JJF 1984-2022电子测量仪器内石英晶体振荡器校准规范-(高清原版）.pdf

中华人民共和国国家计量技术规范J J F1 9 8 42 0 2 2电子测量仪器内石英晶体振荡器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC r y s t a lO s c i l l a t o r s i n s i d e t h eE l e c t r i c a lM e a s u r e m e n t I n s t r u m e n t s 2 0 2 2-0 9-2 6发布2 0 2 3-0 3-2 6实施国 家 市 场 监 督 管 理 总 局 发 布市场监管总局市场监管总局电子测量仪器内石英晶体振荡器校准规范C a l i b r a t i o nS p e c i f i c a t i o nf o rC r y s t a lO s c i l l a t o r si n s i d e t h eE l e c t r i c a lM e a s u r e m e n t I n s t r u m e n t sJ J F1 9 8 42 0 2 2代替J J G1 8 02 0 0 2 归 口 单 位:全国时间频率计量技术委员会 起 草 单 位:贵州省计量测试院中国计量科学研究院湖南省计量检测研究院 本规范委托全国时间频率计量技术委员会负责解释J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局本规范主要起草人:龙 波(贵州省计量测试院)张爱敏(中国计量科学研究院)徐 昱(湖南省计量检测研究院)参加起草人:张 越(中国计量科学研究院)徐清华(中国计量科学研究院)张 宇(贵州省计量测试院)黄徐瑞晗(贵州省计量测试院)J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局目 录引言()1 范围(1)2 引用文件(1)3 概述(1)4 计量特性(1)4.1 相对频率偏差(1)4.2 开机特性(1)4.3 日老化率(1)4.4 1s频率稳定度(1)4.5 频率复现性(1)5 校准条件(2)5.1 环境条件(2)5.2 测量标准及其他设备(2)6 校准项目和校准方法(2)6.1 校准项目(2)6.2 校准方法(3)7 校准结果表达(7)8 复校时间间隔(7)附录A 不确定度评定示例(8)附录B 校准记录格式(1 3)附录C 校准证书内页格式(1 4)J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局引 言J J F1 0 0 1 通用计量术语及定义、J J F1 0 7 12 0 1 0 国家计量校准规范编写规则和J J F1 0 5 9.12 0 1 2 测量不确定度评定与表示共同构成支撑校准规范制修订工作的基础性系列规范。与J J G1 8 02 0 0 2相比,除编辑性修改外,主要技术变化如下:增加了引言和引用文件内容;删除了日频率波动计量特性及检定方法;删除了频率准确度的测定和调整;删除了相对平均频率偏差的确定。本规范历次版本发布情况:J J G1 8 02 0 0 2;J J G1 8 01 9 7 8。J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局电子测量仪器内石英晶体振荡器校准规范1 范围本规范适用于电子测量仪器内石英晶体振荡器的校准。2 引用文件本规范引用了下列文件:J J G2 0 0 72 0 1 5 时间频率计量器具J J F1 1 8 0 时间频率计量名词术语及定义凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本规范;凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本规范。3 概述石英晶体振荡器(以下简称晶振)是利用石英晶体的压电效应产生振荡信号的频率源。晶振按类型分为普通晶振、温补晶振和恒温晶振。普通晶振由石英谐振器、振荡电路以及电源电路组成;温补晶振还具有温度补偿电路;恒温晶振具有单层或双层恒温及温控电路。不同类型的晶振其技术指标有很大差别。晶振广泛应用于各类电子测量仪器(如合成信号发生器、时间间隔发生器、通用计数器、时间间隔测量仪等)中作为内部的频率参考。4 计量特性4.1 相对频率偏差(11 0-511 0-1 0)。4.2 开机特性11 0-611 0-1 1。4.3 日老化率(11 0-611 0-1 2)。4.4 1s频率稳定度11 0-811 0-1 2。4.5 频率复现性11 0-611 0-1 1。注:以上指标仅供参考。