时间与频率的测量培训课件1

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1、4.1 概述概述4.1.1 4.1.1 时间、频率的基本概念时间、频率的基本概念 1 1 1 1）时间和频率的定义）时间和频率的定义）时间和频率的定义）时间和频率的定义 2 2 2 2）时频测量的特点）时频测量的特点）时频测量的特点）时频测量的特点 3 3 3 3）测量方法概述）测量方法概述）测量方法概述）测量方法概述4.1.2 4.1.2 电子计数器概述电子计数器概述 1 1）电子计数器的分类）电子计数器的分类 2 2）主要技术指标）主要技术指标 3 3）电子计数器的发展）电子计数器的发展4.1.1 4.1.1 时间、频率的基本概念时间、频率的基本概念 1 1 1 1）时间和频率的定义）时间

2、和频率的定义）时间和频率的定义）时间和频率的定义时间有两个含义：时间有两个含义： “时刻时刻”：即某个事件何时发生；即某个事件何时发生； “时间间隔时间间隔”：即某个时间相对于某一时刻持续了多久。即某个时间相对于某一时刻持续了多久。频率的定义：频率的定义：周期信号在单位时间（周期信号在单位时间（1s1s）内的变化次数）内的变化次数（周期数）。如果在一定（周期数）。如果在一定时间间隔时间间隔T T内周期信号重复变化内周期信号重复变化了了N N次次，则频率可表达为：，则频率可表达为：f fN/TN/T时间与频率的关系：时间与频率的关系：时间与频率的关系：时间与频率的关系：可以互相转换。可以互相转换

3、。可以互相转换。可以互相转换。2) 2) 时频测量的特点时频测量的特点最常见和最重要的测量最常见和最重要的测量最常见和最重要的测量最常见和最重要的测量时间是时间是时间是时间是7 7 7 7个基本国际单位之一，时间、频率是极为重要个基本国际单位之一，时间、频率是极为重要个基本国际单位之一，时间、频率是极为重要个基本国际单位之一，时间、频率是极为重要的物理量，在通信、航空航天、武器装备、科学试验、医的物理量，在通信、航空航天、武器装备、科学试验、医的物理量，在通信、航空航天、武器装备、科学试验、医的物理量，在通信、航空航天、武器装备、科学试验、医疗、工业自动化等疗、工业自动化等疗、工业自动化等疗、

4、工业自动化等民用和军事方面都存在时频测量。民用和军事方面都存在时频测量。民用和军事方面都存在时频测量。民用和军事方面都存在时频测量。测量准确度高测量准确度高测量准确度高测量准确度高时间频率基准具有最高准确度（时间频率基准具有最高准确度（时间频率基准具有最高准确度（时间频率基准具有最高准确度（可达可达可达可达10101010-14-14-14-14），校准），校准），校准），校准（比对）方便，因而数字化时频测量可达到很高的准确度。（比对）方便，因而数字化时频测量可达到很高的准确度。（比对）方便，因而数字化时频测量可达到很高的准确度。（比对）方便，因而数字化时频测量可达到很高的准确度。因此，因此，

5、因此，因此，许多物理量的测量都转换为时频测量。许多物理量的测量都转换为时频测量。许多物理量的测量都转换为时频测量。许多物理量的测量都转换为时频测量。自动化程度高自动化程度高自动化程度高自动化程度高测量速度快测量速度快测量速度快测量速度快3）测测量量方方法法概概述述频频频频率率率率的的的的测测测测量量量量方方方方法法法法可可可可以以以以分分分分为为为为：差频法拍频法示波法电桥法谐振法比较法直读法李沙育图形法测周期法模拟法频率测量方法数字法电容充放电法电子计数器法uu各各各各种种种种测测测测量量量量方方方方法法法法有有有有着着着着不不不不同同同同的的的的实实实实现现现现原原原原理理理理，其其其其复

6、复复复杂杂杂杂程程程程度度度度不不不不同同同同。uu各各各各种种种种测测测测量量量量方方方方法法法法有有有有着着着着不不不不同同同同的的的的测测测测量量量量准准准准确确确确度度度度和和和和适适适适用用用用的的的的频频频频率率率率范范范范围围围围。uu数数数数字字字字化化化化电电电电子子子子计计计计数数数数器器器器法法法法是是是是时时时时间间间间、频频频频率率率率测测测测量量量量的的的的主主主主要要要要方方方方法法法法，是是是是本本本本章章章章的的的的重重重重点点点点。4.1.2 电子计数器概述1 1）电电电电子子子子计计计计数数数数器器器器的的的的分分分分类类类类按按按按功功功功能能能能可可可

7、可以以以以分分分分为为为为如如如如下下下下四四四四类类类类： （1 1 1 1）通通通通用用用用计计计计数数数数器器器器：可可可可测测测测量量量量频频频频率率率率、频频频频率率率率比比比比、周周周周期期期期、时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔、累累累累加加加加计计计计数数数数等等等等。其其其其测测测测量量量量功功功功能能能能可可可可扩扩扩扩展展展展。 （2 2 2 2）频频频频率率率率计计计计数数数数器器器器：其其其其功功功功能能能能限限限限于于于于测测测测频频频频和和和和计计计计数数数数。但但但但测测测测频频频频范范范范围围围围往往往往往往往往很很很很宽宽宽宽。 （3 3 3 3）时时时时间间

8、间间计计计计数数数数器器器器：以以以以时时时时间间间间测测测测量量量量为为为为基基基基础础础础，可可可可测测测测量量量量周周周周期期期期、脉脉脉脉冲冲冲冲参参参参数数数数等等等等，其其其其测测测测时时时时分分分分辨辨辨辨力力力力和和和和准准准准确确确确度度度度很很很很高高高高。 （4 4 4 4）特特特特种种种种计计计计数数数数器器器器: : : :具具具具有有有有特特特特殊殊殊殊功功功功能能能能的的的的计计计计数数数数器器器器。包包包包括括括括可可可可逆逆逆逆计计计计数数数数器器器器、序序序序列列列列计计计计数数数数器器器器、预预预预置置置置计计计计数数数数器器器器等等等等。用用用用于于于于

9、工工工工业业业业测测测测控控控控。1）电电子子计计数数器器的的分分类类uu按按按按用用用用途途途途可可可可分分分分为为为为：测测测测量量量量用用用用计计计计数数数数器器器器和和和和控控控控制制制制用用用用计计计计数数数数器器器器。uu按按按按测测测测量量量量范范范范围围围围可可可可分分分分为为为为：（1 1 1 1）低低低低速速速速计计计计数数数数器器器器（低低低低于于于于1 1 1 10 0 0 0M M M MH H H Hz z z z） （2 2 2 2）中中中中速速速速计计计计数数数数器器器器（1 1 1 10 0 0 0 1 1 1 10 0 0 00 0 0 0M M M MH

10、H H Hz z z z） （3 3 3 3）高高高高速速速速计计计计数数数数器器器器（高高高高于于于于1 1 1 10 0 0 00 0 0 0M M M MH H H Hz z z z） （4 4 4 4）微微微微波波波波计计计计数数数数器器器器（1 1 1 1 8 8 8 80 0 0 0G G G GH H H Hz z z z） 2 2）主要技术指标）主要技术指标（1 1）测量范围：）测量范围：）测量范围：）测量范围：毫赫毫赫毫赫毫赫 几十几十几十几十GHzGHz。（2 2）准确度：）准确度：）准确度：）准确度：可达可达可达可达1010-9-9以上。以上。以上。以上。（3 3）晶振频

11、率及稳定度：）晶振频率及稳定度：）晶振频率及稳定度：）晶振频率及稳定度：晶体振荡器是电子计数器的内晶体振荡器是电子计数器的内晶体振荡器是电子计数器的内晶体振荡器是电子计数器的内部基准，一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级部基准，一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级部基准，一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级部基准，一般要求高于所要求的测量准确度的一个数量级（1010倍）。输出频率为倍）。输出频率为倍）。输出频率为倍）。输出频率为1MHz1MHz、2.5MHz2.5MHz、5MHz5MHz、10MHz10MHz等，普通晶振稳定度为等，普通晶振稳定度为等，普通晶振稳定度为等，普通

12、晶振稳定度为1010-5-5，恒温晶振达，恒温晶振达，恒温晶振达，恒温晶振达1010-7-71010-9-9。（4 4）输入特性：）输入特性：）输入特性：）输入特性：包括耦合方式（包括耦合方式（包括耦合方式（包括耦合方式（DCDC、ACAC）、触发电平）、触发电平）、触发电平）、触发电平（可调）、灵敏度（可调）、灵敏度（可调）、灵敏度（可调）、灵敏度（10100mV10100mV）、输入阻抗（）、输入阻抗（）、输入阻抗（）、输入阻抗（50 50 低低低低阻和阻和阻和阻和1M 1M /25pF/25pF/25pF/25pF高阻）等。高阻）等。高阻）等。高阻）等。（5 5）闸门时间）闸门时间）闸门

13、时间）闸门时间( (测频测频测频测频) )：有：有：有：有1ms1ms、10ms10ms、100ms100ms、1s1s、10s10s。（6 6）时标）时标）时标）时标( (测周测周测周测周) )：有：有：有：有10ns10ns、100ns100ns、1ms1ms、10ms10ms。（7 7）显示：）显示：）显示：）显示：包括显示位数及显示方式等。包括显示位数及显示方式等。包括显示位数及显示方式等。包括显示位数及显示方式等。3 3）电子计数器的发展）电子计数器的发展测量方法的不断发展：测量方法的不断发展：测量方法的不断发展：测量方法的不断发展：模拟模拟模拟模拟数字技术数字技术数字技术数字技术智

14、能化。智能化。智能化。智能化。测量准确度和频率上限测量准确度和频率上限测量准确度和频率上限测量准确度和频率上限是电子计数器的两个重要指是电子计数器的两个重要指是电子计数器的两个重要指是电子计数器的两个重要指标，电子计数器的发展体现了这两个标，电子计数器的发展体现了这两个标，电子计数器的发展体现了这两个标，电子计数器的发展体现了这两个指标的不断指标的不断指标的不断指标的不断提高提高提高提高及及及及功能的扩展和完善功能的扩展和完善功能的扩展和完善功能的扩展和完善。 例子：例子：例子：例子： 通道：通道：通道：通道：两个两个两个两个225MHz225MHz225MHz225MHz通道，也可通道，也可

15、通道，也可通道，也可选择第三个选择第三个选择第三个选择第三个12.4GHz12.4GHz12.4GHz12.4GHz通道。通道。通道。通道。 每秒每秒每秒每秒12121212位的频率分辨率、位的频率分辨率、位的频率分辨率、位的频率分辨率、150ps150ps150ps150ps的时间间隔分辨率。的时间间隔分辨率。的时间间隔分辨率。的时间间隔分辨率。 测量功能：包括频率、频率比、时间间隔、上升时间、下测量功能：包括频率、频率比、时间间隔、上升时间、下测量功能：包括频率、频率比、时间间隔、上升时间、下测量功能：包括频率、频率比、时间间隔、上升时间、下降时间、相位、占空比、正脉冲宽度、负脉冲宽度、总

16、和、降时间、相位、占空比、正脉冲宽度、负脉冲宽度、总和、降时间、相位、占空比、正脉冲宽度、负脉冲宽度、总和、降时间、相位、占空比、正脉冲宽度、负脉冲宽度、总和、峰电压、时间间峰电压、时间间峰电压、时间间峰电压、时间间隔平均和时间间隔延迟。隔平均和时间间隔延迟。隔平均和时间间隔延迟。隔平均和时间间隔延迟。 处理功能：处理功能：处理功能：处理功能：平均值、最小值、最大值和标准偏差。平均值、最小值、最大值和标准偏差。平均值、最小值、最大值和标准偏差。平均值、最小值、最大值和标准偏差。4.2 时时间间与与频频率率标标准准4 4. .2 2. .1 1 时时间间与与频频率率的的原原始始标标准准 1 1

17、1 1）天天天天文文文文时时时时标标标标 2 2 2 2）原原原原子子子子时时时时标标标标4 4. .2 2. .2 2 石石英英晶晶体体振振荡荡器器 1 1 1 1）组组组组成成成成 2 2 2 2）指指指指标标标标4.2.1 4.2.1 时间与频率的原始标准时间与频率的原始标准1 1）天文时标）天文时标原始标准应具有原始标准应具有原始标准应具有原始标准应具有恒定不变性恒定不变性恒定不变性恒定不变性。频率和时间互为倒数，其标准具有一致性。频率和时间互为倒数，其标准具有一致性。频率和时间互为倒数，其标准具有一致性。频率和时间互为倒数，其标准具有一致性。宏观标准和微观标准宏观标准和微观标准宏观标

18、准和微观标准宏观标准和微观标准宏观标准：基于天文观测；宏观标准：基于天文观测；宏观标准：基于天文观测；宏观标准：基于天文观测；微观标准：基于量子电子学，更稳定更准确。微观标准：基于量子电子学，更稳定更准确。微观标准：基于量子电子学，更稳定更准确。微观标准：基于量子电子学，更稳定更准确。世界时世界时世界时世界时（UT,Universal TimeUT,Universal TimeUT,Universal TimeUT,Universal Time）: : : :以以以以地球自转周期地球自转周期地球自转周期地球自转周期(1(1(1(1天天天天) ) ) )确定确定确定确定的时间，即的时间，即的时间

19、，即的时间，即1/(246060)=1/864001/(246060)=1/864001/(246060)=1/864001/(246060)=1/86400为为为为1 1 1 1秒。其误差约为秒。其误差约为秒。其误差约为秒。其误差约为101010107 7 7 7量级。量级。量级。量级。 1 1）天文时标）天文时标为世界时确定时间观测的为世界时确定时间观测的为世界时确定时间观测的为世界时确定时间观测的参考点参考点参考点参考点，得到，得到，得到，得到平太阳时平太阳时平太阳时平太阳时：由于地球自转周期存在不均匀性，以假想：由于地球自转周期存在不均匀性，以假想：由于地球自转周期存在不均匀性，以假想

20、：由于地球自转周期存在不均匀性，以假想的的的的平太阳平太阳平太阳平太阳作为基本参考点。作为基本参考点。作为基本参考点。作为基本参考点。零类世界时（零类世界时（零类世界时（零类世界时（UTUTUTUT0 0 0 0 ）：以平太阳的子夜：以平太阳的子夜：以平太阳的子夜：以平太阳的子夜0 0 0 0时为参考。时为参考。时为参考。时为参考。第一类世界时（第一类世界时（第一类世界时（第一类世界时（UTUTUTUT1 1 1 1）：对地球自转的极移效应（自转：对地球自转的极移效应（自转：对地球自转的极移效应（自转：对地球自转的极移效应（自转轴微小位移）作修正得到。轴微小位移）作修正得到。轴微小位移）作修正

21、得到。轴微小位移）作修正得到。第二类世界时（第二类世界时（第二类世界时（第二类世界时（UTUTUTUT2 2 2 2）：对地球自转的季节性变化（影：对地球自转的季节性变化（影：对地球自转的季节性变化（影：对地球自转的季节性变化（影响自转速率）作修正得到。准确度为响自转速率）作修正得到。准确度为响自转速率）作修正得到。准确度为响自转速率）作修正得到。准确度为3103103103108 8 8 8 。历书时（历书时（历书时（历书时（ETETETET）：以地球绕太阳公转为标准以地球绕太阳公转为标准以地球绕太阳公转为标准以地球绕太阳公转为标准，即公转周，即公转周，即公转周，即公转周期（期（期（期（1

22、1 1 1年）的年）的年）的年）的31 556 925.974731 556 925.974731 556 925.974731 556 925.9747分之一为分之一为分之一为分之一为1 1 1 1秒。参考点为秒。参考点为秒。参考点为秒。参考点为1900190019001900年年年年1 1 1 1月月月月1 1 1 1日日日日0 0 0 0时（国际天文学会定义）。准确度达时（国际天文学会定义）。准确度达时（国际天文学会定义）。准确度达时（国际天文学会定义）。准确度达1101101101109 9 9 9 。于于于于1960196019601960年第年第年第年第11111111届国际计量大

23、会接受为届国际计量大会接受为届国际计量大会接受为届国际计量大会接受为“秒秒秒秒”的标准。的标准。的标准。的标准。2 2）原子时标）原子时标 基于天文观测的宏观标准用于测试计量中的不足基于天文观测的宏观标准用于测试计量中的不足基于天文观测的宏观标准用于测试计量中的不足基于天文观测的宏观标准用于测试计量中的不足设备庞大、操作麻烦；设备庞大、操作麻烦；设备庞大、操作麻烦；设备庞大、操作麻烦；观测时间长；观测时间长；观测时间长；观测时间长；准确度有限。准确度有限。准确度有限。准确度有限。原子时标（原子时标（原子时标（原子时标（ATAT）的量子电子学基础的量子电子学基础的量子电子学基础的量子电子学基础原

24、子（分子）在能级跃迁中将吸收原子（分子）在能级跃迁中将吸收原子（分子）在能级跃迁中将吸收原子（分子）在能级跃迁中将吸收( ( ( (低能级到高能级低能级到高能级低能级到高能级低能级到高能级) ) ) )或辐或辐或辐或辐射（高能级到低能级）电磁波，其频率是恒定的。射（高能级到低能级）电磁波，其频率是恒定的。射（高能级到低能级）电磁波，其频率是恒定的。射（高能级到低能级）电磁波，其频率是恒定的。 hfhfn-mn-m=E=En n-E-Em m式中，式中，式中，式中，h=6.625210h=6.625210h=6.625210h=6.625210-27-27-27-27为普朗克常数，为普朗克常数，

