CN203133167U - 原子频标频率漂移率检测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种原子频标频率漂移率检测系统，通过多个被检原子频标分别与第一分频器连接，参考原子频标与第二分频器连接，第一分频器及第二分频器分别与时间间隔测量仪连接，时间间隔测量仪与计算机连接，从而实现了对所述多个被检原子频标的同时检测，同时在此通过第一分频器及第二分频器的使用，避免了与被检原子频标数量相同的多台比相仪的使用，从而降低了设备成本。

Description

原子频标频率漂移率检测系统

技术领域

本实用新型涉及原子频标检测技术领域，特别涉及一种原子频标频率漂移率检测系统。

背景技术

随着科学技术和社会经济的不断发展，原子频标广泛应用于守时、授时、数字通讯网同步、无线电导航与定位、时间频率测量、导弹卫星跟踪等领域。由于原子频标在连续运行过程中，频率输出元器件本身老化等因素，以及环境因素和负载能量变化影响，其输出频率常随运行时间单调增加或减少，且频率变化常呈线性规律，因此，把原子频标随运行时间单调变化的速率称为频率漂移率。频率漂移特性是原子频标长期运行工作的基本特性。在原子频标的日常应用中，根据其长期特性指标高的特点，一般需要长期运行，以满足守时、授时、数字通讯网同步等使用要求。因此，原子频标的频率漂移率成为其性能的重要指标。

频率漂移率是影响原子频标长期特性的重要指标，其测试方法与频率准确度测试方法类似。由于在实际测量中，无法直接测量实际频率与标称频率偏差，而是以参考原子频标的实际频率作为标准来测量被测原子频标的实际输出频率。因此，要求参考原子频标的频率漂移率比被测原子频标高一个数量级以上，测量仪器对频率漂移率测量引入的误差比被测原子频标的频率漂移率小一个数量级以上。此外，频率漂移率测试应在原子频标加电到规定的预热时间后开始测量。原子频标日漂移率的测试一般需15天，每天取一个数据，共15个数据。

现有技术中常用比相法检测原子频标的频率漂移率。请参考图1，其为现有技术中原子频标频率漂移率检测系统的框结构示意图。如图1所示，所述原子频标频率漂移率检测系统1中包括：被检原子频标10、参考原子频标11、比相仪12及记录仪13，其中所述被检原子频标10及参考原子频标11分别与所述比相仪12，所述比相仪12与所述记录仪13连接。具体的，所述被检原子频标10及参考原子频标11分别输出频率f_x、f_r，所述比相仪12获取该两个输出频率f_x、f_r之间的相位差，所述记录仪13记录得到的相位差。通常的，原子频标日漂移率的测试需要连续15天，即需要记录16个相位差X_i值，相邻两个X_i值的时间间隔为τ=1d=86400s。接着，按照如下式一便可计算日频率漂移率K：

$K=\frac{\underset{i=1}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\Δ}{X}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ΔX}})(t_i-\stackrel{\‾}{t})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{\Δ}{X}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ΔX}})}^2\underset{i=1}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}{(t_i-\stackrel{\‾}{t})}^2}}$ （式一）

其中，ΔX_i为相邻两天相位差的变化量，单位为s；i=1，2……15；

t_i为ΔX_i值的测量时序，t_i=1，2……15；

此外，可按照如下式二计算相关系数r：

$r=\frac{\underset{i=1}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\Δ}{X}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ΔX}})(t_i-\stackrel{\‾}{t})}{\sqrt{\underset{i=1}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}{(\mathrm{\Δ}{X}_i-\stackrel{\‾}{\mathrm{\ΔX}})}^2\underset{i=1}{\overset{15}{\mathrm{\Σ}}}{(t_i-\stackrel{\‾}{t})}^2}}$ （式二）