1J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局5 校准条件5.1 环境条件5.1.1 温度在1 53 0范围内任选一点,校准过程中环境温度的变化不超过2,且不应有温度突变。5.1.2 湿度相对湿度:8 0%。5.1.3 供电电源电压:2 2 0V2 2V;频率:5 0H z 2H z。5.1.4 其他周围无影响仪器正常工作的电磁干扰和机械振动。5.2 测量标准及其他设备5.2.1 参考频标输出频率:5MH z,1 0MH z;频率稳定度小于被校晶振相同取样时间频率稳定度的1/3;其他技术指标如日老化率、开机特性、相对频率偏差等优于被校晶振一个数量级。5.2.2 通用计数器测量范围:1 0H z 1 0 0MH z;频率测量最大允许误差优于被校晶振一个数量级或可外接参考频标。5.2.3 频标比对器输入频率:5MH z,1 0MH z;比对不确定度(用阿伦标准偏差表示)小于被校晶振相同取样时间频率稳定度的1/3。5.2.4 合成信号发生器频率范围:1MH z 1 0 0MH z;内部晶振的相对频率偏差优于被校晶振一个数量级或可外接参考频标。5.2.5 时间间隔发生器时间间隔范围:1s 1 0 0s;内部晶振的相对频率偏差优于被校晶振一个数量级或可外接参考频标。5.2.6 时间间隔测量仪测量范围:1s 1 0 0s;内部晶振的相对频率偏差优于被校晶振一个数量级或可外接参考频标。6 校准项目和校准方法6.1 校准项目校准项目见表1。2J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局表1 校准项目一览表序号校准项目有晶振频率输出的电子测量仪器内部晶振无晶振频率输出的电子测量仪器内部晶振1外观及工作正常性检查+2开机特性+3相对频率偏差+4日老化率+-51s频率稳定度+-6频率复现性+注:“+”为校准项目,“-”为非校准项目。6.2 校准方法6.2.1 外观及工作正常性检查装有被校晶振的电子测量仪器,不应有影响正常工作的机械损伤;仪器制造厂家、型号、编号及输入输出接口等均应有明确标记;通电后,仪器应正常工作。6.2.2 相对频率偏差6.2.2.1 有晶振频率输出时a)通用计数器直接测量法被校晶振按说明书规定的时间预热,按图1连接仪器,被校晶振的输出信号接入通用计数器的测频输入端,必要时通用计数器外频标输入端可接入参考频标。通用计数器直接测量晶振频率实际值。图1 通用计数器直接测量法示意图 按公式(1)计算相对频率偏差,取样时间1 0s。y()=fx-f0f0(1)式中:y()相对频率偏差;fx 被校晶振在内的频率实际值,H z;f0 被校晶振的频率标称值,H z;取样时间,s。b)频标比对器法被校晶振按说明书规定的时间预热,按图2连接仪器,由频标比对器测量相对频率偏差,作为校准结果。3J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局图2 频标比对器法示意图6.2.2.2 无晶振频率输出时a)具有频率测量功能的电子测量仪器内部晶振(以通用计数器为例)1)被校通用计数器按说明书规定的时间预热,根据其最高测量分辨力选择输入的标准频率值(如5MH z,1 0MH z或1 0 0MH z)和闸门时间,按图3或图4连接仪器。图3 通用计数器内部晶振校准示意图图4 通用计数器内部晶振校准示意图(含合成信号发生器)2)通用计数器直接测量参考频标或合成信号发生器输出的信号频率,按公式(2)计算通用计数器内部晶振的相对频率偏差。y()=fr 1-fx 1fr 1(2)式中:fx 1 被校通用计数器测得的频率值,H z;fr 1 参考频标或合成信号发生器输出的标准频率值,H z。b)具有频率输出功能的电子测量仪器内部晶振(以合成信号发生器为例)1)被校合成信号发生器按说明书规定的时间预热,按图5连接仪器。图5 合成信号发生器内部晶振校准示意图 2)合成信号发生器输出信号频率(如5MH z或1 0MH z),通用计数器闸门时间1 0s,直接测量合成信号发生器输出的信号频率,按公式(3)计算合成信号发生器4J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局内部晶振的相对频率偏差。y()=fx 2-f0 1f0 1(3)式中:fx 2 通用计数器测得的频率值,H z;f0 1 被校合成信号发生器输出的频率标称值,H z。c)具有时间间隔测量功能的电子测量仪器内部晶振(以时间间隔测量仪为例)1)被校时间间隔测量仪按说明书规定的时间预热,按图6连接仪器。图6 时间间隔测量仪内部晶振校准示意图 2)根据时间间隔测量仪的最高测量分辨力选取时基和时间间隔发生器的输出时间间隔,时间间隔测量仪触发电平设置在最大输入电平的中间值上,并根据实际情况适当调整以获得稳定的时间间隔测量值,按公式(4)计算时间间隔测量仪内部晶振的相对频率偏差。