25、为普朗克常数，为普朗克常数，E E E En n n n、E E E Em m m m为受激态的为受激态的为受激态的为受激态的两个能级，两个能级，两个能级，两个能级，f f f fn-mn-mn-mn-m为吸收或辐射的电磁波频率。为吸收或辐射的电磁波频率。为吸收或辐射的电磁波频率。为吸收或辐射的电磁波频率。2 2）原子时标）原子时标uu原子时标的定义原子时标的定义1967196719671967年年年年10101010月，第月，第月，第月，第13131313届国际计量大会正式通过了届国际计量大会正式通过了届国际计量大会正式通过了届国际计量大会正式通过了秒的新定义：秒的新定义：秒的新定义：秒的新

26、定义：“秒是秒是秒是秒是CsCsCsCs133133133133原子原子原子原子基态的两个超精细基态的两个超精细基态的两个超精细基态的两个超精细结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续结构能级之间跃迁频率相应的射线束持续9,192,631,7709,192,631,7709,192,631,7709,192,631,770个周期的时间个周期的时间个周期的时间个周期的时间”。1972197219721972年起实行，为全世界所接受。秒的定义由年起实行，为全世界所接受。秒的定义由年起实行，为全世界所接受。秒的定义由年起实行，为全世

27、界所接受。秒的定义由天文实物标准过渡到原子自然标准，准确度提高天文实物标准过渡到原子自然标准，准确度提高天文实物标准过渡到原子自然标准，准确度提高天文实物标准过渡到原子自然标准，准确度提高了了了了45454545个量级，达个量级，达个量级，达个量级，达510510510510-14-14-14-14( ( ( (相当于相当于相当于相当于62626262万年万年万年万年1111秒秒秒秒) ) ) )，并仍在提高。并仍在提高。并仍在提高。并仍在提高。2 2）原子时标）原子时标uu原子钟原子钟原子钟原子钟原子时标的实物仪器，可用于时间、频率标准的发布和比对。原子时标的实物仪器，可用于时间、频率标准的

28、发布和比对。原子时标的实物仪器，可用于时间、频率标准的发布和比对。原子时标的实物仪器，可用于时间、频率标准的发布和比对。uu铯原子钟铯原子钟铯原子钟铯原子钟准确度：准确度：准确度：准确度：1010-13-131010-14-14。大铯钟，专用实验室高稳定度频率基准；小铯钟，频率工作基准。大铯钟，专用实验室高稳定度频率基准；小铯钟，频率工作基准。大铯钟，专用实验室高稳定度频率基准；小铯钟，频率工作基准。大铯钟，专用实验室高稳定度频率基准；小铯钟，频率工作基准。uu铷原子钟铷原子钟铷原子钟铷原子钟准确度：准确度：准确度：准确度： 1010-11-11，体积小、重量轻，便于携带，可作为工作基准。，体

29、积小、重量轻，便于携带，可作为工作基准。，体积小、重量轻，便于携带，可作为工作基准。，体积小、重量轻，便于携带，可作为工作基准。uu氢原子钟氢原子钟氢原子钟氢原子钟短期稳定度高：短期稳定度高：短期稳定度高：短期稳定度高：1010-14-141010-15-15，但准确度较低（，但准确度较低（，但准确度较低（，但准确度较低（1010-12-12）。）。）。）。4 4. .2 2. .2 2 石石英英晶晶体体振振荡荡器器uu电电电电子子子子计计计计数数数数器器器器内内内内部部部部时时时时间间间间、频频频频率率率率基基基基准准准准采采采采用用用用石石石石英英英英晶晶晶晶体体体体振振振振荡荡荡荡器器器

30、器（简简简简称称称称“晶晶晶晶振振振振”）为为为为基基基基准准准准信信信信号号号号源源源源。uu基基基基于于于于压压压压电电电电效效效效应应应应产产产产生生生生稳稳稳稳定定定定的的的的频频频频率率率率输输输输出出出出。但但但但是是是是晶晶晶晶振振振振频频频频率率率率易易易易受受受受温温温温度度度度影影影影响响响响（其其其其频频频频率率率率- -温温温温度度度度特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线有有有有拐拐拐拐点点点点，在在在在拐拐拐拐点点点点处处处处最最最最平平平平坦坦坦坦），普普普普通通通通晶晶晶晶体体体体频频频频率率率率准准准准确确确确度度度度为为为为1 10 0- -5 5。uu采采采采用

31、用用用温温温温度度度度补补补补偿偿偿偿或或或或恒恒恒恒温温温温措措措措施施施施（恒恒恒恒定定定定在在在在拐拐拐拐点点点点处处处处的的的的温温温温度度度度）可可可可得得得得到到到到高高高高稳稳稳稳定定定定、高高高高准准准准确确确确的的的的频频频频率率率率输输输输出出出出。uu下下下下图图图图为为为为恒恒恒恒温温温温晶晶晶晶振振振振的的的的组组组组成成成成。1）组组成成2 2）指标）指标晶体振荡器的主要指标有晶体振荡器的主要指标有晶体振荡器的主要指标有晶体振荡器的主要指标有: :输出频率输出频率输出频率输出频率:1MHz:1MHz:1MHz:1MHz、2.5MHz2.5MHz2.5MHz2.5MH

32、z、5MHz5MHz5MHz5MHz、10MHz10MHz10MHz10MHz。 日波动日波动日波动日波动:210:210:210:210-10-10-10-10；日老化；日老化；日老化；日老化:110:110:110:110-10-10-10-10；秒稳；秒稳；秒稳；秒稳:510:510:510:510-12-12-12-12。输出波形输出波形输出波形输出波形: : : :正弦波；输出幅度正弦波；输出幅度正弦波；输出幅度正弦波；输出幅度:0.5Vrms(:0.5Vrms(:0.5Vrms(:0.5Vrms(负载负载负载负载50)50)50)50)。几种不同类型的晶体振荡器指标几种不同类型的晶

33、体振荡器指标几种不同类型的晶体振荡器指标几种不同类型的晶体振荡器指标 4.3 时间和频率的测量原理时间和频率的测量原理4.3.1 4.3.1 模拟测量原理模拟测量原理 1 1 1 1）直接法）直接法）直接法）直接法 2 2 2 2）比较法）比较法）比较法）比较法4.3.2 4.3.2 数字测量原理数字测量原理 1 1 1 1）门控计数法测量原理）门控计数法测量原理）门控计数法测量原理）门控计数法测量原理 2 2 2 2）通用计数器的基本组成）通用计数器的基本组成）通用计数器的基本组成）通用计数器的基本组成4.3.1 4.3.1 模拟测量原理模拟测量原理 1 1 1 1）直接法）直接法）直接法）

34、直接法直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其直接法是利用电路的某种频率响应特性来测量频率值，其又可细分为又可细分为又可细分为又可细分为谐振法和电桥法谐振法和电桥法谐振法和电桥法谐振法和电桥法两种。两种。两种。两种。（1 1 1 1）谐振法：谐振法：谐振法：谐振法：调节可变电容器调节可变电容器调节可变电容器调节可变电容器C C使回路发生谐振使回路发生谐振使回路发生谐振使回路发生谐振，此时回，此时回，此时回，此时回路电流达到最大路电流达到最大路电流达到最大路电流达到最大( (高频电压表指

35、示高频电压表指示高频电压表指示高频电压表指示) )，则，则，则，则 可测量可测量可测量可测量1500MHz1500MHz以下以下以下以下的频率，准确度的频率，准确度的频率，准确度的频率，准确度(0.25(0.25(0.25(0.251)%1)%1)%1)%。 ( ( ( ( 2 2）电桥电桥电桥电桥法：法：法：法：利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进利用电桥的平衡条件和频率有关的特性来进行频率测量行频率测量行频率测量行频率测量, ,通常采用如下图所示的通常采用如下图所示的通常采用如下图所示的通常采用如下图所示的文氏电

36、桥文氏电桥文氏电桥文氏电桥来进行测量。来进行测量。来进行测量。来进行测量。调节调节调节调节R R1 1、R R2 2使电桥达到平衡，则有使电桥达到平衡，则有使电桥达到平衡，则有使电桥达到平衡，则有令平衡条件表达式两端实虚部分别相等，得到：令平衡条件表达式两端实虚部分别相等，得到：令平衡条件表达式两端实虚部分别相等，得到：令平衡条件表达式两端实虚部分别相等，得到：和和和和于是，被测信号频率为：于是，被测信号频率为：于是，被测信号频率为：于是，被测信号频率为：通常取通常取通常取通常取R R1 1=R=R2 2=R, C=R, C1 1=C=C2 2=C=C，则，则，则，则测量准确度测量准确度测量准

37、确度测量准确度：受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准受桥路中各元件的精确度、判断电桥平衡的准确程度（取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）确程度（取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）确程度（取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）确程度（取决于桥路谐振特性的尖锐度即指示器的灵敏度）和被测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为和被测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为和被测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为和被测信号的频谱纯度的限制，准确度不高，一般约为(0.5(0.5(0.5

38、(0.51)%1)%1)%1)%。 2 2）比较法）比较法基本原理基本原理基本原理基本原理利用利用利用利用标准频率标准频率标准频率标准频率f f f fs s s s和被测量频率和被测量频率和被测量频率和被测量频率f f f fx x x x进行比较进行比较进行比较进行比较来测量频率。有来测量频率。有来测量频率。有来测量频率。有拍频法、外差法、示波法以及计数法拍频法、外差法、示波法以及计数法拍频法、外差法、示波法以及计数法拍频法、外差法、示波法以及计数法等。等。等。等。数学模型为：数学模型为：数学模型为：数学模型为：拍频法：拍频法：拍频法：拍频法：将标准频率与被测频率将标准频率与被测频率将标准

39、频率与被测频率将标准频率与被测频率叠加叠加叠加叠加，由指示器（耳，由指示器（耳，由指示器（耳，由指示器（耳机或电压表）指示。适于机或电压表）指示。适于机或电压表）指示。适于机或电压表）指示。适于音频测量音频测量音频测量音频测量（很少用）。（很少用）。（很少用）。（很少用）。外差法：外差法：外差法：外差法：将标准频率与被测频率将标准频率与被测频率将标准频率与被测频率将标准频率与被测频率混频混频混频混频，取出差频并测，取出差频并测，取出差频并测，取出差频并测量。可测量范围达量。可测量范围达量。可测量范围达量。可测量范围达几十几十几十几十MHzMHzMHzMHz（外差式频率计）。（外差式频率计）。（

40、外差式频率计）。（外差式频率计）。示波法：示波法：示波法：示波法：李沙育图形法李沙育图形法李沙育图形法李沙育图形法：将：将：将：将f f f fx x x x和和和和f f f fs s s s分别接到示波器分别接到示波器分别接到示波器分别接到示波器Y Y Y Y轴和轴和轴和轴和X X X X轴（轴（轴（轴（X-YX-YX-YX-Y图示方式），当图示方式），当图示方式），当图示方式），当f f f fx x x xf f f fs s s s时显示为斜线时显示为斜线时显示为斜线时显示为斜线（椭圆或园）；（椭圆或园）；（椭圆或园）；（椭圆或园）；测周期法测周期法测周期法测周期法：直接根据显示波形

41、由：直接根据显示波形由：直接根据显示波形由：直接根据显示波形由X X X X通通通通道道道道扫描速率扫描速率扫描速率扫描速率得到周期，进而得到频率。得到周期，进而得到频率。得到周期，进而得到频率。得到周期，进而得到频率。4 4. .3 3. .2 2 数数字字测测量量原原理理1 1 1 1）门控计数法测量原理）门控计数法测量原理）门控计数法测量原理）门控计数法测量原理时间、频率量的特点时间、频率量的特点时间、频率量的特点时间、频率量的特点 频率频率频率频率是在时间轴上无限延伸的是在时间轴上无限延伸的是在时间轴上无限延伸的是在时间轴上无限延伸的，因此，对频率量的测量，因此，对频率量的测量，因此，

42、对频率量的测量，因此，对频率量的测量需确定一个需确定一个需确定一个需确定一个取样时间取样时间取样时间取样时间T T，在该时间内对被测信号的周期累，在该时间内对被测信号的周期累，在该时间内对被测信号的周期累，在该时间内对被测信号的周期累加计数加计数加计数加计数( (若若若若计数值为计数值为计数值为计数值为N N) )，根据，根据，根据，根据f fx x=N/T=N/T得到频率值。得到频率值。得到频率值。得到频率值。为实现为实现为实现为实现时间时间时间时间（这里指时间间隔）的数字化测量，需将被测（这里指时间间隔）的数字化测量，需将被测（这里指时间间隔）的数字化测量，需将被测（这里指时间间隔）的数字

43、化测量，需将被测时间按尽可能小的时间按尽可能小的时间按尽可能小的时间按尽可能小的时间单位（称为时标）时间单位（称为时标）时间单位（称为时标）时间单位（称为时标）进行量化，通过进行量化，通过进行量化，通过进行量化，通过累计被测时间内所包含的时间单位数（计数）累计被测时间内所包含的时间单位数（计数）累计被测时间内所包含的时间单位数（计数）累计被测时间内所包含的时间单位数（计数）得到。得到。得到。得到。测量原理测量原理测量原理测量原理将需累加计数的信号（频率测量时为被测信号，时间测量将需累加计数的信号（频率测量时为被测信号，时间测量将需累加计数的信号（频率测量时为被测信号，时间测量将需累加计数的信号

44、（频率测量时为被测信号，时间测量时为时标信号），由一个时为时标信号），由一个时为时标信号），由一个时为时标信号），由一个“ “闸门闸门闸门闸门” ”（主门）（主门）（主门）（主门）控制，并由一控制，并由一控制，并由一控制，并由一个个个个“ “门控门控门控门控” ”信号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计信号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计信号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计信号控制闸门的开启（计数允许）与关闭（计数停止）。数停止）。数停止）。数停止）。4 4. .3 3. .2 2 数数字字测测量量原原理理闸闸闸闸门门门门可可可可由由由由一一一一个个个个与与与与（或或或或“或或或或”）

45、逻逻逻逻辑辑辑辑门门门门电电电电路路路路实实实实现现现现。这这这这种种种种测测测测量量量量方方方方法法法法称称称称为为为为门门门门控控控控计计计计数数数数法法法法。其其其其原原原原理理理理如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示。上上上上图图图图为为为为由由由由“ “与与与与” ”逻逻逻逻辑辑辑辑门门门门作作作作为为为为闸闸闸闸门门门门，其其其其门门门门控控控控信信信信号号号号为为为为 1 1 时时时时闸闸闸闸门门门门开开开开启启启启（允允允允许许许许计计计计数数数数），为为为为 0 0 时时时时闸闸闸闸门门门门关关关关闭闭闭闭（停停停停止止止止计计计计数数数数）。测测测测频频频频时时时时，闸

46、闸闸闸门门门门开开开开启启启启时时时时间间间间（称称称称为为为为“ “闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间” ”）即即即即为为为为采采采采样样样样时时时时间间间间。 测测测测时时时时间间间间（间间间间隔隔隔隔）时时时时，闸闸闸闸门门门门开开开开启启启启时时时时间间间间即即即即为为为为被被被被测测测测时时时时间间间间。2 2）通通用用计计数数器器的的基基本本组组成成通通通通用用用用电电电电子子子子计计计计数数数数器器器器的的的的组组组组成成成成框框框框图图图图如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示：2 2）通通用用计计数数器器的的基基本本组组成成uu通用计数器包括如下几个部分通用计数器包括如下几个

47、部分通用计数器包括如下几个部分通用计数器包括如下几个部分输入通道输入通道输入通道输入通道：通常有：通常有：通常有：通常有A A A A、B B B B、C C C C多个通道，以实现不同的测多个通道，以实现不同的测多个通道，以实现不同的测多个通道，以实现不同的测量功能。输入通道电路对输入信号进行量功能。输入通道电路对输入信号进行量功能。输入通道电路对输入信号进行量功能。输入通道电路对输入信号进行放大、整形等放大、整形等放大、整形等放大、整形等（但保持频率不变），得到适合计数的脉冲信号。（但保持频率不变），得到适合计数的脉冲信号。（但保持频率不变），得到适合计数的脉冲信号。（但保持频率不变），得

48、到适合计数的脉冲信号。通过通过通过通过预定标器预定标器预定标器预定标器还可还可还可还可扩展频率测量范围扩展频率测量范围扩展频率测量范围扩展频率测量范围。主门电路主门电路主门电路主门电路：完成计数的：完成计数的：完成计数的：完成计数的闸门控制闸门控制闸门控制闸门控制作用。作用。作用。作用。计数与显示电路计数与显示电路计数与显示电路计数与显示电路：计数电路是通用计数器的：计数电路是通用计数器的：计数电路是通用计数器的：计数电路是通用计数器的核心电路核心电路核心电路核心电路，完成脉冲计数；显示电路将计数结果（反映测量结果）完成脉冲计数；显示电路将计数结果（反映测量结果）完成脉冲计数；显示电路将计数结

49、果（反映测量结果）完成脉冲计数；显示电路将计数结果（反映测量结果）以数字方式显示出来。以数字方式显示出来。以数字方式显示出来。以数字方式显示出来。时基产生电路时基产生电路时基产生电路时基产生电路：产生：产生：产生：产生机内时间、频率测量的基准机内时间、频率测量的基准机内时间、频率测量的基准机内时间、频率测量的基准，即，即，即，即时间测量的时标和频率测量的闸门信号。时间测量的时标和频率测量的闸门信号。时间测量的时标和频率测量的闸门信号。时间测量的时标和频率测量的闸门信号。控制电路控制电路控制电路控制电路：控制协调整机工作控制协调整机工作控制协调整机工作控制协调整机工作，即准备，即准备，即准备，即

50、准备测量测量测量测量显示。显示。显示。显示。4.4 电子计数器的组成原理和测量功能电子计数器的组成原理和测量功能4.4.1 4.4.1 4.4.1 4.4.1 电子计数器的组成电子计数器的组成电子计数器的组成电子计数器的组成 1 1 1 1）A A A A、B B B B输入通道输入通道输入通道输入通道 2 2 2 2）主门电路）主门电路）主门电路）主门电路 3 3 3 3）计数与显示电路）计数与显示电路）计数与显示电路）计数与显示电路 4 4 4 4）时基产生电路）时基产生电路）时基产生电路）时基产生电路 5 5 5 5）控制电路）控制电路）控制电路）控制电路4.4.2 4.4.2 4.4.

