标准时间间隔发生器

　　计量部门从事各类电子计数式频率计和计数式毫秒的检定工作,均依照国家计量检定规程JJG349-84进行。电子计数的基本功能是直接测量频率、周期和时间间隔。

　　规程规定对通用电子计数器的检定项目有:外观及工作正常性检查;石英晶体振荡器的检定;频率测量的检定;周期测量的检定;时间间隔测量的检定(包括单线输入方式和双线输入方式)。对前四项检定内容,一般都能按规程顺利进行。唯有对时间间隔的检定存在问题。规程中规定的测试方法,对于单线输入方式比较容易。但双线输入方式必须有一台标准时间间隔信号发生器,用以产生两路脉冲,这两路脉冲间的时间间隔能按所需检定点,自由设置。并且要求其时间间隔的准确度、稳定度,高出被检计数器时间准确度、稳定度的10到3倍。这样的标准时间间隔脉冲发生器是很难搞到的。具了解,国内也无厂家生产此类标准器。

　　近些年来,计量机构(包括计量科学院和北京计量研究所)都因无此标准而放弃此项检定项目,在实际应用中,用计数器测量两个突变的时间间隔,是经常遇到的,它在非电量测量和自动控制领域中是必不可少的测量手段。因此国家规定必检的项目不予检定是不合理的。为此提出解决标准时间间隔脉冲发生器的一种方案如图1:

　　电路图由标准时间脉冲发生器和脉冲分相电路两部分组成。高稳晶振产生1MHz的脉冲即“内频标”,其周期为1μs。时钟脉冲经7级“十分频器”分又可得到10μs、0.1ms、1ms、10ms、0.1s、1s、10s的脉冲。分频后的脉冲分相电路,输出两路时间间隔等于分频脉冲周期的脉冲信号供检定计数器使用。

　　这种方案是将标准脉冲源的脉冲,经逻辑处理。虽然数字集成电路都存在几十纳秒的延迟,但不改变脉冲源的周期。所以其输出时间间隔的准确度,等于晶振的准确度。时间的稳定度等于晶振的稳定度。如脉冲源采用外频标,由于多数频标都是正弦波,必须经整形放大,把正弦波变成脉冲波。波形变换多采用“零比较器”,在过零点上形成脉冲波。由于过零点的漂移和频标信号的失真,均能造成误差(见图2)。

　　单周期内可能出现的最大误差:

　　U_N:噪声幅度

　　所以当信号的信噪比为40dB时,触发误差为±3%。为了减小此项误差,应选用质量较好的外频标信号,减少因连线造成的信号干扰。一般在计量室中,外频标引线很短,又用同轴电缆连接,信号幅度不会太小(不低于0.5V),所以因外接时标干扰造成的误差不大,同时也可看出,外接频标波形为脉冲则不会带来触发误差。由于过零点的微小波动,多数只会使形成的脉冲占空系数发生变化,一般不会改变周期。所以在检定时应多测几组数据(规程规定取三组数)取其平均值,再计算时间间隔测量的相对误差。