y()=Tx 1-T0 1T0 1(4)式中:Tx 1 被校时间间隔测量仪的测得值,s;T0 1 时间间隔发生器输出的时间间隔标称值,s。d)具有时间间隔输出功能的电子测量仪器内部晶振(以时间间隔发生器为例)1)被校时间间隔发生器按说明书规定的时间预热,按图7连接仪器。图7 时间间隔发生器内部晶振校准示意图 2)时间间隔发生器输出时间间隔,时间间隔测量仪触发电平设置在最大输入电平的中间值上,并根据实际情况适当调整以获得稳定的时间间隔测量值,按公式(5)计算时间间隔发生器内部晶振的相对频率偏差。y()=T0 2-Tx 2T0 2(5)式中:T0 2 被校时间间隔发生器输出的时间间隔标称值,s;Tx 2 时间间隔测量仪的测得值,s。5J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局6.2.3 开机特性6.2.3.1 被校晶振经说明书规定的预热时间后开始对y()进行测量,取样时间 1 0s,每隔1h测量1次,记为yi(),连续测量7h,共得8个yi(),按公式(6)计算开机特性。V=ym a x()-ym i n()(6)式中:V 开机特性;ym a x()相对频率偏差的最大值;ym i n()相对频率偏差的最小值。6.2.4 日老化率6.2.4.1 被校晶振经说明书规定的预热时间后开始对y()进行测量,取样时间 1 0s,每隔1 2h测量1次,作为该时刻的测量结果,记为yi(),连续测量7天,共得1 5个yi(),按公式(7)计算日老化率。K=2Ni=1yi()-y()(ti-t-)Ni=1(ti-t-)2(7)式中:K 日老化率;N 取样个数;ti 取样时序;yi()ti时刻测得的相对频率偏差;y()1NNi=1yi();t-1NNi=1ti。6.2.4.2 按公式(8)计算相关系数r=Ni=1yi()-y()(ti-t-)Ni=1yi()-y()2Ni=1(ti-t-)2(8)式中:r 相关系数。6.2.4.3 如果r0.6,表明被校晶振频率随时间线性变化显著,则校准结果给出日老化率和相关系数,并附相对频率偏差变化曲线及拟合直线;如果r0.6,表明被校晶振频率随时间变化线性不明显,则不给日老化率和相关系数,只附相对频率偏差变化曲线。6.2.5 1s频率稳定度被校晶振经说明书规定的预热时间后开始对y()进行测量,取样时间=1s,连6J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局续测量,共测得N个yi()值,N1 0 1,按公式(9)计算1s频率稳定度。y()=12(N-1)N-1i=1yi+1()-yi()2(9)式中:y()频率稳定度;yi(),yi+1()分别为第i和第i+1次测得的相对频率偏差。6.2.6 频率复现性被校晶振连续工作一段时间T1后,断电一段时间T2,再开机一段时间T3后的相对频率偏差值y2()与断电前相对频率偏差值y1()之差的绝对值,取样时间1 0s,T1=T3=晶振规定的预热时间,T22 4h。按公式(1 0)计算频率复现性。R=y2()-y1()(1 0)式中:R 频率复现性。7 校准结果表达校准证书应至少包括以下内容:a)标题“校准证书”;b)实验室名称和地址;c)进行校准的地点(如果与实验室的地址不同);d)证书或报告的唯一性标识(如编号),每页及总页数的标识;e)客户的名称和地址;f)被校对象的描述和明确标识;g)进行校准的日期,如果与校准结果的有效性和有关时,应说明被校对象的接收日期;h)如果与校准结果的有效性和应用有关时,应对被校样品的抽样程序进行说明;i)对校准所依据的技术规范的标识,包括名称及代号;j)本次校准所用测量标准的溯源性及有效性说明;k)校准环境的描述;l)校准结果及其测量不确定度的说明;m)对校准规范的偏离的说明;n)校准证书和校准报告签发人的签名、职务或等效标识;o)校准结果仅对被校对象有效的声明;p)未经实验室书面批准,不得部分复制证书或报告的声明。8 复校时间间隔复校时间间隔由用户根据使用情况自行决定,建议不超过1 2个月。7J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局附录A不确定度评定示例A.1 相对频率偏差校准结果不确定度评定A.1.1 测量标准:铷原子频率标准,相对频率偏差为51 0-1 1;A.1.2 被测对象:电子测量仪器内石英晶体振荡器,相对频率偏差为11 0-7。A.1.3 环境条件:温度2 1.0,相对湿度6 5%;A.1.4 测量方法:采用频标比对器法,用铷原子频率标准作为参考频标,输出频率1 0MH z,取样时间=1 0s,测得其相对频率偏差。