51、2 4.4.2 电子计数器的测量功能电子计数器的测量功能电子计数器的测量功能电子计数器的测量功能 1 1 1 1）频率测量）频率测量）频率测量）频率测量 2 2 2 2）频率比测量）频率比测量）频率比测量）频率比测量 3 3 3 3）周期测量）周期测量）周期测量）周期测量 4 4 4 4）时间间隔测量）时间间隔测量）时间间隔测量）时间间隔测量 5 5 5 5）自检）自检）自检）自检4 4. .4 4. .1 1 电电子子计计数数器器的的组组成成uu组组组组成成成成原原原原理理理理框框框框图图图图数字显示器寄存器十进制计数器 A通道(放大、整形)B通道(放大、整形) 主 门功能开关闸门选择、周期

52、倍乘 10 10 10 1010s(104)1s(103)100ms(102)10ms(10)1ms(1) 时标选择12345332112445时基部分 10 10 10 10 101ms0.1ms10us1us0.1us10ns控制时序电路开门锁存复位控制时序电路波形1 1）A A、B B输输入入通通道道作作作作用用用用：它它它它们们们们主主主主要要要要由由由由放放放放大大大大/ / / /衰衰衰衰减减减减、滤滤滤滤波波波波、整整整整形形形形、触触触触发发发发（包包包包括括括括出出出出发发发发电电电电平平平平调调调调节节节节）等等等等单单单单元元元元电电电电路路路路构构构构成成成成。其其其其

53、作作作作用用用用是是是是对对对对输输输输入入入入信信信信号号号号处处处处理理理理以以以以产产产产生生生生符符符符合合合合计计计计数数数数要要要要求求求求（波波波波形形形形、幅幅幅幅度度度度）的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲信信信信号号号号。通通通通过过过过预预预预定定定定标标标标器器器器（外外外外插插插插件件件件）还还还还可可可可扩扩扩扩展展展展频频频频率率率率测测测测量量量量范范范范围围围围。斯斯斯斯密密密密特特特特触触触触发发发发电电电电路路路路：利利利利用用用用斯斯斯斯密密密密特特特特触触触触发发发发器器器器的的的的回回回回差差差差特特特特性性性性，对对对对输输输输入入入入信信信信号号号号具具具

54、具有有有有较较较较好好好好的的的的抗抗抗抗干干干干扰扰扰扰作作作作用用用用。1 1）A A、B B输入通道输入通道uu通道组合可完成不同的测量功能：通道组合可完成不同的测量功能：通道组合可完成不同的测量功能：通道组合可完成不同的测量功能：被计数的信号（常从被计数的信号（常从被计数的信号（常从被计数的信号（常从A A A A通道输入）称为通道输入）称为通道输入）称为通道输入）称为计数端计数端计数端计数端；控制闸门开启的信；控制闸门开启的信；控制闸门开启的信；控制闸门开启的信号通道（常从号通道（常从号通道（常从号通道（常从B B B B、C C C C通道输入）称为通道输入）称为通道输入）称为通道

55、输入）称为控制端控制端控制端控制端。从计数端输入的信号有：被测信号从计数端输入的信号有：被测信号从计数端输入的信号有：被测信号从计数端输入的信号有：被测信号(fx);(fx);(fx);(fx);内部时标信号等内部时标信号等内部时标信号等内部时标信号等; ; ; ;从控制端输入的信号有：闸门信号；被测信号从控制端输入的信号有：闸门信号；被测信号从控制端输入的信号有：闸门信号；被测信号从控制端输入的信号有：闸门信号；被测信号(Tx)(Tx)(Tx)(Tx)等；等；等；等；序号计数端信号控制端信号测试功能计数结果1内时钟（T0）内时钟（T）自检N=T/T02被测信号（fx）内时钟（T）测量频率（A

56、）fxN/T3内时钟（T0）被测周期（Tx）测量周期（B）TxNT04被测信号（fA）被测信号（fB）测量频率比（A/B）fA/fB=N5内时钟（T0）被测信号相应间隔tB-C测量时间间隔（A-B）tB-C=NT06外输入（TA）被测信号相应间隔tB-C测量外控时间间隔B-CtB-C=NTA7外待测信号（Nx）手控或遥控累加计数（A）NxN8内时钟（秒信号）手控或遥控计时 N（秒）2 2）主门电路）主门电路功能：功能：功能：功能：主门主门主门主门也称为也称为也称为也称为闸门闸门闸门闸门，通过，通过，通过，通过“ “门控信号门控信号门控信号门控信号” ”控制进入计数控制进入计数控制进入计数控制进

57、入计数器的脉冲，使计数器只对预定的器的脉冲，使计数器只对预定的器的脉冲，使计数器只对预定的器的脉冲，使计数器只对预定的“ “闸门时间闸门时间闸门时间闸门时间” ”之内的脉冲之内的脉冲之内的脉冲之内的脉冲计数。计数。计数。计数。 电路：电路：电路：电路：由由由由“ “与门与门与门与门” ”或或或或“ “或门或门或门或门” ”构成。其原理如下图：构成。其原理如下图：构成。其原理如下图：构成。其原理如下图：由由由由“ “与门与门与门与门” ”构成的主门，其构成的主门，其构成的主门，其构成的主门，其“ “门控信号门控信号门控信号门控信号” ”为为为为 11时，允许时，允许时，允许时，允许计数脉冲通过；

58、计数脉冲通过；计数脉冲通过；计数脉冲通过；由由由由“ “或门或门或门或门” ”构成的主门，其构成的主门，其构成的主门，其构成的主门，其“ “门控信号门控信号门控信号门控信号” ”为为为为 00时，允许计数脉冲通过。时，允许计数脉冲通过。时，允许计数脉冲通过。时，允许计数脉冲通过。 “ “门控信号门控信号门控信号门控信号” ”还可还可还可还可手动操作手动操作手动操作手动操作得到，如实现手动累加计数。得到，如实现手动累加计数。得到，如实现手动累加计数。得到，如实现手动累加计数。3 3）计计数数与与显显示示电电路路功功功功能能能能：计计计计数数数数电电电电路路路路对对对对通通通通过过过过主主主主门门

59、门门的的的的脉脉脉脉冲冲冲冲进进进进行行行行计计计计数数数数（计计计计数数数数值值值值代代代代表表表表了了了了被被被被测测测测频频频频率率率率或或或或时时时时间间间间），并并并并通通通通过过过过数数数数码码码码显显显显示示示示器器器器将将将将测测测测量量量量结结结结果果果果直直直直观观观观地地地地显显显显示示示示出出出出来来来来。为为为为了了了了便便便便于于于于观观观观察察察察和和和和读读读读数数数数，通通通通常常常常使使使使用用用用十十十十进进进进制制制制计计计计数数数数电电电电路路路路。计计计计数数数数电电电电路路路路的的的的重重重重要要要要指指指指标标标标：最最最最高高高高计计计计数数数

60、数频频频频率率率率。计计计计数数数数电电电电路路路路一一一一般般般般由由由由多多多多级级级级双双双双稳稳稳稳态态态态电电电电路路路路构构构构成成成成，受受受受内内内内部部部部状状状状态态态态翻翻翻翻转转转转的的的的时时时时间间间间限限限限制制制制，使使使使计计计计数数数数电电电电路路路路存存存存在在在在最最最最高高高高计计计计数数数数频频频频率率率率的的的的限限限限制制制制。而而而而且且且且对对对对多多多多位位位位计计计计数数数数器器器器，最最最最高高高高计计计计数数数数频频频频率率率率主主主主要要要要由由由由个个个个位位位位计计计计数数数数器器器器决决决决定定定定。不不不不同同同同电电电电路

61、路路路具具具具有有有有不不不不同同同同的的的的工工工工作作作作速速速速度度度度：如如如如7 7 7 74 4 4 4L L L LS S S S（7 7 7 74 4 4 4H H H HC C C C）系系系系列列列列为为为为3 3 3 30 0 0 0 4 4 4 40 0 0 0M M M MH H H Hz z z z；7 7 7 74 4 4 4S S S S系系系系列列列列为为为为1 1 1 10 0 0 00 0 0 0M M M MH H H Hz z z z；C C C CM M M MO O O OS S S S电电电电路路路路约约约约5 5 5 5M M M MH H H

62、 Hz z z z；E E E EC C C CL L L L电电电电路路路路可可可可达达达达6 6 6 60 0 0 00 0 0 0M M M MH H H Hz z z z。3 3）计计数数与与显显示示电电路路uu类类类类型型型型：单单单单片片片片集集集集成成成成与与与与可可可可编编编编程程程程计计计计数数数数器器器器单单单单片片片片集集集集成成成成的的的的中中中中小小小小规规规规模模模模I IC C如如如如：7 74 4L LS S9 90 0（MMC C1 11 1C C9 90 0）十十十十进进进进制制制制计计计计数数数数器器器器；7 74 4L LS S3 39 90 0、C C

63、D D4 40 01 18 8( (MMC C1 14 40 01 18 8) )为为为为双双双双十十十十进进进进制制制制计计计计数数数数器器器器。可可可可编编编编程程程程计计计计数数数数器器器器I IC C如如如如：I In nt te el l8 82 25 53 3/ /8 82 25 54 4等等等等。uu显显显显示示示示器器器器L LE ED D、L LC CD D 、荧荧荧荧光光光光（V VF FD D）等等等等。uu显显显显示示示示电电电电路路路路：包包包包括括括括锁锁锁锁存存存存、译译译译码码码码、驱驱驱驱动动动动电电电电路路路路。如如如如7 74 4L LS S4 47 7、

64、C CD D4 45 51 11 1等等等等。uu专专专专用用用用计计计计数数数数与与与与显显显显示示示示单单单单元元元元电电电电路路路路：如如如如I IC CMM7 72 21 16 6D D。4 4）时基产生电路）时基产生电路功能：功能：功能：功能：产生测频时的产生测频时的产生测频时的产生测频时的“门控信号门控信号门控信号门控信号”（多档闸门时间可选）（多档闸门时间可选）（多档闸门时间可选）（多档闸门时间可选）及时间测量时的及时间测量时的及时间测量时的及时间测量时的“时标时标时标时标”信号（多档可选）。信号（多档可选）。信号（多档可选）。信号（多档可选）。实现：实现：实现：实现：由内部由内

65、部由内部由内部晶体振荡器晶体振荡器晶体振荡器晶体振荡器（也可外接），通过（也可外接），通过（也可外接），通过（也可外接），通过倍频或分频倍频或分频倍频或分频倍频或分频得到。再得到。再得到。再得到。再通过门控双稳态触发器得到通过门控双稳态触发器得到通过门控双稳态触发器得到通过门控双稳态触发器得到“门控信号门控信号门控信号门控信号”。 如，若如，若如，若如，若fc=1MHz,fc=1MHz,fc=1MHz,fc=1MHz,经经经经101010106 6 6 6分频后，可得到分频后，可得到分频后，可得到分频后，可得到fs=1Hz(fs=1Hz(fs=1Hz(fs=1Hz(周期周期周期周期Ts=1s)

66、Ts=1s)Ts=1s)Ts=1s)的时基信号，经过的时基信号，经过的时基信号，经过的时基信号，经过门控双稳态电路得门控双稳态电路得门控双稳态电路得门控双稳态电路得到宽度为到宽度为到宽度为到宽度为Ts=1sTs=1sTs=1sTs=1s的的的的门控信号。门控信号。门控信号。门控信号。4 4）时时基基产产生生电电路路要要要要求求求求：标标标标准准准准性性性性： “门门门门控控控控信信信信号号号号”和和和和“时时时时标标标标”作作作作为为为为计计计计数数数数器器器器频频频频率率率率和和和和时时时时间间间间测测测测量量量量的的的的本本本本地地地地工工工工作作作作基基基基准准准准，应应应应当当当当具具

67、具具有有有有高高高高稳稳稳稳定定定定度度度度和和和和高高高高准准准准确确确确度度度度。多多多多值值值值性性性性：为为为为了了了了适适适适应应应应计计计计数数数数器器器器较较较较宽宽宽宽的的的的测测测测量量量量范范范范围围围围，要要要要求求求求“闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间”和和和和“时时时时标标标标”可可可可多多多多档档档档选选选选择择择择。常常常常用用用用“闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间”有有有有：1 1mms s、1 10 0mms s、1 10 00 0mms s、1 1s s、1 10 0s s。常常常常用用用用的的的的“ “时时时时标标标标” ”有有有有：1 10 0n ns

68、s、1 10 00 0n ns s、1 1u us s、1 10 0u us s、1 10 00 0u us s、1 1mms s。5 5）控控制制电电路路功功功功能能能能：产产产产生生生生各各各各种种种种控控控控制制制制信信信信号号号号，控控控控制制制制、协协协协调调调调各各各各电电电电路路路路单单单单元元元元的的的的工工工工作作作作，使使使使整整整整机机机机按按按按“ “复复复复零零零零测测测测量量量量显显显显示示示示” ”的的的的工工工工作作作作程程程程序序序序完完完完成成成成自自自自动动动动测测测测量量量量的的的的任任任任务务务务。如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示：准备期准备期

69、 （ 复零，等待）复零，等待） 测量期测量期 （开门，计数）（开门，计数） 显示期显示期（关门，停止计数）（关门，停止计数）4 4. .4 4. .2 2 电电子子计计数数器器的的测测量量功功能能1 1）频频频频率率率率测测测测量量量量原原原原理理理理：计计计计数数数数器器器器严严严严格格格格按按按按照照照照 的的的的定定定定义义义义实实实实现现现现频频频频率率率率测测测测量量量量。根根根根据据据据上上上上式式式式的的的的频频频频率率率率定定定定义义义义，T T为为为为采采采采样样样样时时时时间间间间，N N为为为为T T内内内内的的的的周周周周期期期期数数数数。采采采采样样样样时时时时间间间

70、间T T预预预预先先先先由由由由闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间T Ts s确确确确定定定定（时时时时基基基基频频频频率率率率为为为为f fs s）。则则则则或或或或该该该该式式式式表表表表明明明明，在在在在数数数数字字字字化化化化频频频频率率率率测测测测量量量量中中中中，可可可可用用用用计计计计数数数数值值值值N N表表表表示示示示f fx x。它它它它体体体体现现现现了了了了数数数数字字字字化化化化频频频频率率率率测测测测量量量量的的的的比比比比较较较较法法法法测测测测量量量量原原原原理理理理。例例例例如如如如：闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间T Ts s= =1 1s s，若若若若计计计

71、计数数数数值值值值N N= =1 10 00 00 00 0，则则则则显显显显示示示示的的的的f fx x为为为为“ “1 10 00 00 00 0” ”H Hz z，或或或或“ “1 10 0. .0 00 00 0” ”k kH Hz z。如如如如闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间T Ts s= =0 0. .1 1s s，则则则则计计计计数数数数值值值值N N= =1 10 00 00 0，则则则则显显显显示示示示的的的的f fx x为为为为 “ “1 10 0. .0 00 0” ”k kH Hz z。请请请请注注注注意意意意：显显显显示示示示结结结结果果果果的的的的有有有有效效效效数

72、数数数字字字字末末末末位位位位的的的的意意意意义义义义，它它它它表表表表示示示示了了了了频频频频率率率率测测测测量量量量的的的的分分分分辨辨辨辨力力力力（应应应应等等等等于于于于时时时时基基基基频频频频率率率率f fs s ）。1）频频率率测测量量uu原原原原理理理理框框框框图图图图和和和和工工工工作作作作波波波波形形形形图图图图（f fx x由由由由A A通通通通道道道道输输输输入入入入，内内内内部部部部时时时时基基基基）uu为为为为便便便便于于于于测测测测量量量量和和和和显显显显示示示示，计计计计数数数数器器器器通通通通常常常常为为为为十十十十进进进进制制制制计计计计数数数数器器器器，多多

73、多多档档档档闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间设设设设定定定定为为为为1 10 0的的的的幂幂幂幂次次次次方方方方，这这这这样样样样可可可可直直直直接接接接显显显显示示示示计计计计数数数数结结结结果果果果，并并并并通通通通过过过过移移移移动动动动小小小小数数数数点点点点和和和和单单单单位位位位的的的的配配配配合合合合，就就就就可可可可得得得得到到到到被被被被测测测测频频频频率率率率。uu测测测测量量量量速速速速度度度度与与与与分分分分辨辨辨辨力力力力：闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间T Ts s为为为为频频频频率率率率测测测测量量量量的的的的采采采采样样样样时时时时间间间间，T Ts s愈愈愈愈

74、大大大大，则则则则测测测测量量量量时时时时间间间间愈愈愈愈长长长长，但但但但计计计计数数数数值值值值N N愈愈愈愈大大大大，分分分分辨辨辨辨力力力力愈愈愈愈高高高高。TB放大、整形放大、整形闸闸门门门控电路门控电路计数计数显示显示Afx分频电路分频电路时基时基Ts4 4. .4 4. .2 2 电电子子计计数数器器的的测测量量功功能能2 2）频率比的测量）频率比的测量）频率比的测量）频率比的测量原理：实际上，前述频率测量的比较测量原理就是一种频原理：实际上，前述频率测量的比较测量原理就是一种频原理：实际上，前述频率测量的比较测量原理就是一种频原理：实际上，前述频率测量的比较测量原理就是一种频率

75、比的测量：率比的测量：率比的测量：率比的测量：fxfx对对对对fsfs的频率比的频率比的频率比的频率比。据此，若要测量据此，若要测量据此，若要测量据此，若要测量f fA A对对对对f fB B的频率比（假设的频率比（假设的频率比（假设的频率比（假设f fA AffB B），只要用），只要用），只要用），只要用f fB B的周期的周期的周期的周期T TB B作为闸门，在作为闸门，在作为闸门，在作为闸门，在T TB B时间内对时间内对时间内对时间内对f fA A作周期计数即可。作周期计数即可。作周期计数即可。作周期计数即可。方法：方法：方法：方法： f fA A对对对对f fB B分别由分别由分别