根据检测得到的参量及上述两个公式的计算，便可获知原子频标日频率漂移率。通过比相仪测量原子频标日频率漂移率，每检测一台原子频标就需要一台比相仪，如果需要同时检测多台原子频标，就需要使用多台比相仪，这大大提高了设备成本。因此，如何提供一种原子频标频率漂移率检测系统，其所需的检测设备简单，又能够同时检测多台原子频标，成了本领域技术人员亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种原子频标频率漂移率检测系统，以解决现有技术中同时检测多台原子频标，需要使用多台比相仪，从而提高了设备成本的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种原子频标频率漂移率检测系统，所述原子频标频率漂移率检测系统包括：多个被检原子频标、参考原子频标、第一分频器、第二分频器、时间间隔测量仪及计算机，其中，所述多个被检原子频标分别与所述第一分频器连接，所述参考原子频标与所述第二分频器连接，所述第一分频器及第二分频器分别与所述时间间隔测量仪连接，所述时间间隔测量仪与所述计算机连接。

可选的，在所述的原子频标频率漂移率检测系统中，所述第一分频器包括多个输入端口及一个输出端口。

可选的，在所述的原子频标频率漂移率检测系统中，所述第一分频器包括多个输入端口及与输入端口数量相同的多个输出端口。

可选的，在所述的原子频标频率漂移率检测系统中，所述第二分频器包括一个输入端口及一个输出端口。

可选的，在所述的原子频标频率漂移率检测系统中，所述时间间隔测量仪包括数据采集模块及与所述数据采集模块连接的数据输出模块。

可选的，在所述的原子频标频率漂移率检测系统中，所述计算机包括频率漂移率测量模块及相关系数测量模块。

可选的，在所述的原子频标频率漂移率检测系统中，所述第一分频器包括整形电路、电平转换电路及分频电路。

可选的，在所述的原子频标频率漂移率检测系统中，所述多个被检原子频标分别通过所述整形电路、电平转换电路及分频电路后，得到1PPS信号。

可选的，在所述的原子频标频率漂移率检测系统中，所述时间间隔测量仪通过GPIB接口与所述计算机连接。

在本实用新型提供的原子频标频率漂移率检测系统中，通过多个被检原子频标分别与第一分频器连接，参考原子频标与第二分频器连接，第一分频器及第二分频器分别与时间间隔测量仪连接，时间间隔测量仪与计算机连接，从而实现了对所述多个被检原子频标的同时检测，同时在此通过第一分频器及第二分频器的使用，避免了与被检原子频标数量相同的多台比相仪的使用，从而降低了设备成本。

附图说明

图1是现有技术中原子频标频率漂移率检测系统的框结构示意图；

图2是本实用新型实施例的原子频标频率漂移率检测系统的框结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型提出的原子频标频率漂移率检测系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

请参考图2，其为本实用新型实施例的原子频标频率漂移率检测系统的框结构示意图。如图2所示，所述原子频标频率漂移率检测系统2包括：多个被检原子频标20、参考原子频标21、第一分频器22、第二分频器23、时间间隔测量仪24及计算机25，其中，所述多个被检原子频标20分别与所述第一分频器22连接，所述参考原子频标21与所述第二分频器23连接，所述第一分频器22及第二分频器23分别与所述时间间隔测量仪24连接，所述时间间隔测量仪24与所述计算机25连接。在本实施例中，所述时间间隔测量仪24通过GPIB接口与所述计算机25连接。

当利用上述原子频标频率漂移率检测系统2进行频率漂移率检测时，先打开所述原子频标频率漂移率检测系统2，即打开所述多个被检原子频标20、参考原子频标21、第一分频器22、第二分频器23、时间间隔测量仪24及计算机25，进行系统预热，优选的，该预热时间大于1小时。

接着，一被检原子频标20的输出频率经过第一分频器22产生秒脉冲（1PPS）信号，参考原子频标21的输出频率经过第二分频器23产生秒脉冲（1PPS）信号，该两个秒脉冲信号同时输入到时间间隔测量仪24，所述时间间隔测量仪24据此得到时差，其中第一分频器22产生的秒脉冲信号作为启动信号，第二分频器23产生的秒脉冲信号作为停止信号。所述时间间隔测量仪24得到时差之后，将其传输给计算机25，所述计算机25据此计算出日频率漂移率K及相关系数r，从而得到一被检原子频标20的日频率漂移率。其中，所述计算机25计算日频率漂移率K及相关系数r时，根据式一及式二的计算原理进行计算。

