浙江省計量科學研究院 韓海林 孫 杰

引言

銣原子頻率標準廣泛應用于無線電導航與定位、數(shù)字通信和時間頻率測量等領域，它在時間頻率量傳體系中起著重要作用。頻率穩(wěn)定度是頻標計量特性中最重要的一項技術指標，使用頻標的最終目的是要獲得準確的頻率值，而頻率的穩(wěn)定度影響了頻率的準確度。目前國家檢定規(guī)程JG292-2009《銣原子頻率標準》規(guī)定了頻率穩(wěn)定度頻標比對器測量法、頻差倍增器測量法、時差法、比相法等四種檢定項目。本文主要介紹利用時差法測量銣原子頻率標準的頻率穩(wěn)定度，并對測量結果進行不確定度評定。

1 時差法原理及測量方法

頻率穩(wěn)定度時差法測量原理如圖1所示。

圖1 時差法測量原理圖

將被檢的銣原子頻率標準10MHz輸出端口和參考頻標10MHz輸出端口分別接入兩個分頻器，分頻器的1PPS信號分別接入到通用計數(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準信號通過分頻器產(chǎn)生的1PPS上升沿作為啟動信號，由B路輸入的參考頻標信號通過分頻器產(chǎn)生的1PPS上升沿作為停止信號，取樣時間為分別為10000s和86400s，連續(xù)測量15組時差值。若被檢銣原子頻率標準技術說明書給出的穩(wěn)定度按哈德瑪方差進行評定則按公式（1）計算頻率穩(wěn)定度，否則按公式（2）計算頻率穩(wěn)定度。

2 測量不確定度評定

2.1 建立數(shù)學模型

2.2 頻率穩(wěn)定度的測量不確定度評定

(1)銫原子頻率標準輸出秒脈沖的不準確引入的不確定度分量。

根據(jù)上一級計量檢定機構給出的檢定結果，銫原子頻率標準的頻率準確度為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=，則標準不確定度：

(2)銫原子頻率標準輸出秒脈沖的不穩(wěn)定引入的不確定度分量。

根據(jù)上一級計量檢定機構給出的檢定結果，以取樣時間為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=，則標準不確定度：u2=1.6×10-12/=1.0×10-13。

2.2.2 輸入量 引入的標準不確定度分量

(1)通用計數(shù)器分辨力引入的不確定度分量。

SR620型通用計數(shù)器測量時間間隔的分辨力為1×10-13，測的時差值經(jīng)上文頻率穩(wěn)定度計算公式計算后可忽略不計。

(2)供電電源不穩(wěn)與磁場變化引入的不確定度分量可以忽略不計。

(3)測量標準重復性引入的不確定度分量。

選用性能穩(wěn)定的MRT-H-101型銣原子頻率標準作為被測對象，連續(xù)測量10次，計算算術平均值的實驗標準偏差為1.3×10-13，因此標準不確定度分量u4=1.3×10-13。

表1 頻率穩(wěn)定度測量結果

2.2.3 合成標準不確定度的評定

T0與彼此獨立互不相關，因此合成標準不確定度為：

2.3 擴展不確定度評定

k取2，則擴展不確定度如下：

因此銣原子頻率標準在取樣時間為10000s時頻率穩(wěn)定度測量的擴展不確定度為6.0×10-11，取樣時間為86400s亦可參考評定。

3 結束語

本文利用時差法對銣原子頻率標準頻率穩(wěn)定度測量的工作原理進行了介紹，并對測量結果的不確定度進行了評定,實現(xiàn)了利用計算機自動測量系統(tǒng)對取樣時間為10000s、86400s銣原子頻率標準頻率穩(wěn)定度的測量。

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

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