76、由分别由A A、B B两通道输入，如下图。两通道输入，如下图。两通道输入，如下图。两通道输入，如下图。 注注注注意意意意：频频频频率率率率较较较较高高高高者者者者由由由由A A通通通通道道道道输输输输入入入入，频频频频率率率率较较较较低低低低者者者者由由由由B B通通通通道道道道输输输输入入入入。 提提提提高高高高频频频频率率率率比比比比的的的的测测测测量量量量精精精精度度度度：扩扩扩扩展展展展B B通通通通道道道道信信信信号号号号的的的的周周周周期期期期个个个个数数数数。例例例例如如如如：以以以以B B通通通通道道道道信信信信号号号号的的的的1 10 0个个个个周周周周期期期期作作作作为为为

77、为闸闸闸闸门门门门信信信信号号号号，则则则则计计计计数数数数值值值值为为为为： , ,即即即即计计计计数数数数值值值值扩扩扩扩大大大大了了了了1 10 0倍倍倍倍，相相相相应应应应的的的的测测测测量量量量精精精精度度度度也也也也就就就就提提提提高高高高了了了了1 10 0倍倍倍倍。为为为为得得得得到到到到真真真真实实实实结结结结果果果果，需需需需将将将将计计计计数数数数值值值值N N缩缩缩缩小小小小1 10 0倍倍倍倍（小小小小数数数数点点点点左左左左移移移移1 1位位位位），即即即即应应应应用用用用：可可可可方方方方便便便便地地地地测测测测得得得得电电电电路路路路的的的的分分分分频频频频或或

78、或或倍倍倍倍频频频频系系系系数数数数。2）频频率率比比的的测测量量3 3）周周周周期期期期的的的的测测测测量量量量原原原原理理理理：“ “时时时时标标标标计计计计数数数数法法法法” ”周周周周期期期期测测测测量量量量。对对对对被被被被测测测测周周周周期期期期T Tx x，用用用用已已已已知知知知的的的的较较较较小小小小单单单单位位位位时时时时间间间间刻刻刻刻度度度度T T0 0（“ “时时时时标标标标” ”）去去去去量量量量化化化化，由由由由T Tx x所所所所包包包包含含含含的的的的“ “时时时时标标标标” ”数数数数N N即即即即可可可可得得得得到到到到T Tx x。即即即即该该该该式式式

79、式表表表表明明明明，“ “时时时时标标标标” ”的的的的计计计计数数数数值值值值N N可可可可表表表表示示示示周周周周期期期期T Tx x。也也也也体体体体现现现现了了了了时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔（周周周周期期期期）的的的的比比比比较较较较测测测测量量量量原原原原理理理理。实实实实现现现现：由由由由T Tx x得得得得到到到到闸闸闸闸门门门门；在在在在T Tx x内内内内计计计计数数数数器器器器对对对对时时时时标标标标计计计计数数数数。T Tx x由由由由B B通通通通道道道道输输输输入入入入，内内内内部部部部时时时时标标标标信信信信号号号号由由由由A A通通通通道道道道输输输输入入入

80、入（A A通通通通道道道道外外外外部部部部输输输输入入入入断断断断开开开开）。4 4. .4 4. .2 2 电电子子计计数数器器的的测测量量功功能能原理框图：原理框图：原理框图：原理框图：例如：例如：例如：例如：时标时标时标时标T T0 0=1us=1us，若计数值，若计数值，若计数值，若计数值N=10000N=10000，则显示的，则显示的，则显示的，则显示的TxTx为为为为“ “10000”us10000”us，或，或，或，或“ “10.000”ms10.000”ms。如时标。如时标。如时标。如时标T T0 0=10us=10us，则计数值，则计数值，则计数值，则计数值N=1000N=1

81、000，显示的，显示的，显示的，显示的TxTx为为为为 “ “10.00”ms10.00”ms。请注意：请注意：请注意：请注意：显示结果的有效数字末位显示结果的有效数字末位显示结果的有效数字末位显示结果的有效数字末位的意义，它的意义，它的意义，它的意义，它表示了周期测量的分辨力表示了周期测量的分辨力表示了周期测量的分辨力表示了周期测量的分辨力（应等于时标（应等于时标（应等于时标（应等于时标T T0 0 ）。为便于显示，。为便于显示，。为便于显示，。为便于显示，多档多档多档多档时标设定为时标设定为时标设定为时标设定为1010的幂次方。的幂次方。的幂次方。的幂次方。测量速度与分辨力测量速度与分辨力

82、测量速度与分辨力测量速度与分辨力：一次测量时间即为一个周期一次测量时间即为一个周期一次测量时间即为一个周期一次测量时间即为一个周期TxTx，TxTx愈大愈大愈大愈大( (频率频率频率频率愈低愈低愈低愈低) )则测量时间愈长；计数值则测量时间愈长；计数值则测量时间愈长；计数值则测量时间愈长；计数值N N与时标有关，时标愈小分辨力愈高。与时标有关，时标愈小分辨力愈高。与时标有关，时标愈小分辨力愈高。与时标有关，时标愈小分辨力愈高。3）周周期期的的测测量量4 4）时间间隔的测量）时间间隔的测量）时间间隔的测量）时间间隔的测量时间间隔：时间间隔：时间间隔：时间间隔：指指指指两个时刻点两个时刻点两个时刻

83、点两个时刻点之间的时间段。之间的时间段。之间的时间段。之间的时间段。在测量技术中，两在测量技术中，两在测量技术中，两在测量技术中，两个时刻点通常由个时刻点通常由个时刻点通常由个时刻点通常由两个事件两个事件两个事件两个事件确定。如，一个确定。如，一个确定。如，一个确定。如，一个周期信号的两个同相位点周期信号的两个同相位点周期信号的两个同相位点周期信号的两个同相位点（如过零点）所确定的时间间隔即为周期。（如过零点）所确定的时间间隔即为周期。（如过零点）所确定的时间间隔即为周期。（如过零点）所确定的时间间隔即为周期。两个事件两个事件两个事件两个事件的例子及的例子及的例子及的例子及测量参数测量参数测量

84、参数测量参数还有：还有：还有：还有：同一信号波形上两个不同点之间同一信号波形上两个不同点之间同一信号波形上两个不同点之间同一信号波形上两个不同点之间脉冲信号参数脉冲信号参数脉冲信号参数脉冲信号参数；两个信号波形上，两点之间两个信号波形上，两点之间两个信号波形上，两点之间两个信号波形上，两点之间相位差的测量相位差的测量相位差的测量相位差的测量；手动触发手动触发手动触发手动触发定时、累加计数。定时、累加计数。定时、累加计数。定时、累加计数。 测量方法：测量方法：测量方法：测量方法：由由由由两个事件两个事件两个事件两个事件触发得到触发得到触发得到触发得到起始信号和终止信号起始信号和终止信号起始信号和

85、终止信号起始信号和终止信号，经过门控双稳态电路得到经过门控双稳态电路得到经过门控双稳态电路得到经过门控双稳态电路得到“ “门控信号门控信号门控信号门控信号” ”，门控时间即为被，门控时间即为被，门控时间即为被，门控时间即为被测的时间间隔。在门控时间内，仍测的时间间隔。在门控时间内，仍测的时间间隔。在门控时间内，仍测的时间间隔。在门控时间内，仍采用采用采用采用“ “时标计数时标计数时标计数时标计数” ”方法方法方法方法测量（即所测时间间隔由测量（即所测时间间隔由测量（即所测时间间隔由测量（即所测时间间隔由“ “时标时标时标时标” ”量化）。量化）。量化）。量化）。4.4.2 4.4.2 电子计数

86、器的测量功能电子计数器的测量功能4）时间间隔的测量）时间间隔的测量u原理框图原理框图原理框图原理框图欲测量时间间隔的起始、终止信号分别由欲测量时间间隔的起始、终止信号分别由欲测量时间间隔的起始、终止信号分别由欲测量时间间隔的起始、终止信号分别由B B、C C通道通道通道通道输入。时标由机内提供。如下图。输入。时标由机内提供。如下图。输入。时标由机内提供。如下图。输入。时标由机内提供。如下图。 触发极性触发极性触发极性触发极性选择和选择和选择和选择和触发电平触发电平触发电平触发电平调节调节调节调节：为增加测量的灵活性，：为增加测量的灵活性，：为增加测量的灵活性，：为增加测量的灵活性，B B、C

87、C输入通道都设置有触发极性输入通道都设置有触发极性输入通道都设置有触发极性输入通道都设置有触发极性(+(+、-) -)和触发电平调节，和触发电平调节，和触发电平调节，和触发电平调节，以完成各种时间间隔的测量。如下图的脉冲参数测量。以完成各种时间间隔的测量。如下图的脉冲参数测量。以完成各种时间间隔的测量。如下图的脉冲参数测量。以完成各种时间间隔的测量。如下图的脉冲参数测量。VBVc起始起始停止停止开门时间开门时间C(50%)B(50%)起始起始停止停止开门时间开门时间VBVcB(50%)C- (50%)(50%) B B+ (50%) C +(50%) (50%) C(90%)闸门信号闸门信号关

88、门信号关门信号开门信号开门信号B (10%)4）时间间隔的测量）时间间隔的测量4）时时间间间间隔隔的的测测量量uu相相相相位位位位差差差差的的的的测测测测量量量量利利利利用用用用时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔的的的的测测测测量量量量，可可可可以以以以测测测测量量量量两两两两个个个个同同同同频频频频率率率率的的的的信信信信号号号号之之之之间间间间的的的的相相相相位位位位差差差差。两两两两个个个个信信信信号号号号分分分分别别别别由由由由B B、C C通通通通道道道道输输输输入入入入，并并并并选选选选择择择择相相相相同同同同的的的的触触触触发发发发极极极极性性性性和和和和触触触触发发发发电电电电平

89、平平平。测测测测量量量量原原原原理理理理如如如如下下下下图图图图：为为为为减减减减小小小小测测测测量量量量误误误误差差差差，分分分分别别别别取取取取+ +、- -触触触触发发发发极极极极性性性性作作作作两两两两次次次次测测测测量量量量，得得得得到到到到t t1 1、t t2 2再再再再取取取取平平平平均均均均，则则则则4 4. .4 4. .2 2 电电子子计计数数器器的的测测量量功功能能5 5）自检（自校）自检（自校）自检（自校）自检（自校）功能：功能：功能：功能：检验仪器内部电路及逻辑关系是否正常。检验仪器内部电路及逻辑关系是否正常。检验仪器内部电路及逻辑关系是否正常。检验仪器内部电路及逻

90、辑关系是否正常。实现方法：实现方法：实现方法：实现方法：为判断自检结果是否正确，该结果应该在自为判断自检结果是否正确，该结果应该在自为判断自检结果是否正确，该结果应该在自为判断自检结果是否正确，该结果应该在自检实施前即是已知的。为此，检实施前即是已知的。为此，检实施前即是已知的。为此，检实施前即是已知的。为此，用机内的时基用机内的时基用机内的时基用机内的时基TsTs（闸门信号）（闸门信号）（闸门信号）（闸门信号）对时标对时标对时标对时标T T0 0计数计数计数计数，则计数结果应为：，则计数结果应为：，则计数结果应为：，则计数结果应为：自检的方框图：自检的方框图：自检的方框图：自检的方框图：例如

91、：例如：例如：例如：若选择若选择若选择若选择Ts=10ms,Ts=10ms,T T0 0=1us,=1us,则自检显示应则自检显示应则自检显示应则自检显示应稳定在稳定在稳定在稳定在N=10000N=10000。自检自检自检自检不能检测内部基准源不能检测内部基准源不能检测内部基准源不能检测内部基准源。放放 大大 、整形整形晶振晶振放放 大大 、整形整形闸闸门门计数器计数器显示显示门控电路门控电路分频电路分频电路T0Tx4.5 电电子子计计数数器器的的测测量量误误差差4.5.1 4.5.1 测量误差的来源测量误差的来源1 1 1 1）量化误差；）量化误差；）量化误差；）量化误差；2 2 2 2）触

92、发误差；）触发误差；）触发误差；）触发误差；3 3 3 3）标准频率误差）标准频率误差）标准频率误差）标准频率误差4.5.2 4.5.2 频率测量的误差分析频率测量的误差分析1 1 1 1）误差表达式；）误差表达式；）误差表达式；）误差表达式；2 2 2 2）量化误差的影响；）量化误差的影响；）量化误差的影响；）量化误差的影响；3 3 3 3）实例分析）实例分析）实例分析）实例分析4.5.3 4.5.3 周期测量的误差分析周期测量的误差分析1 1 1 1）误差表达式；）误差表达式；）误差表达式；）误差表达式；2 2 2 2）量化误差的影响；）量化误差的影响；）量化误差的影响；）量化误差的影响；

93、3 3 3 3）中界频率；）中界频率；）中界频率；）中界频率； 4 4 4 4）触发误差）触发误差）触发误差）触发误差4 4. .5 5. .1 1 测测量量误误差差的的来来源源1 1 1 1）量化误差）量化误差）量化误差）量化误差什么是量化误差：什么是量化误差：什么是量化误差：什么是量化误差：由前述频率测量由前述频率测量由前述频率测量由前述频率测量fx=N/Ts=Nfsfx=N/Ts=Nfs和周期和周期和周期和周期测量测量测量测量Tx=NTTx=NT0 0，可见，可见，可见，可见，由于计数值由于计数值由于计数值由于计数值N N为整数为整数为整数为整数，fxfx和和和和TxTx必然必然必然必然

94、产生产生产生产生“ “截断误差截断误差截断误差截断误差” ”，该误差即为，该误差即为，该误差即为，该误差即为“ “量化误差量化误差量化误差量化误差” ”。也称为。也称为。也称为。也称为“ “11误差误差误差误差” ”，它是所有数字化仪器都存在的误差。，它是所有数字化仪器都存在的误差。，它是所有数字化仪器都存在的误差。，它是所有数字化仪器都存在的误差。产生原因：产生原因：产生原因：产生原因：量化误差并非由于计数值量化误差并非由于计数值量化误差并非由于计数值量化误差并非由于计数值N N的不准确（也并非的不准确（也并非的不准确（也并非的不准确（也并非标准频率源标准频率源标准频率源标准频率源fsfs或

95、时标或时标或时标或时标T T0 0的不准确）造成。而是的不准确）造成。而是的不准确）造成。而是的不准确）造成。而是由于由于由于由于闸门开闸门开闸门开闸门开启和关闭的时间与被测信号不同步引起启和关闭的时间与被测信号不同步引起启和关闭的时间与被测信号不同步引起启和关闭的时间与被测信号不同步引起（亦即开门和关门（亦即开门和关门（亦即开门和关门（亦即开门和关门时刻与被测信号出现的时刻是随机的），使得在闸门开始时刻与被测信号出现的时刻是随机的），使得在闸门开始时刻与被测信号出现的时刻是随机的），使得在闸门开始时刻与被测信号出现的时刻是随机的），使得在闸门开始和结束时刻有一部分和结束时刻有一部分和结束时刻

96、有一部分和结束时刻有一部分时间零头时间零头时间零头时间零头没有被计算在内而造成的测没有被计算在内而造成的测没有被计算在内而造成的测没有被计算在内而造成的测量误差。量误差。量误差。量误差。下图为频率测量时量化误差的下图为频率测量时量化误差的下图为频率测量时量化误差的下图为频率测量时量化误差的示意图。示意图。示意图。示意图。1 1）量量化化误误差差uu如图，对同一被测信号，在相同的闸门时间内，计数结如图，对同一被测信号，在相同的闸门时间内，计数结如图，对同一被测信号，在相同的闸门时间内，计数结如图，对同一被测信号，在相同的闸门时间内，计数结果不同。根据频率定义，准确的果不同。根据频率定义，准确的果

97、不同。根据频率定义，准确的果不同。根据频率定义，准确的fxfx应为应为应为应为式中，式中，式中，式中，即，即，即，即， 或或或或 因此，量化误差的影响相当于计数值因此，量化误差的影响相当于计数值因此，量化误差的影响相当于计数值因此，量化误差的影响相当于计数值N N的的的的“ “”个个个个字。字。字。字。 是随机的，它们是随机的，它们是随机的，它们是随机的，它们 服从均匀分布，其差值服从均匀分布，其差值服从均匀分布，其差值服从均匀分布，其差值 则服从三角分布。则服从三角分布。则服从三角分布。则服从三角分布。4 4. .5 5. .1 1 测测量量误误差差的的来来源源2 2 2 2）触触触触发发发

98、发误误误误差差差差什什什什么么么么是是是是触触触触发发发发误误误误差差差差：输输输输入入入入信信信信号号号号都都都都需需需需经经经经过过过过通通通通道道道道电电电电路路路路放放放放大大大大、整整整整形形形形等等等等，得得得得到到到到脉脉脉脉冲冲冲冲信信信信号号号号，即即即即输输输输入入入入信信信信号号号号( ( ( (转转转转换换换换为为为为) ) ) )脉脉脉脉冲冲冲冲信信信信号号号号。这这这这种种种种转转转转换换换换要要要要求求求求只只只只对对对对信信信信号号号号幅幅幅幅值值值值和和和和波波波波形形形形变变变变换换换换，不不不不能能能能改改改改变变变变其其其其频频频频率率率率。但但但但是是

99、是是，若若若若输输输输入入入入被被被被测测测测信信信信号号号号叠叠叠叠加加加加有有有有干干干干扰扰扰扰信信信信号号号号，则则则则信信信信号号号号的的的的频频频频率率率率（周周周周期期期期）及及及及相相相相对对对对闸闸闸闸门门门门信信信信号号号号的的的的触触触触发发发发点点点点就就就就可可可可能能能能变变变变化化化化。由由由由此此此此产产产产生生生生的的的的测测测测量量量量误误误误差差差差称称称称为为为为“触触触触发发发发误误误误差差差差”，也也也也称称称称为为为为“转转转转换换换换误误误误差差差差”。如如如如图图图图。周周周周期期期期为为为为T T T Tx x x x的的的的输输输输入入入入