A.1.5 不确定度来源测量不确定度主要来源包括:a)参考频标输出频率不准确引入的不确定度;b)参考频标输出频率不稳定引入的不确定度;c)频标比对器自身不稳定引入的不确定度;d)测量重复性引入的不确定度。A.1.6 标准不确定度评定a)参考频标输出频率不准确引入的标准不确定度u1铷原子频率标准经量值溯源,其相对频率偏差为51 0-1 1,按B类方法评定,区间半宽度a=51 0-1 1,视其为均匀分布,包含因子k=3,则:u1=ak=51 0-1 13=2.8 91 0-1 1(A.1)b)参考频标输出频率不稳定引入的标准不确定度u2铷原子频率标准经量值溯源,证书上给出在取样时间=1 0s时频率稳定度测量值为3.01 0-1 2,则:u2=3.01 0-1 2(A.2)c)频标比对器自身不稳定引入的标准不确定度u3频率比对器经量值溯源,比对频率为1 0MH z时,其1 0s的比对不确定度为1.81 0-1 3,则:u3=1.81 0-1 3(A.3)d)测量重复性引入的标准不确定度u4在相同环境条件下,对被校晶振的相对频率偏差重复测量1 0次,用贝塞尔法计算实验标准偏差。重复性测量数据见表A.1。表A.1 重复性测量数据测量序号n1234567891 0相对频率偏差xi4.6 81 0-84.5 21 0-84.8 61 0-84.7 21 0-84.4 61 0-84.8 81 0-84.6 21 0-84.4 81 0-84.6 61 0-84.5 21 0-88J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局 测量结果的平均值:x-=11 01 0i=1xi=4.6 41 0-8(A.4)实验标准偏差:s(x)=ni=1(xi-x-)2n-11.5 01 0-9(A.5)标准不确定度:u4=s(x)=1.5 01 0-9(A.6)A.1.7 合成标准不确定度标准不确定度汇总见表A.2。表A.2 标准不确定度汇总表不确定度来源标准不确定度符号标准不确定度参考频标输出频率不准确u12.8 91 0-1 1参考频标输出频率不稳定u23.01 0-1 2频标比对器自身不稳定u31.81 0-1 3测量重复性u41.5 01 0-9 以上各不确定度互不相关,合成标准不确定度为:uc=u21+u22+u23+u24=1.51 0-9(A.7)A.1.8 扩展不确定度U=k uc,取包含因子k=2,U=21.51 0-9=3.01 0-9A.2 1s频率稳定度校准结果不确定度评定A.2.1 测量标准:铷原子频率标准,相对频率偏差为51 0-1 1。A.2.2 被测对象:电子测量仪器内石英晶体振荡器,相对频率偏差为11 0-7。A.2.3 环境条件:温度2 1.0,相对湿度6 5%。A.2.4 测量方法:采用频标比对器法,用铷原子频率标准作为参考频标,输出频率1 0MH z,取样时间=1s,测得其频率稳定度。A.2.5 不确定度来源测量不确定度主要来源包括:a)参考频标输出频率不稳定引入的不确定度;b)频标比对器自身不稳定引入的不确定度;c)有限次测量引入的不确定度。A.2.6 标准不确定度评定a)参考频标输出频率不稳定引入的标准不确定度u1铷原子频率标准经量值溯源,证书上给出在取样时间=1s时的频率稳定度测量值为3.91 0-1 2,则:u1=3.91 0-1 2(A.8)9J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局 b)频标比对器自身不稳定引入的标准不确定度u2频率比对器经量值溯源,比对频率为1 0MH z时,其1s的比对不确定度为5.81 0-1 3,则:u2=5.81 0-1 3(A.9)c)取样个数有限引入的标准不确定度u3被校晶振1s频率稳定度x1s 为3.1 21 0-1 0,阿伦标准偏差取样个数N为1 0 1,则:u3=x1s N-1=3.1 21 0-1 1(A.1 0)A.2.7 合成标准不确定度标准不确定度的汇总见表A.3。表A.3 标准不确定度汇总表不确定度来源标准不确定度符号标准不确定度参考频标输出频率不稳定u13.91 0-1 2频标比对器自身不稳定u25.81 0-1 3取样个数有限u33.1 21 0-1 1 以上各不确定度互不相关,合成标准不确定度为:uc=u21+u22+u233.1 41 0-1 1(A.1 1)A.2.8 扩展不确定度U=k uc,取包含因子k=2,U=23.1 41 0-1 1=6.2 81 0-1 16.31 0-1 1A.3 日老化率校准结果不确定度评定A.3.1 测量标准:铷原子频率标准,相对频率偏差为51 0-1 1。A.3.2 被测对象:电子测量仪器内石英晶体振荡器,相对频率偏差为11 0-7。A.3.3 环境条件:温度2 1.0,相对湿度6 5%。