铷原子频率标准装置频率校准结果的不确定度评定.pdf

电子质量(2014第05期)
铷原子频率标准装置频率校淮结果的不确定度评定
如原子频率标准裝置频率校准结果的不确定度评定
Evaluation of Measuring Uncertainty of Measuring Frequency about Rubidium Atomic Frequency
Standard
肖凤云,王占军(安徽省长江计量所,安徽合肥230088
Xiao Feng-yun, Wang Zhan-jun(Anl lui Changjiang Institute of Metrology, Anhui Hefei 230088)
摘要:该文重点讲述了铷原子频率标准装置频率测量结果不确定度的评定,并对此标准装置的不确定
度进行分析与计算。
关键词:时间频率;铷原子频标;标准不确定度;扩展不确定度
中图分类号:TB97
文献标识码:B
文章编号:1003-0107(2014)05-0049-03
Abstract: In this paper we introduce the uncertainty of measuring frequency about Rubidium Atomic Fre
quency Standard, device and its uncertainty is analyzed and calculated.
Key words: Time and Frequency: Rubidium Atomic Frequency Standard, Standard Uncertainty Extended
Uncertainty
CLC number: TB97
Document code: E
Article ID:1003-0107(2014)05-0049-03
0概述
数学模型为
本次铷原子频率标准装置的不确定度评定适用于
f=foto
通用计数器以及频率计的内部晶振频率测量结果的不
式中f为被测频标频率值:为铷原子频率标准输
确定度评定。
出的标准值;δ为被測与钟原子频标频率的差值。
测量标准:知原子频率标准装置。它是由铷原子12频率准确度的测量不确定度的评定
频标910B)、频标比对器(PO7D-2)、函数发生器33250A)、
时间合成器(TFC5010等组成。
2.1输入量6引入的标准不确定度分量
2)环境条件:(12~28℃温度波动不应超过±2℃,相
(1)铷原子频率标准输出频率的不准确引入的不确
对湿度不大于80%,无电磁干扰和机械振动等。
定度分量
(3)测量对象:通用计数器,频率计,石英晶体振
根据上级单位203所提供的数据仪可知,91OR在
荡器
采样时间是10时给出的频率稳定度为5×104,在区
(4)测量过程:铷原子频标的输出信号有10MHz,间内均匀分布,则标准不确定度为:
5MHz,1MHz的正弦波信号,将标准信号接入到比对器
a=5.0×10"V3=2.89×101
的参考输入端,被测晶振输出接入比对器的被测输入
(2)铷原子频率标准输出频率的不稳引入的不确定
端,形成差拍信号,通过倍增法计算得出被测信号的频度分量
差,属于比较测量。
根据仪器说明书,在采样时间是10%时给出的频率
稳定度为1×10",在区间内均匀分布,则标准不确定
1输入量的标准不确定度坪定
度为
1.1标准不确定度的评定
e=1.0x10"VV3=0.58x10
1,1.1建立数学模型
1.2.2输入量δ引入的标准不确定度分量
为了评定不确定度,首先要根据测量方法和测量过
(1)频标比对器比对精度引人的不确定度分量
程建立合理的数学模型。
对于频稳测试系统来说,主要是PO7D-2频差倍增
作者简介:肖凤云(1977-)女,工程师,硕土,从事计量检定工作。
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铷原子频率标准装置率校淮结果的不确定度评定
电子质量(2014第05期)
器自身不稳定引入的不确定度,由技术说明书给出的技
由于环境条件(包括温度、湿度、电压、电磁等)均符
术指标,在采样时间是10s时?,其比对精度为2x101,合检定规程的要求,所以其影响忽略不计。
在区间内均匀分布,则标准不确定度为:
(4)合成标准不确定度
L=2.0×10V3=1.2x105
合成标准不确定度为:
(2)系统分辨率引入的不确定度分量
V∑u2=Vvan2+ue2+g2+ua2=2.948×10
当M=10,间门时间为10时,由说明书可得到分辨
5)对于测量重复性引入的不确定度分量
力为1x10。按照均匀分布,有:
选用铯钟作为参考频标,测量33250A的晶振输出
a=1,0x102xV3=0.29×10H
作为被測频标∫-10MHz,取样时间设置为10,连续测
(3)环境条件等因素引入的不确定度
量10次,数据如表1所示
表1采样时间为10s的重复测量数据
序号
平均值
示值-平均值
测量值X
实验标准偏差S(x)
2.73×100
0.034×10-10
2.72×10-10
0.024×100
2.70×100
0.004×1040
2.74×1010
0.044×10
2.71×100
0.014×10-10
2.696×100
3.13×102
6
71×10-0
0.014×10
2.67×10
-0.026×100
8
2.67×100
-0.026×10-10
9
2.65×10-0
0.046×10-10
2.66×10-10
-0.036×10-0
X=2.696×100
铷原子频率标准输出频率的不稳引人的不确定度
测量重复性为
分量
根据仪器说明书,在采样时间是1s时给出频率
∑(r-xP
稳定度为3x10",在区间内均匀分布,则标准不确定
S=Nnx(n-の3.13x10P
度为:
1.2.3合成标准不确定度
Lm=3.0x10"V3=1.73×10
合成标准不确定度为
1.3.2输入量δ引入的标准不确定度分量
.=Vx2=Va+un2=VO313+2948=2.964×10
(1)频标比对器比对精度引入的不确定度分量
1.2.4扩展不确定度
对于频稳测试系统来说,主要是PO7D-2频差倍增
扩展不确定度为:
器自身不稳定引入的不确定度。由技术说明书给出的技
ku=2×2.964×10=5.9x10"(k=2)
术指标可知,在采样时间是1s时?,其比对精度为1x
102,在区间内均匀分布,则标准不确定度为:
1.3频率稳定度的测量不确定度的评定
a=10x10/V3=0.58×10P
1.3.1输入量6引入的标准不确定度分量
(2)系统分辨率引入的不确定度分量
当M=10,由说明书得到分辨力为1×10,按照均