100、信信信信号号号号，触触触触发发发发电电电电平平平平在在在在A A A A1 1 1 1点点点点，但但但但在在在在A A A A1 1 1 1点点点点上上上上有有有有干干干干扰扰扰扰信信信信号号号号( ( ( (幅幅幅幅度度度度V V V Vn n n n) ) ) )。提提提提前前前前触触触触发发发发, , , ,周周周周期期期期T T T Tx x x xT T T Tx x x x。4 4. .5 5. .1 1 测测量量误误差差的的来来源源3 3 3 3）标标标标准准准准频频频频率率率率误误误误差差差差机机机机内内内内时时时时基基基基（闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间）和和和和时时时时标

101、标标标是是是是频频频频率率率率和和和和时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔测测测测量量量量的的的的参参参参考考考考基基基基准准准准，它它它它们们们们由由由由内内内内部部部部晶晶晶晶体体体体振振振振荡荡荡荡器器器器（标标标标准准准准频频频频率率率率源源源源）分分分分频频频频或或或或倍倍倍倍频频频频后后后后产产产产生生生生。因因因因此此此此，其其其其准准准准确确确确度度度度和和和和测测测测量量量量时时时时间间间间之之之之内内内内的的的的短短短短期期期期稳稳稳稳定定定定度度度度将将将将直直直直接接接接影影影影响响响响测测测测量量量量结结结结果果果果。 通通通通常常常常，要要要要求求求求标标标标准准准准频

102、频频频率率率率误误误误差差差差小小小小于于于于测测测测量量量量误误误误差差差差的的的的一一一一个个个个数数数数量量量量级级级级。因因因因此此此此，内内内内部部部部晶晶晶晶振振振振要要要要求求求求较较较较高高高高稳稳稳稳定定定定性性性性。若若若若不不不不能能能能满满满满足足足足测测测测量量量量要要要要求求求求，还还还还可可可可外外外外接接接接更更更更高高高高准准准准确确确确度度度度的的的的外外外外部部部部基基基基准准准准源源源源。4 4. .5 5. .2 2 频频率率测测量量的的误误差差分分析析1 1 1 1）误误误误差差差差表表表表达达达达式式式式由由由由频频频频率率率率测测测测量量量量表表

103、表表达达达达式式式式：f f f fx x x x= = = =N N N N/ / / /T T T Ts s s s= = = =N N N Nf f f fs s s s，计计计计数数数数器器器器直直直直接接接接测测测测频频频频的的的的误误误误差差差差主主主主要要要要由由由由两两两两项项项项组组组组成成成成：即即即即量量量量化化化化误误误误差差差差（1 1 1 1误误误误差差差差）和和和和标标标标准准准准频频频频率率率率误误误误差差差差。总总总总误误误误差差差差采采采采用用用用分分分分项项项项误误误误差差差差绝绝绝绝对对对对值值值值合合合合成成成成，即即即即: : : :式式式式中中中中

104、， 即即即即为为为为1 1 1 1误误误误差差差差，其其其其最最最最大大大大值值值值为为为为 , , , ,而而而而 由由由由于于于于f f f fs s s s由由由由晶晶晶晶振振振振( ( ( (f f f fc c c c) ) ) )分分分分频频频频得得得得到到到到，设设设设f f f fs s s s= = = =f f f fc c c c/ / / /k k k k，则则则则于于于于是是是是，频频频频率率率率测测测测量量量量的的的的误误误误差差差差表表表表达达达达式式式式可可可可写写写写成成成成：1 1）误误差差表表达达式式u误差曲线误差曲线误差曲线误差曲线u分析：分析：分析：分

105、析：误差曲线直观地表示了误差曲线直观地表示了误差曲线直观地表示了误差曲线直观地表示了测频误差与被测频率测频误差与被测频率测频误差与被测频率测频误差与被测频率fxfx和闸门时间和闸门时间和闸门时间和闸门时间TsTs的关系的关系的关系的关系。fxfx愈大则误差愈小，闸门时间愈大愈大则误差愈小，闸门时间愈大愈大则误差愈小，闸门时间愈大愈大则误差愈小，闸门时间愈大误差也愈小，并且，测频误差以标准频率误差为极限。误差也愈小，并且，测频误差以标准频率误差为极限。误差也愈小，并且，测频误差以标准频率误差为极限。误差也愈小，并且，测频误差以标准频率误差为极限。4 4. .5 5. .2 2 频频率率测测量量的

106、的误误差差分分析析2 2 2 2）量量量量化化化化误误误误差差差差的的的的影影影影响响响响从从从从频频频频率率率率测测测测量量量量的的的的误误误误差差差差表表表表达达达达式式式式：可可可可知知知知，量量量量化化化化误误误误差差差差为为为为它它它它是是是是频频频频率率率率测测测测量量量量的的的的主主主主要要要要误误误误差差差差（标标标标准准准准频频频频率率率率误误误误差差差差一一一一般般般般可可可可忽忽忽忽略略略略）。为为为为减减减减小小小小量量量量化化化化误误误误差差差差，需需需需增增增增大大大大计计计计数数数数值值值值N N：增增增增大大大大闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间T Ts s或或或

107、或在在在在相相相相同同同同的的的的闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间内内内内测测测测量量量量较较较较高高高高的的的的频频频频率率率率可可可可得得得得到到到到较较较较大大大大的的的的N N。但但但但需需需需注注注注意意意意：增增增增大大大大闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间将将将将降降降降低低低低测测测测量量量量速速速速度度度度，并并并并且且且且计计计计数数数数值值值值的的的的增增增增加加加加不不不不应应应应超超超超过过过过计计计计数数数数器器器器的的的的计计计计数数数数容容容容量量量量，否否否否则则则则将将将将产产产产生生生生溢溢溢溢出出出出（高高高高位位位位无无无无法法法法显显显显示示示示）。例

108、例例例如如如如：一一一一个个个个6 6位位位位的的的的计计计计数数数数器器器器，最最最最大大大大显显显显示示示示为为为为9 99 99 99 99 99 9，当当当当用用用用T Ts s= =1 10 0s s的的的的闸闸闸闸门门门门测测测测量量量量f fx x= =1 1MMH Hz z时时时时, ,应应应应显显显显示示示示“ “1 10 00 00 00 00 00 0. .0 0” ”H Hz z或或或或1 1. .0 00 00 00 00 00 00 0” ”MMH Hz z , ,显显显显然然然然溢溢溢溢出出出出。4 4. .5 5. .2 2 频频率率测测量量的的误误差差分分析析

109、3 3 3 3）实实实实例例例例分分分分析析析析 例例例例 被被被被测测测测频频频频率率率率f f f fx x x x1 1 1 1M M M MH H H Hz z z z，选选选选择择择择闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间T T T Ts s s s1 1 1 1s s s s，则则则则由由由由1 1 1 1误误误误差差差差产产产产生生生生的的的的测测测测频频频频误误误误差差差差( ( ( (不不不不考考考考虑虑虑虑标标标标准准准准频频频频率率率率误误误误差差差差) ) ) )为为为为： 若若若若T T T Ts s s s增增增增加加加加为为为为1 1 1 10 0 0 0s s s s

110、，则则则则计计计计数数数数值值值值增增增增加加加加1 1 1 10 0 0 0倍倍倍倍，相相相相应应应应的的的的测测测测频频频频误误误误差差差差也也也也降降降降低低低低1 1 1 10 0 0 0倍倍倍倍，为为为为1 1 1 11 1 1 10 0 0 07 7 7 7，但但但但测测测测量量量量时时时时间间间间将将将将延延延延长长长长1 1 1 10 0 0 0倍倍倍倍。注注注注意意意意：该该该该例例例例中中中中，当当当当选选选选择择择择闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间T T T Ts s s s1 1 1 1s s s s时时时时，要要要要求求求求标标标标准准准准频频频频率率率率误误误误差差

111、差差优优优优于于于于1 1 1 11 1 1 10 0 0 07 7 7 7 （即即即即比比比比量量量量化化化化误误误误差差差差高高高高一一一一个个个个数数数数量量量量级级级级），否否否否则则则则，标标标标准准准准频频频频率率率率误误误误差差差差在在在在总总总总测测测测量量量量误误误误差差差差中中中中不不不不能能能能忽忽忽忽略略略略。4 4. .5 5. .3 3 周周期期测测量量的的误误差差分分析析1 1 1 1）误差表达式）误差表达式）误差表达式）误差表达式由测周的基本表达式：由测周的基本表达式： 根据误差合成公式，可得：根据误差合成公式，可得： 式中，式中， 和和 分别为量化误差和时标周

112、期误差。分别为量化误差和时标周期误差。 由由 (Tc为晶振周期，为晶振周期，k为倍频或分频比为倍频或分频比)， 有：有： 而计数值而计数值N为：为： 所以，所以，4 4. .5 5. .3 3 周周期期测测量量的的误误差差分分析析2 2 2 2）量量量量化化化化误误误误差差差差的的的的影影影影响响响响由由由由测测测测周周周周的的的的误误误误差差差差表表表表达达达达式式式式：其其其其中中中中，第第第第一一一一项项项项即即即即为为为为量量量量化化化化误误误误差差差差。它它它它表表表表示示示示T Tx x愈愈愈愈大大大大（被被被被测测测测信信信信号号号号的的的的频频频频率率率率愈愈愈愈低低低低），则

113、则则则量量量量化化化化误误误误差差差差愈愈愈愈小小小小，其其其其意意意意义义义义为为为为T Tx x愈愈愈愈大大大大则则则则计计计计入入入入的的的的时时时时标标标标周周周周期期期期数数数数N N愈愈愈愈大大大大。另另另另外外外外，晶晶晶晶振振振振的的的的分分分分频频频频系系系系数数数数k k愈愈愈愈小小小小，则则则则时时时时标标标标周周周周期期期期愈愈愈愈小小小小，在在在在相相相相同同同同的的的的T Tx x内内内内计计计计数数数数值值值值愈愈愈愈大大大大。此此此此外外外外，第第第第二二二二项项项项为为为为标标标标准准准准频频频频率率率率误误误误差差差差，通通通通常常常常也也也也要要要要求求求

114、求小小小小于于于于测测测测量量量量误误误误差差差差的的的的一一一一个个个个数数数数量量量量级级级级，这这这这时时时时就就就就可可可可作作作作为为为为微微微微小小小小误误误误差差差差不不不不予予予予考考考考虑虑虑虑。为为为为减减减减小小小小量量量量化化化化误误误误差差差差，应应应应增增增增加加加加计计计计数数数数值值值值N N，但但但但也也也也需需需需注注注注意意意意不不不不可可可可使使使使其其其其溢溢溢溢出出出出。例例例例如如如如：一一一一个个个个6 6位位位位的的的的计计计计数数数数器器器器，最最最最大大大大显显显显示示示示为为为为9 99 99 99 99 99 9, ,当当当当用用用用T

115、 T0 0= =1 1u us s的的的的时时时时标标标标测测测测量量量量T Tx x= =1 10 0s s( (f fx x= =0 0. .1 1H Hz z) )时时时时, ,应应应应显显显显示示示示“ “1 10 00 00 00 00 00 00 0” ”u us s或或或或“ “1 10 0. .0 00 00 00 00 00 0” ”s s, ,显显显显然然然然溢溢溢溢出出出出。4 4. .5 5. .3 3 周周期期测测量量的的误误差差分分析析3 3 3 3）中界频率）中界频率）中界频率）中界频率测频时，被测频率测频时，被测频率测频时，被测频率测频时，被测频率f fx x愈

116、低，则量化误差愈大；愈低，则量化误差愈大；愈低，则量化误差愈大；愈低，则量化误差愈大； 测周时，被测频率测周时，被测频率测周时，被测频率测周时，被测频率f fx x愈高，则量化误差愈大。愈高，则量化误差愈大。愈高，则量化误差愈大。愈高，则量化误差愈大。可见，在测频与测周之间，存在一个中界频率可见，在测频与测周之间，存在一个中界频率可见，在测频与测周之间，存在一个中界频率可见，在测频与测周之间，存在一个中界频率f fmm，当当当当f fx xffmm时，应采用测频；当时，应采用测频；当时，应采用测频；当时，应采用测频；当f fx xf F F F F0 0 0 02 2 2 2 ( ( ( (T

117、 T T T0 0 0 01 1 1 1 TTTT01010101，设经过设经过设经过设经过N N N N1 1 1 1个计数值后个计数值后个计数值后个计数值后, , , ,游标脉冲与主脉冲重合游标脉冲与主脉冲重合游标脉冲与主脉冲重合游标脉冲与主脉冲重合( ( ( (图中符合点图中符合点图中符合点图中符合点1)1)1)1)。此时：。此时：。此时：。此时： 即：即：即：即： 4 4. .6 6. .3 3 游游标标法法uu同样，在关门时同样，在关门时同样，在关门时同样，在关门时( (主时钟计数停止主时钟计数停止主时钟计数停止主时钟计数停止) )启动游标脉冲启动游标脉冲启动游标脉冲启动游标脉冲2

118、2开始计开始计开始计开始计数，由于数，由于数，由于数，由于T T T T02020202TTTT01010101，设经过，设经过，设经过，设经过N N N N2 2 2 2个计数值后，个计数值后，个计数值后，个计数值后，游标脉冲与主脉游标脉冲与主脉游标脉冲与主脉游标脉冲与主脉冲重合冲重合冲重合冲重合( ( ( (图中符合点图中符合点图中符合点图中符合点2)2)2)2)。此时，有：。此时，有：。此时，有：。此时，有：uu则，被测时间间隔为：则，被测时间间隔为：则，被测时间间隔为：则，被测时间间隔为：uu定义扩展系数定义扩展系数定义扩展系数定义扩展系数K K K K， 则游标时钟周期用则游标时钟周

119、期用则游标时钟周期用则游标时钟周期用K K K K可表示为：可表示为：可表示为：可表示为：而而而而于是，被测时间间隔可写成：于是，被测时间间隔可写成：于是，被测时间间隔可写成：于是，被测时间间隔可写成：可见，可见，可见，可见，数字游标法将测时分辨力由数字游标法将测时分辨力由数字游标法将测时分辨力由数字游标法将测时分辨力由T T T T01010101提高到了提高到了提高到了提高到了T T T T01010101/K/K/K/K。4 4. .6 6. .4 4 平平均均法法1 1 1 1）平均法原理）平均法原理）平均法原理）平均法原理硬件平均法测量硬件平均法测量硬件平均法测量硬件平均法测量 测频

120、：在基本频率测量中，取样时间（即闸门时间）内测频：在基本频率测量中，取样时间（即闸门时间）内测频：在基本频率测量中，取样时间（即闸门时间）内测频：在基本频率测量中，取样时间（即闸门时间）内对对对对N N个周期脉冲进行累加计数，实际上已是对个周期脉冲进行累加计数，实际上已是对个周期脉冲进行累加计数，实际上已是对个周期脉冲进行累加计数，实际上已是对N N个周期进个周期进个周期进个周期进行了平均。行了平均。行了平均。行了平均。 测周：多周期测量即是硬件上的平均测量。测周：多周期测量即是硬件上的平均测量。测周：多周期测量即是硬件上的平均测量。测周：多周期测量即是硬件上的平均测量。 硬件平均法的局限：单

121、次测量的时间有限；计数容量有硬件平均法的局限：单次测量的时间有限；计数容量有硬件平均法的局限：单次测量的时间有限；计数容量有硬件平均法的局限：单次测量的时间有限；计数容量有限。限。限。限。软件平均法软件平均法软件平均法软件平均法 单次测量单次测量单次测量单次测量（测频和测周）总是存在量化误差，这是一种（测频和测周）总是存在量化误差，这是一种（测频和测周）总是存在量化误差，这是一种（测频和测周）总是存在量化误差，这是一种随机误差随机误差随机误差随机误差, ,它在它在它在它在1/N1/N1/N1/N1/N1/N1/N1/N范围内范围内范围内范围内( ( ( (误差限误差限误差限误差限1/N)1/N

122、)1/N)1/N)均匀分布。均匀分布。均匀分布。均匀分布。 多次测量取平均多次测量取平均多次测量取平均多次测量取平均。利用随机误差的抵偿性，可采取多次。利用随机误差的抵偿性，可采取多次。利用随机误差的抵偿性，可采取多次。利用随机误差的抵偿性，可采取多次测量取平均的办法，减小测量误差。测量取平均的办法，减小测量误差。测量取平均的办法，减小测量误差。测量取平均的办法，减小测量误差。 设连续进行有限次（设连续进行有限次（设连续进行有限次（设连续进行有限次（n n次）测量，计数值分别为次）测量，计数值分别为次）测量，计数值分别为次）测量，计数值分别为N N1 1、N N2 2、N Nn n，其，其，其

123、，其算术平均值算术平均值算术平均值算术平均值为：为：为：为： 由于由于由于由于N N1 1NN2 2 N Nn n N N，各次的量化误差为：，各次的量化误差为：，各次的量化误差为：，各次的量化误差为： 对各单次测量的量化误差采用均方根合成，根据对各单次测量的量化误差采用均方根合成，根据对各单次测量的量化误差采用均方根合成，根据对各单次测量的量化误差采用均方根合成，根据算术平均算术平均算术平均算术平均值的性质值的性质值的性质值的性质，其误差将减小到单次测量的，其误差将减小到单次测量的，其误差将减小到单次测量的，其误差将减小到单次测量的即：即：即：即：4 4. .6 6. .4 4 平平均均法法

