一种测量方法及测量装置与流程

本发明涉及高精度频率测量领域，具体涉及一种测量方法及测量装置。

背景技术：

信号频率稳定度指标反映了一个频率信号源输出信号频率的稳定情况，传统的时域测试技术包含被测频率源、外部参考源、测量仪器、中央处理器模块、计数器及比相仪等设备。这些外围测量设备在具体测量时，科研人员发现测量数据存在着一些异常跳动点，所谓“跳点”指的是测量结果异常，如：一台被测频率源稳定度指标为5e-12/秒，某一时刻测试结果显示测量频率出现相对值5e-11偏差，那么此时有三种可能：一是被测频率源发生频率跳变；二是测量仪器硬件故障；三是外部参考源发生频率跳变。对于这些异常数据点，传统测量技术是无法区分的。在检定规程允许条件下通常是在后期通过软件删除跳点的方法来解决问题。这样的话一方面会给测量工作增加负担；另一方面有可能会导致测量误差。

上述问题，有待解决。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提出一种改进的测量方法和装置。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（一）是：一种测量方法，该方法基于补偿检测源、测量仪器组和中央处理器，所述补偿检测源所输出补偿信号的稳定度指标不低于被测频率源所输出信号的稳定度指标；

包括以下步骤，

测量仪器组在外部参考源的时钟参考下同时对补偿检测源输出的补偿信号和被测频率源输出的被测信号进行测量，并将测量结果输出给中央处理器；

当测量结果有出现跳点时，中央处理器进行对所述测量结果的数据进行以下分析：

i、当被测频率源与补偿检测源的测试结果同时出现跳点，则判断测量仪器组或外部参考源出现问题，输出测试信息；

ii、当被测频率源测量结果出现跳点，但同步补偿检测源测试结果保持正常，则判断被测频率源出现问题，输出测试信息。

进一步的，还包括以高稳晶振模块作为外部时钟参考的计数器模块，所述被测频率源的被测信号同步输出至所述计数器模块；

在所述步骤ii中，在判断被测频率源出现问题后，还包括中央处理器读取计数器的测试结果数据，并将计数器模块的测试结果和测量仪器组的测量结果进行平均计算以得到精确度更高的被测频率源跳点的测量结果的子步骤。

进一步的，还包括工作环境监测模块，在所述步骤i和步骤ii中，还包括所述中央处理器读取所述工作环境模块中的环境监测结果并一并输出在测试信息中的子步骤。

进一步的，还包括温控模块，所述温控模块的感温端和发热端均分别设置于所述外部参考源、补偿检测源和高稳晶振模块上，所述中央处理器的信号输入端连接到所述温控模块的温度信号输出端，所述温控模块的受控端连接到所述中央处理器的控制端。

本发明为解决上述技术问题提出的技术方案（二）是：一种测量装置，包括外部参考源、测量仪器组、补偿检测源和中央处理器；

补偿检测源适于向测量仪器组输出稳定度指标不低于被测频率源所输出信号的稳定度指标的补偿检测信号；

所述测量仪器组适于接收被测频率源输出的被测信号和所述补偿检测信号，并且在所述外部参考源的时钟参考下同时对所述被测信号和所述补偿检测信号进行测量以获得测量结果；

所述中央处理器适于接收所述测量结果并在所述测量结果发生跳点时进行分析计算。

进一步的，还包括高稳晶振模块和计数器模块，所述高稳晶振模块作为所述计数器模块的外部时钟参考，所述计数器模块适于同步检测所述被测信号并获得测试结果数据以供所述中央处理器读取。

进一步的，还包括工作环境监测模块，所述工作环境监测模块适于监测所述测量装置的工作环境，并将环境监测结果输出给所述中央处理器。

进一步的，还包括温控模块，所述温控模块适于对所述外部参考源、补偿检测源和高稳晶振模块进行测温并在所述中央处理器的控制下对所述外部参考源、补偿检测源和高稳晶振模块进行控温。