在本实施例中，所述第一分频器22包括多个输入端口及与输入端口数量相同的多个输出端口，由此在同一时刻能够对多个被检原子频标20同时进行日频率漂移率计算。在本实用新型的其他实施例中，所述第一分频器22也可以包括多个输入端口及一个输出端口，此时，在同一时刻只能对一个被检原子频标20进行日频率漂移率计算，多个被检原子频标20需要的同一天的不同时刻进行检测；但是，由于频率漂移率需要获取15天的数据，当在同一天能够对多个被检原子频标20同时进行频率漂移率计算时，同样的满足了同时检测多个被检原子频标20的要求。

在本实施例中，所述第二分频器23包括一个输入端口及一个输出端口，即多个被检原子频标20所使用的参考频率相同。具体的，一被检原子频标20的相邻两个输出频率值的时间间隔通过所述计算机25予以控制，使得其时间间隔为τ=1d=86400s。

进一步的，所述第一分频器22包括整形电路、电平转换电路及分频电路。被检原子频标20信号通过整形电路后，得到一个波形上沿陡峭的脉冲信号；而经过电平转换电路后，能够实现电平转换，提高该信号驱动能力。整形后的脉冲信号作为第一分频器22（在此为CPLD芯片）的时钟输入，通过第一分频器22（CPLD芯片）的分频，即可完成对被检原子频标20（即f_x）信号的分频。根据输入信号为10MHz或5MHz或1MHz的不同，可选择不同的分频系数，最终输出1PPS信号。

进一步的，所述时间间隔测量仪24包括数据采集模块及与所述数据采集模块连接的数据输出模块，其分别用以时差信号的采集并将采集到的时差信号输出给计算机25。所述计算机25包括频率漂移率测量模块及相关系数测量模块，其分别可根据式一及式二计算日频率漂移率K及相关系数r。所述计算机25在计算日频率漂移率K及相关系数r的过程中，利用最小二乘法线性拟合函数对15天的测量结果进行拟合。优选的，利用时间间隔测量仪24测量每天的时差数据过程中，利用最小二乘法对当天的数据也进行了拟合，从而提高所得到的日频率漂移率K及相关系数r的精确度。

综上，通过本实施例提供的原子频标日频率漂移率检测系统，能够对多台被检原子频标进行测量，提高检测效率；同时避免了与被检原子频标数量相同的多台比相仪的使用，从而降低了设备成本。

上述描述仅是对本实用新型较佳实施例的描述，并非对本实用新型范围的任何限定，本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (9)

1.一种原子频标频率漂移率检测系统，其特征在于，包括：多个被检原子频标、参考原子频标、第一分频器、第二分频器、时间间隔测量仪及计算机，其中，所述多个被检原子频标分别与所述第一分频器连接，所述参考原子频标与所述第二分频器连接，所述第一分频器及第二分频器分别与所述时间间隔测量仪连接，所述时间间隔测量仪与所述计算机连接。

2.如权利要求1所述的原子频标频率漂移率检测系统，其特征在于，所述第一分频器包括多个输入端口及一个输出端口。

3.如权利要求1所述的原子频标频率漂移率检测系统，其特征在于，所述第一分频器包括多个输入端口及与输入端口数量相同的多个输出端口。

4.如权利要求1所述的原子频标频率漂移率检测系统，其特征在于，所述第二分频器包括一个输入端口及一个输出端口。

5.如权利要求1至4中的任一项所述的原子频标频率漂移率检测系统，其特征在于，所述时间间隔测量仪包括数据采集模块及与所述数据采集模块连接的数据输出模块。

6.如权利要求1至4中的任一项所述的原子频标频率漂移率检测系统，其特征在于，所述计算机包括频率漂移率测量模块及相关系数测量模块。

7.如权利要求1至4中的任一项所述的原子频标频率漂移率检测系统，其特征在于，所述第一分频器包括整形电路、电平转换电路及分频电路。

8.如权利要求7所述的原子频标频率漂移率检测系统，其特征在于，所述多个被检原子频标分别通过所述整形电路、电平转换电路及分频电路后，得到1PPS信号。

9.如权利要求1至4中的任一项所述的原子频标频率漂移率检测系统，其特征在于，所述时间间隔测量仪通过GPIB接口与所述计算机连接。

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