124、4 4. .6 6. .4 4 平平均均法法2 2 2 2）时时时时基基基基脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的随随随随机机机机调调调调相相相相技技技技术术术术 软软软软件件件件平平平平均均均均法法法法依依依依赖赖赖赖于于于于各各各各单单单单次次次次测测测测量量量量的的的的量量量量化化化化误误误误差差差差的的的的随随随随机机机机性性性性，即即即即要要要要求求求求闸闸闸闸门门门门开开开开启启启启/ / / /关关关关闭闭闭闭时时时时刻刻刻刻和和和和被被被被测测测测信信信信号号号号脉脉脉脉冲冲冲冲之之之之间间间间具具具具有有有有真真真真正正正正的的的的随随随随机机机机性性性性。否否否否则则则则，各各各各单单单

125、单次次次次测测测测量量量量的的的的量量量量化化化化误误误误差差差差就就就就不不不不具具具具有有有有随随随随机机机机误误误误差差差差的的的的抵抵抵抵偿偿偿偿性性性性。实实实实现现现现原原原原理理理理采采采采用用用用齐齐齐齐纳纳纳纳二二二二极极极极管管管管产产产产生生生生的的的的噪噪噪噪声声声声对对对对时时时时基基基基脉脉脉脉冲冲冲冲进进进进行行行行随随随随机机机机相相相相位位位位调调调调制制制制，使使使使时时时时基基基基脉脉脉脉冲冲冲冲具具具具有有有有随随随随机机机机的的的的相相相相位位位位抖抖抖抖动动动动。 原原原原理理理理图图图图下下下下图图图图是是是是一一一一个个个个实实实实用用用用的的的

126、的测测测测量量量量方方方方案案案案。4 4. .6 6. .4 4 平平均均法法4.7 微波频率测量技术微波频率测量技术4.7.1 4.7.1 变频法变频法 1 1 1 1）变频法原理）变频法原理）变频法原理）变频法原理 2 2 2 2）组成框图）组成框图）组成框图）组成框图4.7.2 4.7.2 置换法置换法 1 1 1 1）置换法原理）置换法原理）置换法原理）置换法原理 2 2 2 2）组成框图）组成框图）组成框图）组成框图4.7 微波频率测量技术微波频率测量技术通用电子计数器通用电子计数器通用电子计数器通用电子计数器受内部计数器等电路的工作速度的限受内部计数器等电路的工作速度的限受内部计

127、数器等电路的工作速度的限受内部计数器等电路的工作速度的限制，对输入信号直接计数存在制，对输入信号直接计数存在制，对输入信号直接计数存在制，对输入信号直接计数存在最高计数频率的限制最高计数频率的限制最高计数频率的限制最高计数频率的限制。中速计数器采用中速计数器采用中速计数器采用中速计数器采用“预定标器预定标器预定标器预定标器”（由（由（由（由ECLECLECLECL电路构成的分频电路构成的分频电路构成的分频电路构成的分频器），将输入信号进行分频后，再由计数器计数。器），将输入信号进行分频后，再由计数器计数。器），将输入信号进行分频后，再由计数器计数。器），将输入信号进行分频后，再由计数器计数。对

128、于对于对于对于几十几十几十几十GHzGHzGHzGHz的微波计数器的微波计数器的微波计数器的微波计数器，主要采用，主要采用，主要采用，主要采用变频法和置换法变频法和置换法变频法和置换法变频法和置换法将输入微波频率信号变换成可直接计数的中频。将输入微波频率信号变换成可直接计数的中频。将输入微波频率信号变换成可直接计数的中频。将输入微波频率信号变换成可直接计数的中频。4.7.1 4.7.1 4.7.1 4.7.1 变频法变频法变频法变频法1 1 1 1）变频法原理）变频法原理）变频法原理）变频法原理变频法（或称外差法）是将被测微波信号经变频法（或称外差法）是将被测微波信号经变频法（或称外差法）是将

129、被测微波信号经变频法（或称外差法）是将被测微波信号经差频变换差频变换差频变换差频变换成频成频成频成频率较低的中频信号，再由电子计数器计数。率较低的中频信号，再由电子计数器计数。率较低的中频信号，再由电子计数器计数。率较低的中频信号，再由电子计数器计数。变频法的原理框图如下。变频法的原理框图如下。变频法的原理框图如下。变频法的原理框图如下。 电子计数器主机内送出的标准频率电子计数器主机内送出的标准频率电子计数器主机内送出的标准频率电子计数器主机内送出的标准频率f f f fs s s s，经过谐波发生器产生高，经过谐波发生器产生高，经过谐波发生器产生高，经过谐波发生器产生高次谐波，再由谐波滤波器

130、选出所需的谐波分量次谐波，再由谐波滤波器选出所需的谐波分量次谐波，再由谐波滤波器选出所需的谐波分量次谐波，再由谐波滤波器选出所需的谐波分量NfNfNfNfs s s s，它与，它与，它与，它与被测信号被测信号被测信号被测信号f f f fx x x x混频出差频混频出差频混频出差频混频出差频f f f fI I I I。若由电子计数器测出若由电子计数器测出若由电子计数器测出若由电子计数器测出f f f fI I I I，则被测频率，则被测频率，则被测频率，则被测频率f f f fx x x x为为为为 ：为适应为适应为适应为适应fxfx的变化，谐波滤波器应能够选出合适的谐波分量的变化，谐波滤波

131、器应能够选出合适的谐波分量的变化，谐波滤波器应能够选出合适的谐波分量的变化，谐波滤波器应能够选出合适的谐波分量NfNfNfNfs s s s。混频器混频器差频放大器差频放大器电子计数器电子计数器谐波滤波器谐波滤波器谐波发生器谐波发生器输入输入f fx xf fI If fs s4.7.1 4.7.1 变频法变频法4 4. .7 7. .1 1 变变频频法法2 2 2 2）组组组组成成成成框框框框图图图图自自自自动动动动变变变变频频频频式式式式微微微微波波波波计计计计数数数数器器器器的的的的原原原原理理理理方方方方框框框框图图图图如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示。 混频器差频放大器电子计

132、数器谐波滤波器（YIG电调滤波器）谐波发生器（阶跃恢复二极管）输入fxfI 输入fs 输出Nfs扫描捕获电路检波器fI （fx-Nfs）4 4. .7 7. .1 1 变变频频法法uu工工工工作作作作原原原原理理理理谐谐谐谐波波波波发发发发生生生生器器器器：输输输输入入入入为为为为计计计计数数数数器器器器标标标标准准准准频频频频率率率率信信信信号号号号f fs s。采采采采用用用用阶阶阶阶跃跃跃跃恢恢恢恢复复复复二二二二极极极极管管管管，以以以以产产产产生生生生丰丰丰丰富富富富的的的的谐谐谐谐波波波波N Nf fs s。谐谐谐谐波波波波滤滤滤滤波波波波器器器器：采采采采用用用用Y Y Y YI

133、 I I IG G G G（单单单单晶晶晶晶铁铁铁铁氧氧氧氧体体体体材材材材料料料料）电电电电调调调调谐谐谐谐滤滤滤滤波波波波器器器器，其其其其谐谐谐谐振振振振频频频频率率率率可可可可在在在在很很很很宽宽宽宽范范范范围围围围实实实实现现现现电电电电调调调调。 扫扫扫扫描描描描捕捕捕捕获获获获电电电电路路路路：产产产产生生生生阶阶阶阶梯梯梯梯波波波波电电电电流流流流，控控控控制制制制Y Y Y YI I I IG G G G的的的的外外外外加加加加磁磁磁磁场场场场，使使使使Y Y Y YI I I IG G G G的的的的谐谐谐谐振振振振频频频频率率率率从从从从低低低低到到到到高高高高步步步步进

134、进进进式式式式地地地地改改改改变变变变，从从从从而而而而可可可可逐逐逐逐次次次次选选选选出出出出不不不不同同同同的的的的各各各各次次次次谐谐谐谐波波波波。差差差差频频频频放放放放大大大大器器器器、检检检检波波波波器器器器：当当当当谐谐谐谐波波波波滤滤滤滤波波波波器器器器输输输输出出出出的的的的某某某某次次次次谐谐谐谐波波波波N N N Nf f f fs s s s与与与与待待待待测测测测频频频频率率率率f f f fx x x x的的的的差差差差频频频频f f f fI I I I（f f f fx x x xN N N Nf f f fs s s s）落落落落在在在在差差差差频频频频放放放

135、放大大大大器器器器的的的的带带带带宽宽宽宽（1 1 1 11 1 1 10 0 0 01 1 1 1M M M MH H H Hz z z z）范范范范围围围围内内内内时时时时， f f f fI I I I经经经经放放放放大大大大、检检检检波波波波后后后后输输输输出出出出一一一一直直直直流流流流电电电电压压压压，使使使使扫扫扫扫描描描描捕捕捕捕获获获获电电电电路路路路停停停停止止止止扫扫扫扫描描描描，因因因因而而而而Y Y Y YI I I IG G G G固固固固定定定定地地地地调调调调谐谐谐谐在在在在N N N N次次次次谐谐谐谐波波波波上上上上。 4 4. .7 7. .1 1 变变频

136、频法法uu微波计数器的显示微波计数器的显示微波计数器的显示微波计数器的显示当当当当YIGYIG调谐成功（选择的谐波分量调谐成功（选择的谐波分量调谐成功（选择的谐波分量调谐成功（选择的谐波分量NfsNfs被确定）后，控被确定）后，控被确定）后，控被确定）后，控制电路制电路制电路制电路直接将直接将直接将直接将NfsNfs在高位上显示在高位上显示在高位上显示在高位上显示。而而而而f fI I=fx-Nfs=fx-Nfs则由计数器计数并显示在则由计数器计数并显示在则由计数器计数并显示在则由计数器计数并显示在NfsNfs位之后。位之后。位之后。位之后。这样，便得到这样，便得到这样，便得到这样，便得到fx

137、=Nfs+ffx=Nfs+fI I。例如：若例如：若例如：若例如：若fx=1234.567890MHzfx=1234.567890MHz，标准频率，标准频率，标准频率，标准频率fs=100MHzfs=100MHz。则则则则YIGYIG应调谐在应调谐在应调谐在应调谐在N=12N=12次谐波上，即次谐波上，即次谐波上，即次谐波上，即Nfs=1200MHzNfs=1200MHz，高，高，高，高位直接显示位直接显示位直接显示位直接显示“ “1212” ”。计数器再对差频信号计数器再对差频信号计数器再对差频信号计数器再对差频信号f fI I=fx -Nfs=fx -Nfs=34 .56789034 .5

138、67890MHzMHz计数，计数，计数，计数，最后显示为最后显示为最后显示为最后显示为“ “1212 34.56789034.567890”MHz”MHz。uu变频法特点：变频法特点：变频法特点：变频法特点：谐波谐波谐波谐波NfsNfs幅度低，幅度低，幅度低，幅度低，灵敏度低，但分辨力高灵敏度低，但分辨力高灵敏度低，但分辨力高灵敏度低，但分辨力高。4 4. .7 7. .2 2 置置换换法法1 1 1 1）置换法原理）置换法原理）置换法原理）置换法原理利用一个频率较低的置换振荡器的利用一个频率较低的置换振荡器的利用一个频率较低的置换振荡器的利用一个频率较低的置换振荡器的N N N N次谐波，与

139、被测微波频率次谐波，与被测微波频率次谐波，与被测微波频率次谐波，与被测微波频率f f f fx x x x进行分频式锁相，从而把进行分频式锁相，从而把进行分频式锁相，从而把进行分频式锁相，从而把f f f fx x x x转换到较低的频率转换到较低的频率转换到较低的频率转换到较低的频率f f f fL L L L（通常（通常（通常（通常为为为为100MHz100MHz100MHz100MHz以下）。以下）。以下）。以下）。原理框图如下：原理框图如下：原理框图如下：原理框图如下：当环路锁定时，有：当环路锁定时，有：当环路锁定时，有：当环路锁定时，有： 式中，式中，式中，式中，fsfs为已知的标准

140、频率，计数器直接对为已知的标准频率，计数器直接对为已知的标准频率，计数器直接对为已知的标准频率，计数器直接对f fL L计数，但为得到计数，但为得到计数，但为得到计数，但为得到fxfx，还需，还需，还需，还需确定确定确定确定N N值值值值。混频器压控振荡器电子计数器鉴相器fx-NfLfsfLNfL4 4. .7 7. .2 2 置置换换法法2 2 2 2）组成方框图）组成方框图）组成方框图）组成方框图全自动置换法微波计数器的方框图如下图所示。全自动置换法微波计数器的方框图如下图所示。全自动置换法微波计数器的方框图如下图所示。全自动置换法微波计数器的方框图如下图所示。 4 4. .7 7. .2

141、 2 置置换换法法uu工作原理工作原理工作原理工作原理主通道主通道主通道主通道：fxfx与与与与f fL L的的的的N N次谐波次谐波次谐波次谐波NfNfL L经混频器经混频器经混频器经混频器A A，由差频放大，由差频放大，由差频放大，由差频放大器取出器取出器取出器取出f fI I=fx-Nf=fx-NfL L，当环路锁定时：，当环路锁定时：，当环路锁定时：，当环路锁定时：f fI I=fx-Nf=fx-NfL L=fs=fs。即有：。即有：。即有：。即有：fx=Nffx=NfL L+fs+fs。f fL L由计数器直接计数。由计数器直接计数。由计数器直接计数。由计数器直接计数。辅助通道辅助通

142、道辅助通道辅助通道：用于确定用于确定用于确定用于确定N N。f fL L与标准频率发生器与标准频率发生器与标准频率发生器与标准频率发生器(F(F0 0=1kHz)=1kHz)经混频器经混频器经混频器经混频器C C得到差频：得到差频：得到差频：得到差频：f fL L-F-F0 0，其，其，其，其N N次谐波与次谐波与次谐波与次谐波与fxfx经混频器经混频器经混频器经混频器B B，由差频放大器取出，由差频放大器取出，由差频放大器取出，由差频放大器取出f fI I=fx-N(f=fx-N(fL L- F- F0 0)=fs-)=fs-NFNF0 0。再经过混频器。再经过混频器。再经过混频器。再经过混

143、频器D D得到得到得到得到NFNF0 0 ，它与，它与，它与，它与F F0 0经经经经“ “与门与门与门与门” ”后后后后得到得到得到得到N N。时基扩展器时基扩展器时基扩展器时基扩展器：为得到：为得到：为得到：为得到NfNfL L的计数值，将的计数值，将的计数值，将的计数值，将闸门时间扩展闸门时间扩展闸门时间扩展闸门时间扩展N N倍倍倍倍后对后对后对后对f fL L计数，其计数值相当于原闸门内对计数，其计数值相当于原闸门内对计数，其计数值相当于原闸门内对计数，其计数值相当于原闸门内对NfNfL L计数。计数。计数。计数。fxfx的显示的显示的显示的显示： 由由由由fx=Nffx=NfL L+

144、fs+fs，将，将，将，将fsfs预置后与预置后与预置后与预置后与NfNfL L计数值显计数值显计数值显计数值显示。示。示。示。uu置换法特点置换法特点置换法特点置换法特点：锁相环路增益高，灵敏度高，分辨力较差。：锁相环路增益高，灵敏度高，分辨力较差。：锁相环路增益高，灵敏度高，分辨力较差。：锁相环路增益高，灵敏度高，分辨力较差。4.8 频频率率稳稳定定度度测测量量和和频频率率比比对对4 4. .8 8. .1 1 频频率率稳稳定定度度的的表表征征 1 1 1 1）频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度 2 2 2 2）长长长长期期期期频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度的的的的表表表表

145、征征征征 3 3 3 3）短短短短期期期期频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度的的的的表表表表征征征征4 4. .8 8. .2 2 阿阿仑仑方方差差的的测测量量4 4. .8 8. .1 1 频频率率稳稳定定度度的的表表征征电电电电子子子子计计计计数数数数器器器器基基基基于于于于比比比比较较较较测测测测量量量量法法法法原原原原理理理理，其其其其时时时时间间间间、频频频频率率率率的的的的参参参参考考考考标标标标准准准准为为为为内内内内部部部部晶晶晶晶体体体体振振振振荡荡荡荡器器器器。晶晶晶晶体体体体振振振振荡荡荡荡器器器器存存存存在在在在老老老老化化化化与与与与漂漂漂漂移移移移，因因因因此

146、此此此，需需需需要要要要进进进进行行行行定定定定期期期期校校校校准准准准（微微微微调调调调）。校校校校准准准准方方方方法法法法为为为为将将将将晶晶晶晶体体体体振振振振荡荡荡荡器器器器输输输输出出出出作作作作为为为为被被被被测测测测信信信信号号号号，用用用用上上上上一一一一级级级级更更更更准准准准确确确确的的的的频频频频率率率率标标标标准准准准为为为为参参参参考考考考，进进进进行行行行测测测测量量量量称称称称为为为为“频频频频率率率率计计计计量量量量”。测测测测量量量量的的的的主主主主要要要要内内内内容容容容为为为为“频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度”。1 1 1 1）频频频频率率率率稳

147、稳稳稳定定定定度度度度频频频频率率率率准准准准确确确确度度度度频频频频率率率率源源源源输输输输出出出出的的的的实实实实际际际际频频频频率率率率值值值值f f f fx x x x对对对对其其其其标标标标称称称称值值值值f f f f0 0 0 0的的的的相相相相对对对对频频频频率率率率偏偏偏偏差差差差。即即即即：1 1）频频率率稳稳定定度度uu频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度概概概概念念念念频频频频率率率率源源源源的的的的频频频频率率率率值值值值由由由由于于于于受受受受内内内内外外外外因因因因素素素素的的的的影影影影响响响响，总总总总是是是是在在在在不不不不断断断断地地地地变变变变化化