本发明的有益效果是：

通过本发明中测量方法和测量装置可以快速查询到发生跳点的原因。

另外，按照现有技术，一般会选取长期稳定度较高而短期稳定度较差的时钟作为外部参考源，这个因为在测试中人们更关心被测频率源的长期工作情况而忽略短期工作。而在本发明中的测量方法和测量装置中，高稳晶振具有较高的短期稳定度，故当上述装置在测量时，如果出现被测频率源跳点时，中央处理器启用了高稳晶振作外源的测量结果，显然在短期稳定度上能够用上了高稳晶振的优势。当一切正常时，启用的只有长期稳定度较高的外部参考源作时基的测量结果，此时用上了外部参考源的优势。最终使测量结果更合理。

附图说明

下面结合附图对本发明的测量方法及测量装置作进一步说明。

图1是本发明中测量装置的结构框图；

图2是本发明中温控模块的电路图。

具体实施方式

实施例一

本实施例涉及一种测量装置，根据图1所示，包括外部参考源、测量仪器组、补偿检测源和中央处理器。其中，外部参考源为高稳定度原子钟，可以是h钟、cs钟等，或gps授时信号，用于作为测量仪器组的外部时钟参考。测量仪器组、补偿检测源具体结构和功能均为现技术，不再赘述。

补偿检测源适于向测量仪器组输出稳定度指标不低于被测频率源所输出信号的稳定度指标的补偿检测信号。

测量仪器组适于接收被测频率源输出的被测信号和补偿检测信号，并且在外部参考源的时钟参考下同时对被测信号和补偿检测信号进行测量以获得测量结果。

中央处理器适于接收测量结果并在测量结果发生跳点时进行分析计算。

在分析计算时，若某一时刻出现跳点，中央处理器进行以下判断：

（1）、若判断被测频率源与补偿检测源测试结果同时出现跳点，则判断结果为测量仪器组或外部参考源出现问题。并给出测试信息结果。

（2）若被测频率源测量结果出现跳点，但同步补偿检测源测试结果保持正常，则说明被测频率源出现问题。

可以作为优选的是：还包括高稳晶振模块和计数器模块，高稳晶振模块作为计数器模块的外部时钟参考，计数器模块适于同步检测被测信号并获得测试结果数据以供中央处理器读取。当中央处理器判断被测频率源出现问题时，为了进一步修正因外部参考源和测量仪器组带来的跳点测量误差，中央处理器将访问高稳晶振作外部时钟参考的计数器模块，取计数器模块的测试结果与测量仪器组测试结果做平均，得到更精确的被测频率源跳点测量结果。

其中，计数器模块包括第一隔离放大器、第一dds模块、第二隔离放大器、第二dds模块、走时计数器、锁存器、第三dds模块和滤波模块。

高稳晶振信号f0经过第一隔离放大器后被送至第一dds模块的外时钟输入端，作为第一dds模块的工作外部参考时钟，同时第一dds模块的外部通讯端口连接至中央处理器，用以接受来自中央处理器的控制字命令及双向的数据传输。实际选用的第一dds模块的芯片内部有2个48位频率控制寄存器（f0、f1），对于本装置高稳晶振信号f0为10mhz，当不使用第一dds模块的内部pll倍频功能时，48位的频率控制寄存器f0全填充1时，第一dds模块会有10mhz频率信号输出，因此为得到标准的采样时间周期信号t（如1秒、10秒），需要对dds中频率控制寄存器f0设置相应的分频数值，具体计算的方法是：

（1）

其中，d为所需要计算的具体分频数值，f0为参考信号频率，本装置中f0为10mhz，f为所需要分频的采样时间信号频率，对于f为1hz（1秒）及0.1hz（10秒）的情况，分频数值d应为248×10^-7或248×10^-8。具体的采样时间t是用户根据实际采样过程中的需要而通过pc端软件设置的，而分频数值是中央处理器通过rs232串行接口与pc端通讯得到用户设置的采样时间t后，运用公式（1）计算得到。中央处理器根据第一dds模块相应的串行通讯时序，将分频数值d写入第一dds模块的相应缓存器后，得到最终的第一dds模块采样时间信号t输出。

