而唁(ti- t) 2 (tlTi - tlT)(ti - t) 尼(Uz-E)22(ta-i)2(4) (4 ) 21 测量结束后，绘

11、出漂移曲线，当n= 15，如果相关系数Ir l 0.6，即漂移曲线具有明显的单方向性，则根据计算出的日漂移率画出漂移直线，并在检定结果中给出日漂移率及相关系数;如果相关系数|10.6，即漂移曲线不具有明显的单方向性，则只给漂移曲线。22 月漂移率Dm可用比相法或时差法检定，连续测量7个月，按式(3)或式(3)计算，式中取样时间为一个月，Yi ()及tlTi分别为与第i个月相对应的频率相对值及时间内测得的时刻差或相位差的变化量。根据被检伽频标产品说明书或送检单位的需要，月漂移率可选检。(四)时域频率稳定度23 频率稳定度是描述频标频率随机起伏的量。时域频率稳定度是指在某一时间间隔内平均频率的随机

12、起伏程度。该时间间隔称为取样时间。时域频率稳定度用双取样方差(阿仑方差)的平方根值表示。24 时域频率稳定度的检定，取样时间与取样组数规定如表3。表3 取样时间r1 s 10 s 100 s 1 d 取样组数m100 50 30 14 25 频差倍增测频法5 JJG 292-1996 25.1 按图1连接。通用计数器功能开关置于频率位置，测量经倍增后的频率，所需的取样时间就是计数器的闸门时间，每个取样时间测m+ 1个数，按式(5)计算。/) =土怡(f;+l- fi)2 Mfo -J f; 2m (5) 式中:元，fi+1一一第t和第i十1次测得的频率值。25.2 可用数据采集处理器代替通用计

13、数器，从数据采集处理器上直接读出时域频率稳定度数值y(r)。26 频差倍增测差频周期法26 .1 检定方法原理如图4或图5。频差倍增器或倍频器输出信号，以及频率合成器输出信号分别与混频器的输入端相连。混频器输出的差频信号F-Mb，.f加到通用计数器测周期输入端。被栓因频标通用计数器参考频标频率合成器图4 被检伽频标倍频椿通用计数楼参考频标频率合成器图5 26.2 通用计数器功能开关置于周期位置，测量混频后的差频周期。用改变周期倍乘数获得所需的取样时间。当差频取1kHz时，与周期倍乘数103及104相对应的取样时间分别为1s及10s，各测m+ 1个数，按式(6)或式(6)计算:或式中:F一一差频

14、;与()=志JZ(工巧)2l号飞(ti+1- ti)2 y() =一-:1、1ZMfo-J纣2m(6) (6 ) JJG 292-1996 P一一周期倍乘数;一取样时间，rf;z及ri+ 1一一第i和第i+ 1次测得的P倍差频周期值。26.3 可用频率稳定度分析仪直接测出时域频率稳定度数值()027 日频率稳定度用日漂移测得的数据按双采样方法(阿仑方差)公式计算。若日漂移率与日稳定度处于同一数量级，则在计算日频率稳定度时，应扣除漂移的影响，按式(7)计算。0./) = J t (Yi +1 (气?)-Dd(7) 28 取样时间为1s , 10 s及1d的频率稳定度，必须进行检定;其余取样时间的

15、频率稳定度，根据被检铀频标产品说明书或送检单位的需要选检。(五)频域频率稳定度29 频域频率稳定度是用各种谱密度来描述的，通常采用单边带相位噪声5f(/)来表征。30 正交鉴相法30.1 鉴相法检定的原理如图60被检伽频标图630.2 调整鉴相器使其处于正交并相位锁定。30.3 设鉴相器的鉴相灵敏度为Kd放大器的增益为KA频谱分析仪测得的功率谱密度为V;ms(/)，则被检糊频标的单边带相位噪声:f(/)按式(8)或式(9)计算:用对数表示:到1)=一V;msC/)2 KdK (8) :11/) = 20 19 Vrms(/) - 20 19 Kd - 20 19 KA - 3 (dBclHz)

16、 (9) 式中:Vrms (/)一-1Hz带宽内的均方根电压值;f一一傅里叶频率，即偏离信号载频的频率。30.4 测量时，傅里叶频率分别取1Hz, 10 Hz , 100 Hz和1kHzo 30.5 为了减少51!(/)的测量误差，对每一傅里叶频率f的51(/)值，测量次数n一JJG 292-1996 般取16031 根据被检制频标产品说明书或送检单位的需要，频域频率稳定度可选检。(六)频率复现性32 频率复现性R是指糊频标工作一段时间tl后，关机一段时间t2，再开机一段时间t3时的频率值ft3与关机前t1时的频率值fll的相对频差，按式(10)计算:R=I口|(10) fo 式中:ftl及f

17、t3一一分别为t1及t3时的频率值。33 频率复现性按tI = t 2 = t 3 = 24 h或按佛频标的产品说明书规定进行检定。测量ftl和岛时，取样时间注100s。(七)谐波及非谐波分量34 将被检糊频标的输出端与频谱分析仪的输入端相连，如图7。被检伽频标频谱仪图735 用频谱分析仪分别测出二次谐波、三次谐波及(0.3- 3) fo范围内的非谐波相对于载波电平的分贝数。36 根据被检蜘频标产品说明书或送检单位的需要，谐波及非谐波分量可选检。(八)频率准确度的校准和测量37 频率准确度A是指被检铀频标频率标称值，对其频率实际值的偏离程度，按式( 11)计算:rIL一二AA-flL一二fhh

18、-A 、，EA EA ，E飞、式中:儿一一频率实际值。38 被检蜘频标在各项指标检定完毕后，对其频率准确度进行测量。如果频率准确度不满足技术要求，则要对其进行校准。五检定结果的处理和检定周期39 按照本规程检定的制频标，如果各项检定项目全部达到技术要求者，出具检定证书;检定不合格者，出具检定结果通知书，并注明不合格的项目。40 佛频标的检定周期为1年。8 中华人民共和国国家计量检定规程如原子频率标准JJG 292- 1996 国家技术监督局颁布 中国计量出版社出版北京和平墨西街甲2号邮政编码100013 电话(010)64275360北京市迪鑫印刷厂印刷新华书店北京发行所发行版权所有不得翻印* 880 mm X 1230 mm 16开本印张。.75字数12千字1996年10月第1版2001年9月第2次印刷印数1501-2500统一书号155026- 1372 定价:12.00元