148、化化着着着着，大大大大体体体体上上上上可可可可分分分分为为为为：( ( ( (1 1 1 1) ) ) )系系系系统统统统性性性性的的的的或或或或确确确确定定定定性性性性的的的的变变变变化化化化（如如如如老老老老化化化化）；( ( ( (2 2 2 2) ) ) )非非非非确确确确定定定定性性性性的的的的或或或或随随随随机机机机性性性性的的的的变变变变化化化化（频频频频率率率率随随随随机机机机起起起起伏伏伏伏）。因因因因此此此此，频频频频率率率率准准准准确确确确度度度度只只只只能能能能表表表表示示示示当当当当前前前前测测测测量量量量（取取取取样样样样时时时时间间间间）的的的的准准准准确确确确度

149、度度度，它它它它是是是是时时时时间间间间t t t t的的的的函函函函数数数数。频频频频率率率率准准准准确确确确度度度度随随随随时时时时间间间间的的的的变变变变化化化化即即即即为为为为频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度。它它它它表表表表征征征征频频频频率率率率源源源源维维维维持持持持其其其其工工工工作作作作于于于于恒恒恒恒定定定定频频频频率率率率上上上上的的的的能能能能力力力力。长长长长期期期期、短短短短期期期期稳稳稳稳定定定定度度度度对对对对频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度的的的的描描描描述述述述引引引引入入入入时时时时间间间间概概概概念念念念，即即即即在在在在一一一一定定定定

150、时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔内内内内的的的的频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度，则则则则有有有有长长长长期期期期稳稳稳稳定定定定度度度度与与与与短短短短期期期期稳稳稳稳定定定定度度度度。长长长长期期期期年年年年、月月月月、日日日日；短短短短期期期期秒秒秒秒级级级级。4.8.1 4.8.1 频率稳定度的表征频率稳定度的表征2 2 2 2）长期频率稳定度的表征）长期频率稳定度的表征）长期频率稳定度的表征）长期频率稳定度的表征长期稳定度是指石英谐振器老化而引起的振荡频率在其平均长期稳定度是指石英谐振器老化而引起的振荡频率在其平均长期稳定度是指石英谐振器老化而引起的振荡频率在其平均长期稳定度

151、是指石英谐振器老化而引起的振荡频率在其平均值上的缓慢变化，即值上的缓慢变化，即值上的缓慢变化，即值上的缓慢变化，即频率的老化漂移频率的老化漂移频率的老化漂移频率的老化漂移。多数高稳定的石英振荡器，经过足够时间的预热后，其频率多数高稳定的石英振荡器，经过足够时间的预热后，其频率多数高稳定的石英振荡器，经过足够时间的预热后，其频率多数高稳定的石英振荡器，经过足够时间的预热后，其频率的的的的老化漂移往往呈现良好的线性老化漂移往往呈现良好的线性老化漂移往往呈现良好的线性老化漂移往往呈现良好的线性( ( ( (增加或减少增加或减少增加或减少增加或减少) ) ) )。如下图。如下图。如下图。如下图。图中表

152、示了实际频率图中表示了实际频率图中表示了实际频率图中表示了实际频率随时间的变化，由图随时间的变化，由图随时间的变化，由图随时间的变化，由图可得频率稳定度可得频率稳定度可得频率稳定度可得频率稳定度K K K K：K K K K表示了在表示了在表示了在表示了在t1t2t1t2t1t2t1t2时间内时间内时间内时间内的相对频率漂移（即的相对频率漂移（即的相对频率漂移（即的相对频率漂移（即频率准确度的变化）频率准确度的变化）频率准确度的变化）频率准确度的变化）。4 4. .8 8. .1 1 频频率率稳稳定定度度的的表表征征日日日日老老老老化化化化率率率率对对对对石石石石英英英英振振振振荡荡荡荡器器器

153、器，通通通通常常常常用用用用一一一一天天天天内内内内的的的的频频频频率率率率平平平平均均均均漂漂漂漂移移移移作作作作为为为为长长长长期期期期稳稳稳稳定定定定度度度度的的的的表表表表征征征征，叫叫叫叫做做做做“日日日日老老老老化化化化率率率率”。（上上上上图图图图中中中中的的的的时时时时间间间间取取取取为为为为一一一一天天天天）日日日日老老老老化化化化率率率率的的的的测测测测量量量量 显显显显然然然然，每每每每天天天天的的的的“日日日日老老老老化化化化率率率率”会会会会有有有有所所所所变变变变化化化化，实实实实际际际际中中中中连连连连续续续续测测测测一一一一周周周周或或或或一一一一个个个个月月月

154、月。设设设设每每每每天天天天测测测测一一一一个个个个数数数数据据据据，共共共共测测测测n n n n天天天天，得得得得f f f f1 1 1 1, , , ,f f f f2 2 2 2, , , , , , , f f f fi i i i, , , ,f f f fn n n n, , , , 利利利利用用用用最最最最小小小小二二二二乘乘乘乘法法法法拟拟拟拟合合合合得得得得到到到到老老老老化化化化曲曲曲曲线线线线: : : :则则则则其其其其斜斜斜斜率率率率 ( ( ( (估估估估计计计计值值值值) ) ) )相相相相对对对对f f f f0 0 0 0比比比比值值值值即即即即为为为为日

155、日日日老老老老化化化化率率率率（下下下下图图图图a a a a）。 4 4. .8 8. .1 1 频频率率稳稳定定度度的的表表征征由由由由最最最最小小小小二二二二乘乘乘乘法法法法公公公公式式式式，可可可可求求求求得得得得：式式式式中中中中， uu日日日日波波波波动动动动晶晶晶晶体体体体振振振振荡荡荡荡器器器器除除除除老老老老化化化化漂漂漂漂移移移移外外外外，一一一一天天天天内内内内还还还还将将将将产产产产生生生生频频频频率率率率的的的的随随随随机机机机起起起起伏伏伏伏，如如如如图图图图（b b b b）所所所所示示示示。日日日日波波波波动动动动综综综综合合合合表表表表征征征征了了了了老老老老

156、化化化化漂漂漂漂移移移移和和和和随随随随机机机机起起起起伏伏伏伏。日波动定义日波动定义日波动定义日波动定义日波动日波动日波动日波动是指频率源（经规定时间的预热以后）是指频率源（经规定时间的预热以后）是指频率源（经规定时间的预热以后）是指频率源（经规定时间的预热以后）在在在在24242424小时内小时内小时内小时内最大相对频率变化最大相对频率变化最大相对频率变化最大相对频率变化。日波动的测量日波动的测量日波动的测量日波动的测量根据检定规程，测量日波动时可每隔根据检定规程，测量日波动时可每隔根据检定规程，测量日波动时可每隔根据检定规程，测量日波动时可每隔1 1 1 1小时测量一个数据小时测量一个数

157、据小时测量一个数据小时测量一个数据( ( ( (每次测量的取样时间每次测量的取样时间每次测量的取样时间每次测量的取样时间T=10s),T=10s),T=10s),T=10s),连续测连续测连续测连续测24242424小时，共得小时，共得小时，共得小时，共得25252525个个个个数据，取出数据，取出数据，取出数据，取出f f f fmaxmaxmaxmax和和和和f f f fminminminmin，用下式计算。，用下式计算。，用下式计算。，用下式计算。 4 4. .8 8. .1 1 频频率率稳稳定定度度的的表表征征4.8.1 4.8.1 频率稳定度的表征频率稳定度的表征3 3 3 3）短

158、期频率稳定度的表征）短期频率稳定度的表征）短期频率稳定度的表征）短期频率稳定度的表征相对频率起伏相对频率起伏相对频率起伏相对频率起伏根据频率准确度定义：根据频率准确度定义：根据频率准确度定义：根据频率准确度定义：式中式中式中式中fxfxfxfx由于噪声引起寄生调频、调相，由于噪声引起寄生调频、调相，由于噪声引起寄生调频、调相，由于噪声引起寄生调频、调相，fxfxfxfx应为时间应为时间应为时间应为时间t t t t的函数，则的函数，则的函数，则的函数，则频率频率频率频率准确度和频率稳定度均为时间准确度和频率稳定度均为时间准确度和频率稳定度均为时间准确度和频率稳定度均为时间t t t t的函数的

159、函数的函数的函数。将频率源输出信号作为随机过程，用下式表示：将频率源输出信号作为随机过程，用下式表示：将频率源输出信号作为随机过程，用下式表示：将频率源输出信号作为随机过程，用下式表示：式中，将幅度式中，将幅度式中，将幅度式中，将幅度A A A A0 0 0 0视为恒定（不考虑幅度起伏变化）；视为恒定（不考虑幅度起伏变化）；视为恒定（不考虑幅度起伏变化）；视为恒定（不考虑幅度起伏变化）； f f f f0 0 0 0为标称频率；为标称频率；为标称频率；为标称频率； 为瞬时相位（起伏变化）。为瞬时相位（起伏变化）。为瞬时相位（起伏变化）。为瞬时相位（起伏变化）。则瞬时频率可表示为：则瞬时频率可表

160、示为：则瞬时频率可表示为：则瞬时频率可表示为：相对频率起伏为：相对频率起伏为：相对频率起伏为：相对频率起伏为：4 4. .8 8. .1 1 频频率率稳稳定定度度的的表表征征uu时时时时域域域域与与与与频频频频域域域域的的的的表表表表征征征征（1 1）时时时时域域域域表表表表征征征征：相相相相对对对对频频频频率率率率起起起起伏伏伏伏 为为为为随随随随机机机机变变变变量量量量，因因因因此此此此可可可可用用用用其其其其取取取取样样样样方方方方差差差差来来来来表表表表示示示示。标标标标准准准准偏偏偏偏差差差差：由由由由于于于于 即即即即，相相相相对对对对频频频频率率率率起起起起伏伏伏伏的的的的标标标

161、标准准准准偏偏偏偏差差差差等等等等于于于于f f( (t t) )的的的的标标标标准准准准偏偏偏偏差差差差。对对对对f f( (t t) )作作作作有有有有限限限限次次次次（n n次次次次）测测测测量量量量，得得得得到到到到f f1 1、f f2 2、f fn n，用用用用贝贝贝贝塞塞塞塞尔尔尔尔公公公公式式式式计计计计算算算算其其其其估估估估计计计计值值值值。平平平平均均均均值值值值为为为为：注注注注意意意意：各各各各次次次次测测测测量量量量值值值值f f1 1、f f2 2、f fn n为为为为取取取取样样样样时时时时间间间间（闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间）内内内内的的的的平平平平均均

162、均均。 的的的的意意意意义义义义： f f1 1、f f2 2、f fn n围围围围绕绕绕绕 的的的的起起起起伏伏伏伏变变变变化化化化。4 4. .8 8. .1 1 频频率率稳稳定定度度的的表表征征阿阿阿阿仑仑仑仑方方方方差差差差：当当当当存存存存在在在在闪闪闪闪烁烁烁烁相相相相位位位位噪噪噪噪声声声声（低低低低频频频频噪噪噪噪声声声声即即即即1 1/ /f f噪噪噪噪声声声声）时时时时，上上上上述述述述标标标标准准准准偏偏偏偏差差差差将将将将发发发发散散散散，为为为为此此此此，采采采采用用用用阿阿阿阿仑仑仑仑方方方方差差差差。阿阿阿阿仑仑仑仑方方方方差差差差定定定定义义义义为为为为：式式式

163、式中中中中，f fi i 和和和和f fi i为为为为相相相相邻邻邻邻（无无无无间间间间隙隙隙隙）两两两两次次次次测测测测量量量量值值值值，并并并并将将将将其其其其作作作作为为为为一一一一组组组组，共共共共进进进进行行行行mm组组组组测测测测量量量量得得得得到到到到2 2mm个个个个数数数数据据据据。阿阿阿阿仑仑仑仑方方方方差差差差的的的的意意意意义义义义：描描描描述述述述了了了了相相相相邻邻邻邻两两两两次次次次频频频频率率率率值值值值的的的的起起起起伏伏伏伏变变变变化化化化。1 1/ /f f噪噪噪噪声声声声在在在在相相相相邻邻邻邻两两两两次次次次测测测测量量量量中中中中无无无无影影影影响响

164、响响。秒秒秒秒级级级级稳稳稳稳定定定定度度度度的的的的阿阿阿阿仑仑仑仑方方方方差差差差检检检检定定定定规规规规程程程程：取取取取样样样样时时时时间间间间1 1s s，组组组组数数数数1 10 00 0。4 4. .8 8. .1 1 频频率率稳稳定定度度的的表表征征（2 2）频频频频域域域域表表表表征征征征阿阿阿阿仑仑仑仑方方方方差差差差的的的的局局局局限限限限性性性性：阿阿阿阿仑仑仑仑方方方方差差差差能能能能较较较较好好好好地地地地描描描描述述述述秒秒秒秒级级级级频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度。但但但但对对对对于于于于更更更更短短短短时时时时间间间间（如如如如1 10 0mms s

165、以以以以内内内内）的的的的短短短短期期期期频频频频率率率率稳稳稳稳定定定定度度度度，由由由由于于于于测测测测量量量量上上上上的的的的困困困困难难难难就就就就失失失失去去去去了了了了意意意意义义义义。令令令令：y y( (t t) )即即即即为为为为时时时时域域域域中中中中的的的的相相相相对对对对频频频频率率率率起起起起伏伏伏伏随随随随机机机机变变变变量量量量。对对对对y y( (t t) )作作作作付付付付氏氏氏氏变变变变换换换换，得得得得到到到到其其其其谱谱谱谱函函函函数数数数Y Y( (f f) )：在在在在Y Y( (f f) )基基基基础础础础上上上上，即即即即可可可可得得得得到到到到

166、y y( (t t) )的的的的功功功功率率率率谱谱谱谱密密密密度度度度、自自自自相相相相关关关关函函函函数数数数等等等等，并并并并由由由由此此此此得得得得到到到到方方方方差差差差（维维维维纳纳纳纳- -欣欣欣欣钦钦钦钦定定定定理理理理）。4 4. .8 8. .2 2 阿阿仑仑方方差差的的测测量量测测测测量量量量方方方方案案案案阿阿阿阿仑仑仑仑方方方方差差差差的的的的测测测测量量量量，需需需需要要要要进进进进行行行行相相相相邻邻邻邻两两两两次次次次连连连连续续续续取取取取样样样样。可可可可用用用用两两两两台台台台计计计计数数数数器器器器交交交交替替替替工工工工作作作作实实实实现现现现。测测测

167、测量量量量方方方方案案案案如如如如下下下下图图图图。4 4. .8 8. .2 2 阿阿仑仑方方差差的的测测量量uu工工工工作作作作原原原原理理理理如如如如图图图图，开开开开关关关关K K1 1、K K2 2接接接接a a，即即即即计计计计数数数数器器器器工工工工作作作作在在在在测测测测频频频频方方方方式式式式，信信信信号号号号由由由由A A通通通通道道道道输输输输入入入入。第第第第一一一一个个个个闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间内内内内主主主主门门门门A A开开开开通通通通，计计计计数数数数器器器器1 1工工工工作作作作，当当当当第第第第一一一一个个个个闸闸闸闸门门门门时时时时间间间间结结结

168、结束束束束时时时时，主主主主门门门门A A关关关关闭闭闭闭，计计计计数数数数器器器器1 1停停停停止止止止计计计计数数数数，而而而而主主主主门门门门B B开开开开通通通通，计计计计数数数数器器器器2 2开开开开始始始始工工工工作作作作（即即即即计计计计数数数数器器器器2 2的的的的开开开开门门门门信信信信号号号号为为为为计计计计数数数数器器器器1 1的的的的关关关关门门门门信信信信号号号号，可可可可认认认认为为为为无无无无间间间间隙隙隙隙），此此此此时时时时由由由由计计计计数数数数器器器器1 1即即即即可可可可测测测测得得得得f f1 1 ；在在在在下下下下一一一一个个个个时时时时基基基基周周

169、周周期期期期关关关关闭闭闭闭计计计计数数数数器器器器2 2，此此此此时时时时由由由由计计计计数数数数器器器器2 2即即即即可可可可测测测测得得得得f f1 1。经经经经过过过过若若若若干干干干个个个个时时时时基基基基周周周周期期期期（显显显显示示示示、复复复复位位位位，组组组组间间间间间间间间隔隔隔隔时时时时间间间间）后后后后继继继继续续续续。当当当当开开开开关关关关K K1 1、K K2 2接接接接b b，计计计计数数数数器器器器即即即即工工工工作作作作在在在在测测测测周周周周方方方方式式式式，信信信信号号号号由由由由B B通通通通道道道道输输输输入入入入。其波形如下图所示：其波形如下图所示

170、：其波形如下图所示：其波形如下图所示：4 4. .8 8. .2 2 阿阿仑仑方方差差的的测测量量4.9 时频测量技术时频测量技术4.9.1 4.9.1 调制域测量调制域测量 1 1 1 1）调制域测量）调制域测量）调制域测量）调制域测量 2 2 2 2）调制域测量的意义）调制域测量的意义）调制域测量的意义）调制域测量的意义4.9.2 4.9.2 时频测量原理时频测量原理 1 1 1 1）瞬时频率测量原理）瞬时频率测量原理）瞬时频率测量原理）瞬时频率测量原理 2 2 2 2）无间隔计数器的实现）无间隔计数器的实现）无间隔计数器的实现）无间隔计数器的实现 3 3 3 3）提高测量速度与分辨力的方

171、法）提高测量速度与分辨力的方法）提高测量速度与分辨力的方法）提高测量速度与分辨力的方法 4 4 4 4）调制域分析的应用）调制域分析的应用）调制域分析的应用）调制域分析的应用 5 5 5 5）发展动态）发展动态）发展动态）发展动态4 4. .9 9. .1 1 调调制制域域测测量量1 1 1 1）调调调调制制制制域域域域测测测测量量量量时时时时域域域域与与与与频频频频域域域域分分分分析析析析的的的的局局局局限限限限性性性性一一一一个个个个实实实实际际际际的的的的信信信信号号号号可可可可以以以以从从从从时时时时域域域域和和和和频频频频域域域域进进进进行行行行描描描描述述述述和和和和分分分分析析析