A.3.4 测量方法:采用频标比对器法,用铷原子频率标准作为参考频标,输出频率1 0MH z,取样时间=1 2h,测得其日老化率。A.3.5 不确定度来源测量不确定度主要来源包括:a)参考频标输出频率不稳定引入的不确定度;b)参考频标日频率漂移引入的不确定度;c)频标比对器自身不稳定引入的不确定度;d)日老化率估值算法引入的不确定度。A.3.6 标准不确定度评定a)参考频标输出频率不稳定引入的标准不确定度u1铷原子频率标准经量值溯源,证书上给出在取样时间=1 0s时频率稳定度测量值为5.81 0-1 3,则:01J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局u1=5.81 0-1 3(A.1 2)b)参考频标日频率漂移引入的标准不确定度u2铷原子频率标准经量值溯源,证书上给出的日频率漂移率为4.81 0-1 3,则:u2=4.81 0-1 3(A.1 3)c)频标比对器自身不稳定引入的标准不确定度u3频率比对器经量值溯源,比对频率为1 0MH z时,其1 0s的比对不确定度为1.81 0-1 3,则:u3=1.81 0-1 3(A.1 4)d)日老化率估值算法引入的标准不确定度u4连续测量7d,相对频率偏差近似按线性规律变化,利用最小二乘法拟合相对频率偏差随测量时间的直线斜率,即为输出日老化率。日老化率测量数据见表A.4。表A.4 日老化率测量数据测量时间间隔序号i1234567891 01 11 21 31 41 5相对频率偏差yi 4.5 2 1 0-84.6 8 1 0-84.7 2 1 0-84.7 6 1 0-84.8 2 1 0-84.8 6 1 0-84.8 8 1 0-84.9 2 1 0-84.9 6 1 0-84.9 8 1 0-85.0 2 1 0-85.0 4 1 0-85.0 6 1 0-85.0 8 1 0-85.1 2 1 0-8 设相对频率偏差测量值为yi ,线性拟合值为yi ,拟合标准偏差由下式计算:=Ni=1yi -yi 2N-2(A.1 5)式中:yi 相对频率偏差测量值;yi 相对频率偏差线性拟合值;N 取样个数,N=1 5。拟合直线斜率K的实验标准偏差由下式计算:u4=Ni=1ti-t-2=1.81 0-1 0(A.1 6)式中:ti 测量时刻,ti=i T,T为测量yi 的时间间隔,T=0.5d;t-1nni=1ti。A.3.7 合成标准不确定度标准不确定度的汇总见表A.5。11J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局表A.5 标准不确定度汇总表不确定度来源标准不确定度符号标准不确定度参考频标输出频率不稳定u15.81 0-1 3参考频标日频率漂移u24.81 0-1 3频标比对器自身不稳定u31.81 0-1 3日老化率估值算法u41.81 0-1 0 以上各不确定度互不相关,合成标准不确定度为:uc=u21+u22+u23+u24=1.81 0-1 0(A.1 7)A.3.8 扩展不确定度U=k uc,取包含因子k=2,U=21.81 0-1 041 0-1 0注:以上不确定度评定示例中,当测量环境符合环境校准要求时,环境影响引入的不确定度分量可以忽略不计,不再单独列出。21J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局附录B校准记录格式第 页 共 页B.1 外观及工作正常性检查:B.2 具有晶振频率输出:是 否B.3 相对频率偏差:相对频率偏差y()不确定度U(k=2)B.4 开机特性:序号相对频率偏差y()开机特性V不确定度U(k=2)12345678B.5 日老化率:日老化率K相关系数r不确定度U(k=2)B.6 1s频率稳定度:1s频率稳定度y()不确定度U(k=2)B.7 频率复现性:序号相对频率偏差y()频率复现性R不确定度U(k=2)12校准员:核验员:日期:年 月 日31J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局附录C校准证书内页格式1.外观及工作正常性检查:2.具有晶振频率输出:是 否3.相对频率偏差:相对频率偏差y()不确定度U(k=2)4.开机特性:开机特性V不确定度U(k=2)5.日老化率:日老化率K相关系数r不确定度U(k=2)6.1s频率稳定度:1s频率稳定度y()不确定度U(k=2)7.频率复现性:频率复现性R不确定度U(k=2)以下空白说明:根据客户要求和校准文件的规定,通常情况下个月校准一次。声明:1.仅对加盖“校准专用章”的完整证书负责。2.本证书的校准结果仅对本次所校准的计量器具有效。第页 共页41J J F1 9 8 42 0 2 2市场监管总局市场监管总局