当被测信号频率为上百兆甚至几百兆赫兹时，考虑到走时计数器对被测频率范围的限制，在本实施例中设计其中一路第二dds模块对被测频率信号进行1/100分频处理。被测信号经第二隔离放大器后直接送入第二dds模块的外部时钟输入端，作为第二dds模块工作时的参考时钟。第二dds模块的外部通讯端口连接至中央处理器，中央处理器根据式（1）得到的2⁴⁸×10^-2分频数值通过串行通讯时序写入第二dds模块缓存区，经第二dds模块得到的1/100分频率信号后，送至走时计数器进行粗频率测量，中央处理器读取锁存器对走时计数器取样的数值后，记录下此时的频率数值，乘以100后便可得到被测信号的粗频率值f。

另一路经过第二隔离放大器的被测信号被送至第三隔离放大器的外部时钟输入端，作为第三隔离放大器工作时的参考时钟。同时第三隔离放大器的外部通讯端口连接至中央处理器，中央处理器根据式（1）计算得到与第三隔离放大器通讯用的分频数值：，其中f为通过走时计数器计数、中央处理器运算得到的被测信号的粗频率值，f取1mhz，并通过串行通讯时序将所得的具体分频数值写入第三隔离放大器缓存区，经第三隔离放大器后得到1mhz的频率信号，将所得的频率信号再送至低通滤波模块后得到最终的1mhz频率信号输出。

可以作为优选的是：还包括工作环境监测模块，工作环境监测模块适于监测测量装置的工作环境，并将环境监测结果输出给中央处理器。中央处理器读取工作环境监测模块中的相关环境信息并显示在测试信息中。

可以作为优选的是，还包括温控模块，温控模块适于对外部参考源、补偿检测源和高稳晶振模块进行测温并在中央处理器的控制下对外部参考源、补偿检测源和高稳晶振模块进行控温。如图2所示，其中两个r以及r1为具有相同温度系数的电阻，其阻值选择与rk相当。这里r1的值反映了实际恒温环境工作环境温度t。rk为一个热敏电阻，它贴于恒温环境的表面，用以测量恒温环境实际的工作环境温度t。r1为一个数字电位计，通过处理器控制其阻值，用以改变恒温环境的工作环境温度t。故当恒温环境的工作环境温度t无变化时，上图中电桥处于平衡，输送至加热线圈环路的温度补偿电压值为0。一旦恒温环境的工作环境温度t发生变化，则热敏电阻rk的阻值将变小（温度升高）或变大（温度降低），那么电桥两端存在电压差，经运算放大器a差分放大后变为温度补偿电压输送至电压源，同时输出给传统加热丝线圈环路。整个电路的放大增益由运算放大器的负反馈电阻rw调节，rw为一数字电位计，通过调节rw的阻值以达到上述电路补偿因子改变功能。

实施例二

本实施例是在实施例一中装置的硬件基础上，提出的一种测量方法，包括以下步骤，

测量仪器组在外部参考源的时钟参考下同时对补偿检测源输出的补偿信号和被测频率源输出的被测信号进行测量，并将测量结果输出给中央处理器；

当测量结果有出现跳点时，中央处理器进行对测量结果的数据进行以下分析：

i、当被测频率源与补偿检测源的测试结果同时出现跳点，则判断测量仪器组或外部参考源出现问题，输出测试信息；

ii、当被测频率源测量结果出现跳点，但同步补偿检测源测试结果保持正常，则判断被测频率源出现问题，输出测试信息。

可以作为优选的是：在步骤ii中，在判断被测频率源出现问题后，还包括中央处理器读取计数器的测试结果数据，并将计数器模块的测试结果和测量仪器组的测量结果进行平均计算以得到精确度更高的被测频率源跳点的测量结果的子步骤。

可以作为优选的是：在步骤i和步骤ii中，还包括中央处理器读取工作环境模块中的环境监测结果并一并输出在测试信息中的子步骤。

本发明的不局限于上述实施例，本发明的上述各个实施例的技术方案彼此可以交叉组合形成新的技术方案，另外凡采用等同替换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。