172、析，时时时时域域域域分分分分析析析析可可可可以以以以了了了了解解解解信信信信号号号号波波波波形形形形（幅幅幅幅值值值值）随随随随时时时时间间间间的的的的直直直直观观观观变变变变化化化化；频频频频域域域域分分分分析析析析则则则则可可可可以以以以了了了了解解解解信信信信号号号号中中中中所所所所含含含含频频频频谱谱谱谱分分分分量量量量，但但但但是是是是，却却却却不不不不能能能能把把把把握握握握各各各各频频频频谱谱谱谱分分分分量量量量在在在在何何何何时时时时出出出出现现现现。调调调调制制制制域域域域概概概概念念念念在在在在通通通通信信信信等等等等领领领领域域域域中中中中，各各各各种种种种复复复复杂杂杂

173、杂的的的的调调调调制制制制信信信信号号号号越越越越来来来来越越越越多多多多地地地地被被被被人人人人们们们们使使使使用用用用，因因因因而而而而，常常常常常常常常需需需需要要要要了了了了解解解解信信信信号号号号频频频频率率率率随随随随时时时时间间间间的的的的变变变变化化化化，以以以以便便便便对对对对调调调调制制制制信信信信号号号号等等等等进进进进行行行行有有有有效效效效分分分分析析析析即即即即调调调调制制制制域域域域分分分分析析析析。调调调调制制制制域域域域即即即即指指指指由由由由频频频频率率率率轴轴轴轴( ( ( (F F F F) ) ) )和和和和时时时时间间间间轴轴轴轴( ( ( (T T

174、 T T) ) ) )共共共共同同同同构构构构成成成成的的的的平平平平面面面面域域域域。4 4. .9 9. .1 1 调调制制域域测测量量下图所示描述了同一信号在时域（下图所示描述了同一信号在时域（下图所示描述了同一信号在时域（下图所示描述了同一信号在时域（V-TV-TV-TV-T）、频域（）、频域（）、频域（）、频域（V-FV-FV-FV-F）、调）、调）、调）、调制域（制域（制域（制域（F-TF-TF-TF-T）的特性。）的特性。）的特性。）的特性。调制域分析仪调制域分析仪调制域分析仪调制域分析仪能够能够能够能够完成调制域分析的测量仪器完成调制域分析的测量仪器完成调制域分析的测量仪器完成

175、调制域分析的测量仪器称为调制域分析仪。调制域称为调制域分析仪。调制域称为调制域分析仪。调制域称为调制域分析仪。调制域测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。测量技术是对时域和频域测量技术的补充和完善。4 4. .9 9. .1 1 调调制制域域测测量量2 2 2 2）调调调调制制制制域域域域测测测测量量量量的的的的意意意意义义义义 调调调调制制制制域域域域描描描描绘绘绘绘出出出出了了了了频频频频率率率率、时时时时间间间间间间间间隔隔隔隔或或或或相相相相位位位位等等等等随随随随时时时时间间间间的的的的变变

176、变变化化化化曲曲曲曲线线线线。 方方方方便便便便地地地地表表表表达达达达出出出出频频频频域域域域和和和和时时时时域域域域中中中中难难难难以以以以描描描描述述述述的的的的信信信信号号号号参参参参数数数数和和和和信信信信号号号号特特特特性性性性。为为为为人人人人们们们们对对对对复复复复杂杂杂杂信信信信号号号号的的的的测测测测试试试试和和和和分分分分析析析析提提提提供供供供了了了了方方方方便便便便直直直直观观观观的的的的方方方方法法法法，解解解解决决决决了了了了一一一一些些些些难难难难以以以以用用用用传传传传统统统统方方方方法法法法或或或或不不不不可可可可能能能能用用用用传传传传统统统统方方方方法法

177、法法解解解解决决决决的的的的难难难难题题题题。 4.9.2 4.9.2 时频测量原理时频测量原理1 1 1 1）瞬时频率测量原理）瞬时频率测量原理）瞬时频率测量原理）瞬时频率测量原理瞬时频率的概念瞬时频率的概念瞬时频率的概念瞬时频率的概念信号频率随时间的变化，可将频率量视为时间信号频率随时间的变化，可将频率量视为时间信号频率随时间的变化，可将频率量视为时间信号频率随时间的变化，可将频率量视为时间t t的连续函的连续函的连续函的连续函数，用数，用数，用数，用f(t)f(t)表示。表示。表示。表示。f(t)f(t)也代表了时间也代表了时间也代表了时间也代表了时间t t时的时的时的时的瞬时频率瞬时频

178、率瞬时频率瞬时频率。平均频率平均频率平均频率平均频率实际上，由于测量上的困难，瞬时频率只是一种理论上的实际上，由于测量上的困难，瞬时频率只是一种理论上的实际上，由于测量上的困难，瞬时频率只是一种理论上的实际上，由于测量上的困难，瞬时频率只是一种理论上的概念。因为所有测量都需要一定的采样时间（闸门时间），概念。因为所有测量都需要一定的采样时间（闸门时间），概念。因为所有测量都需要一定的采样时间（闸门时间），概念。因为所有测量都需要一定的采样时间（闸门时间），测量结果则为该测量结果则为该测量结果则为该测量结果则为该采样时间内的平均频率采样时间内的平均频率采样时间内的平均频率采样时间内的平均频率。用

179、用用用平均频率逼近瞬时频率平均频率逼近瞬时频率平均频率逼近瞬时频率平均频率逼近瞬时频率在在在在时间轴上以某个时刻时间轴上以某个时刻时间轴上以某个时刻时间轴上以某个时刻t t0 0为起始点，连续地对被测信号进为起始点，连续地对被测信号进为起始点，连续地对被测信号进为起始点，连续地对被测信号进行采样，则：行采样，则：行采样，则：行采样，则：各采样计数值各采样计数值各采样计数值各采样计数值MMi i与相应时间点与相应时间点与相应时间点与相应时间点t ti i相对应相对应相对应相对应。则可得到。则可得到。则可得到。则可得到采样时间内采样时间内采样时间内采样时间内的平均频率值。当的平均频率值。当的平均频

180、率值。当的平均频率值。当时间趋于无限小时即可得到各时间点的时间趋于无限小时即可得到各时间点的时间趋于无限小时即可得到各时间点的时间趋于无限小时即可得到各时间点的瞬时频率值瞬时频率值瞬时频率值瞬时频率值。如下图所示，采样点如下图所示，采样点如下图所示，采样点如下图所示，采样点A A A A作为时间起始点作为时间起始点作为时间起始点作为时间起始点t t t t0 0 0 0，则：，则：，则：，则：在采样点在采样点在采样点在采样点B B B B得到事件周期值得到事件周期值得到事件周期值得到事件周期值M M M M1 1 1 1和时间标记：和时间标记：和时间标记：和时间标记： (T(T(T(T0 0

181、0 0为时标为时标为时标为时标) ) ) )在采样点在采样点在采样点在采样点C C C C得到事件周期值得到事件周期值得到事件周期值得到事件周期值M M M M2 2 2 2和时间标记：和时间标记：和时间标记：和时间标记：于是，于是，于是，于是，B B B B点的频率为：点的频率为：点的频率为：点的频率为： 同理，同理，同理，同理，C C C C点的频率为点的频率为点的频率为点的频率为 如此连续不断地测量下去就得到了如此连续不断地测量下去就得到了如此连续不断地测量下去就得到了如此连续不断地测量下去就得到了时频曲线时频曲线时频曲线时频曲线。 4.9.2 4.9.2 时频测量原理时频测量原理4 4

182、. .9 9. .2 2 时时频频测测量量原原理理2 2 2 2）无无无无间间间间隙隙隙隙计计计计数数数数器器器器的的的的实实实实现现现现无无无无间间间间隙隙隙隙计计计计数数数数器器器器通通通通用用用用计计计计数数数数器器器器的的的的频频频频率率率率测测测测量量量量，其其其其前前前前后后后后两两两两次次次次闸闸闸闸门门门门之之之之间间间间必必必必然然然然存存存存在在在在一一一一段段段段间间间间隙隙隙隙时时时时间间间间（显显显显示示示示、存存存存储储储储、下下下下一一一一次次次次测测测测量量量量准准准准备备备备），使使使使有有有有用用用用信信信信息息息息被被被被丢丢丢丢失失失失，导导导导致致致致

183、时时时时间间间间轴轴轴轴上上上上的的的的不不不不连连连连续续续续性性性性。为为为为此此此此，就就就就要要要要使使使使用用用用无无无无间间间间隙隙隙隙计计计计数数数数器器器器方方方方案案案案。实实实实现现现现原原原原理理理理使使使使用用用用两两两两组组组组计计计计数数数数器器器器交交交交替替替替工工工工作作作作，每每每每一一一一组组组组都都都都包包包包括括括括时时时时间间间间计计计计数数数数器器器器（对对对对时时时时标标标标T T T T0 0 0 0）和和和和事事事事件件件件计计计计数数数数器器器器。当当当当一一一一组组组组计计计计数数数数器器器器工工工工作作作作时时时时，另另另另一一一一组组

184、组组计计计计数数数数器器器器进进进进行行行行数数数数据据据据的的的的显显显显示示示示等等等等工工工工作作作作。如如如如此此此此往往往往复复复复交交交交替替替替，完完完完成成成成时时时时间间间间轴轴轴轴上上上上无无无无间间间间隙隙隙隙的的的的测测测测量量量量。 4 4. .9 9. .2 2 时时频频测测量量原原理理u工作原理波形图工作原理波形图工作原理波形图工作原理波形图原原原原理理理理框框框框图图图图4 4. .9 9. .2 2 时时频频测测量量原原理理4 4. .9 9. .2 2 时时频频测测量量原原理理3 3 3 3）提高测量速度与分辨力的方法）提高测量速度与分辨力的方法）提高测量速

185、度与分辨力的方法）提高测量速度与分辨力的方法采用同步和内插技术提高分辨力采用同步和内插技术提高分辨力采用同步和内插技术提高分辨力采用同步和内插技术提高分辨力两两两两组组组组基基基基本本本本计计计计数数数数器器器器均均均均采采采采用用用用双双双双计计计计数数数数器器器器( ( ( (事事事事件件件件计计计计数数数数器器器器和和和和时时时时间间间间计计计计数数数数器器器器) ) ) )且且且且闸闸闸闸门门门门由由由由输输输输入入入入信信信信号号号号同同同同步步步步，同同同同时时时时采采采采用用用用内内内内插插插插技技技技术术术术进进进进一一一一步步步步提提提提高高高高分分分分辨力。辨力。辨力。辨力

186、。最小采样时间最小采样时间最小采样时间最小采样时间两两两两组组组组计计计计数数数数器器器器交交交交替替替替计计计计数数数数，即即即即当当当当一一一一组组组组计计计计数数数数器器器器在在在在采采采采样样样样计计计计数数数数时时时时，另另另另一一一一组组组组基基基基本本本本计计计计数数数数器器器器正正正正在在在在进进进进行行行行内内内内插插插插、读读读读数数数数、清清清清零零零零等等等等操操操操作作作作，因因因因此此此此最最最最小采样时间满足下式：小采样时间满足下式：小采样时间满足下式：小采样时间满足下式：该该该该式式式式中中中中, , , ,后后后后3 3 3 3项项项项取取取取决决决决于于于于

187、器器器器件件件件速速速速度度度度（一一一一般般般般选选选选用用用用高高高高速速速速器器器器件件件件）, , , ,因因因因此此此此应应应应设设设设法法法法减减减减小小小小内内内内插时间以提高测量速度。插时间以提高测量速度。插时间以提高测量速度。插时间以提高测量速度。内内内内插插插插时时时时间间间间在在在在使使使使用用用用模模模模拟拟拟拟内内内内插插插插法法法法时时时时，设设设设开开开开门门门门和和和和关关关关门门门门脉脉脉脉冲冲冲冲的的的的最最最最大大大大宽宽宽宽度度度度为为为为T T T Tm m m m( ( ( (两两两两个个个个零零零零头头头头时时时时间间间间) ) ) )，放放放放大

188、大大大倍倍倍倍数数数数为为为为K K K K，则则则则内内内内插插插插时时时时间间间间为为为为：K K K KT T T Tm m m m。为为为为减减减减小小小小内内内内插插插插时时时时间间间间，可可可可提提提提高高高高时时时时基基基基频频频频率率率率（如如如如采采采采用用用用更更更更高高高高频频频频率率率率的的的的晶晶晶晶振振振振）以以以以减减减减小小小小T T T Tm m m m的的的的值值值值。但但但但时时时时基基基基频频频频率率率率的的的的提提提提高高高高将将将将给给给给器器器器件件件件的的的的选选选选择择择择和和和和电电电电路路路路设设设设计计计计带带带带来来来来困困困困难难难难

189、。减减减减小小小小内内内内插插插插时时时时间间间间还还还还可可可可减减减减小小小小内内内内插插插插系系系系数数数数K K K K，但但但但K K K K值值值值太太太太小小小小测测测测时时时时分分分分辨辨辨辨力力力力降降降降低低低低，为为为为适适适适应应应应某某某某些些些些高高高高测测测测时时时时分分分分辨辨辨辨力力力力要要要要求求求求，必必必必须须须须协协协协调调调调好好好好采采采采样样样样速速速速度度度度和和和和高高高高测测测测时时时时分分分分辨辨辨辨力力力力的的的的矛矛矛矛盾盾盾盾。4 4. .9 9. .2 2 时时频频测测量量原原理理采采采采用用用用流流流流水水水水作作作作业业业业法

190、法法法提提提提高高高高测测测测量量量量速速速速度度度度流流流流水水水水作作作作业业业业法法法法：即即即即用用用用几几几几套套套套相相相相同同同同的的的的硬硬硬硬件件件件顺顺顺顺序序序序、连连连连贯贯贯贯地地地地工工工工作作作作，从从从从而而而而提提提提高高高高整整整整体体体体的的的的采采采采样样样样速速速速率率率率。工工工工作作作作时时时时序序序序如如如如下下下下图图图图所所所所示示示示 。图图图图中中中中，T T T T为为为为一一一一套套套套硬硬硬硬件件件件的的的的最最最最小小小小采采采采样样样样时时时时间间间间，当当当当采采采采用用用用4 4 4 4套套套套硬硬硬硬件件件件时时时时，整整

191、整整机机机机工工工工作作作作速速速速度度度度将将将将提提提提高高高高4 4 4 4倍倍倍倍。但但但但是是是是，其其其其速速速速度度度度的的的的提提提提高高高高以以以以硬硬硬硬件件件件的的的的复复复复杂杂杂杂性性性性和和和和成成成成本本本本的的的的提提提提高高高高为为为为代代代代价价价价。TLine21Line11Line31Line41Line114 4. .9 9. .2 2 时时频频测测量量原原理理4 4. .9 9. .2 2 时时频频测测量量原原理理4 4 4 4）调调调调制制制制域域域域分分分分析析析析的的的的应应应应用用用用典典典典型型型型应应应应用用用用调调调调制制制制参参参参数

192、数数数的的的的测测测测试试试试：频频频频率率率率调调调调制制制制是是是是通通通通信信信信系系系系统统统统所所所所用用用用的的的的很很很很多多多多调调调调制制制制电电电电路路路路的的的的基基基基础础础础。通通通通过过过过调调调调制制制制域域域域分分分分析析析析，可可可可立立立立即即即即显显显显示示示示调调调调制制制制波波波波形形形形，提提提提供供供供载载载载波波波波频频频频率率率率、峰峰峰峰- - - -峰峰峰峰值值值值频频频频偏偏偏偏、调调调调制制制制率率率率等等等等关关关关键键键键参参参参数数数数。如如如如下下下下图图图图。4 4. .9 9. .2 2 时时频频测测量量原原理理5 5 5

193、5）发发发发展展展展动动动动态态态态随随随随着着着着通通通通信信信信技技技技术术术术的的的的不不不不断断断断发发发发展展展展，调调调调制制制制域域域域分分分分析析析析技技技技术术术术和和和和仪仪仪仪器器器器产产产产品品品品在在在在高高高高新新新新技技技技术术术术领领领领域域域域得得得得到到到到广广广广泛泛泛泛应应应应用用用用并并并并发发发发挥挥挥挥重重重重要要要要作作作作用用用用。国国国国外外外外从从从从8 8 8 80 0 0 0年年年年代代代代起起起起开开开开始始始始调调调调制制制制域域域域分分分分析析析析仪仪仪仪研研研研制制制制( ( ( (如如如如H H H HP P P P5 5 5

194、 53 3 3 37 7 7 71 1 1 1A A A A、5 5 5 53 3 3 37 7 7 73 3 3 3A A A A）。目目目目前前前前已已已已有有有有H H H HP P P P5 5 5 53 3 3 37 7 7 72 2 2 2A A A A、H H H HP P P P5 5 5 53 3 3 37 7 7 73 3 3 3A A A A、H H H HP P P P5 5 5 53 3 3 33 3 3 31 1 1 10 0 0 0A A A A及及及及V V V VX X X XI I I I模模模模块块块块H H H HP P P P E E E E1 1 1

195、 17 7 7 74 4 4 40 0 0 0A A A A、H H H HP P P P E E E E1 1 1 17 7 7 72 2 2 25 5 5 5A A A A等等等等。国国国国际际际际先先先先进进进进水水水水平平平平的的的的调调调调制制制制域域域域分分分分析析析析仪仪仪仪达达达达到到到到的的的的主主主主要要要要技技技技术术术术指指指指标标标标为为为为：直直直直接接接接测测测测量量量量频频频频率率率率：1 1 1 10 0 0 0H H H Hz z z z 5 5 5 50 0 0 00 0 0 0M M M MH H H Hz z z z; ; ; ;测测测测时时时时分分分分辨辨辨辨率率率率：2 2 2 20 0 0 00 0 0 0p p p ps s s s; ; ; ;连连连连续续续续采采采采样样样样速速速速率率率率：1 1 1 10 0 0 0M M M MH H H Hz z z z。