Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики
Опубликован: 19.01.2015 | Доступ: свободный | Студентов: 2624 / 1145 | Длительность: 10:34:00
Лекция 10:

Измерение частоты

< Лекция 9 || Лекция 10: 1234 || Лекция 11 >

Меры частоты

Мерой частоты называется устройство, предназначенное для воспроизведения и хранения единицы частоты – герца. Мера частоты, при помощи которой обеспечивается воспроизведение и хранение единицы частоты с наивысшей, достигнутой на современном уровне техники точностью, называется эталоном частоты.

Под воспроизведением понимают точность, с которой будет получаться одна и та же частота при каждом включении данной меры или при переходе от образца к образцу мер данного типа. Хранением частоты называют совокупность средств и действий, обеспечивающих возможность получения значения частоты в любой момент времени.

Эталон частоты, предназначенный для воспроизведения и хранения единицы частоты – герца, в общегосударственном масштабе в соответствии с теоретическим определением называют первичным эталон частоты. Вторичным эталоном частоты называют эталон, действительное значение частоты которого определяют путем сличения с первичным эталоном частоты с метрологической точностью.

Секунда всемирного времени (TU), вычисляемая с помощью кварцевых генераторов, равна 1/86400 средних солнечных суток на меридиане Гринвича.

Эфемеридное время (ET) – в качестве абсолютного эталона времени принят тропический год, т.е. период обращения Земли вокруг Солнца. Секунда принята как интервал времени, равный 1/31 556 925,9747 тропического года для 1900г. января 0 в 12 часов эфемеридного времени.

Атомная система времени (АТ). Атомная секунда – интервал времени, в течение которого совершается 9 192 631 770 колебаний, соответствующих резонансной частоте энергетического перехода между уровнями сверхтонкой структуры основного состояния атома цизия-133 при отсутствии возмущений внешними полями.

В квантовых (атомных) мерах частоты используются квантовые переходы между энергетическими уровнями атомов вещества, связанные с частотой $\nu$ известным уравнением Бора:

\nu=(W_{2}-W_{1})\dfrac{1}{h}

где W1 и W2 – энергетические уровни атома, $h=6,624\cdot10^{-27}\quad эрг\cdot с$ – постоянная Планка.

Активной квантовой мерой частоты называется такая мера частоты, в которой в качестве опорной используется частота излучения электромагнитных волн одного из энергетических периодов атомов или молекул.

Пассивной квантовой мерой частоты называется такая мера частоты, в которой в качестве опорной используется частота поглощения электромагнитных волн одного из энергетических переходов атомов или молекул.

Прецизионное измерение частоты

Измерение частоты называется прецизионным, если его погрешность равна 10-7 или меньше. Необходимость таких точных измерений обусловлена наличием источников электрических колебаний с высокой стабильностью частоты, абсолютное значение которой и самое незначительное отклонение ее от номинала должны быть известны всегда.

Для прецизионных измерений частоты в основном используются методы сравнения и дискретного счета. Метод сравнения чаще всего реализуется осциллографическим способом при синусоидальной и круговой развертке. При синусоидальной развертке измеряемая частота

f_{x}=\dfrac{n_{г}}{n_{в}}f_{об}\pm F,

где $F=\dfrac{N}{\tau}$, N – число периодов разностной частоты, $\tau$интервал времени измерения в секундах.

Погрешность измерения осциллографическим способом зависит от погрешности отсчетов моментов времени начала и конца измерения или от погрешности определения фазового сдвига при $F<1$ Гц.

Метод дискретного счета предусматривает применение электронно-счетных частотомеров. Погрешность измерения равно нестабильности частоты внутреннего опорного кварцевого генератора плюс единица счета и может быть значительно уменьшена использованием более высокостабильного внешнего образцового генератора.

Особо точные измерения выполняют, применяя квантовую меру частоты. Для этого напряжение кварцевого генератора меры замещают напряжением измеряемой частоты, которую после соответствующих преобразований сравнивают с частотой квантового перехода данной меры. Результирующую разностную частоту измеряют при помощи электронно-счетного частотомера и по его показаниям вычисляют искомую.

Контрольные вопросы

  1. Расскажите про классификацию спектра частот.
  2. Поясните причины погрешностей резонансных частотомеров.
  3. Перечислите достоинства электронно-счетных частотомеров.
  4. Расскажите взаимодействие узлов электронно-счетного частотомера при измерениях частоты и периода.
< Лекция 9 || Лекция 10: 1234 || Лекция 11 >
Александр Мантей
Александр Мантей
Входит ли данный курс в перечень программы по переподготовки ФСТЭК?
Егор Панькин
Егор Панькин

Когда планируется закончить наполнение третьего модуля прогрумы?