摘要：时间频率参数对科学技术的发展起着重要的支撑作用，随着时间频率精度的提高，在相关领域应用越发紧密，包括通讯、导航、空间科学、仪器仪表、甚至生物化学等。对时间频率参数的计量就显得越发重要，时间频率参数计量主要是以时间频率标准的建标、测量比对和量值传递为主。为了保证传递的时间频率的量值准确可靠，要求通过用计量标准开展检定、校准或测试，且必须溯源到时间频率的国家计量标准，因此，对相关计量技术机构而言，建立时间频率计量标准是十分必要的。本文就针对时间频率建标考核要求进行简述，仅供参考。
关键词：时间频率；建标考核；要求
1时间频率计量标准的考核要求
1.1时间频率计量标准装置的选择
计量标准是由主标准器和配套设备构成，遵循的原则是满足所开展量值传递工作的需求，也不能一味地追求高精度，高配置，要做到合理实用。在时间频率建标中，最关键的是选择好频率标准源和频标（频率）比对器。
1.1.1频率标准源的选择
频率标准源的选择主要决定于被校对象所需要校频的准确度要求，被校对象不同其频率准确也不同要求。例如：1）通用信号源：所需校准准确度在10－6范围内；2）通用晶体振荡器：所需校准准确度在10－6～10－9范围内；3）高稳晶振和铷原子频标：所需校准准确度在10－10～10－12范围内；4）铯原子频标和氢原子频标：所需校准准确度在10－11～10－13范围内。所选择的频率标准源首先考虑其频率准确度应满足被校对象的校频要求，还要考虑被检定对象的其它技术指标，其中主要是频率稳定度特性的检定要求。因此，一套标准装置中的频率标准源可能不止一个标准源。在校准频率准确度时，必须配备原子频标，在测量检定短期频率稳定度时，还需配备一台短稳较高的精密晶体振荡器频标。
1.1.2频标（频率）比对器（测量比对装置）的选择
频率比对器是一种测量比对精密装置，它选用主要考虑选用的校频测量方法，而测量方法的确定，又应考虑满足被校对象的稳定特性的检定要求。根据频率比对器的须按测量方法不同，其测量精度也不同。例如，采用频差倍增器测量，可满足10－9～10－12范围的检定要求。相位比较器可满足10－11～10－13范围的检定要求。若采用双混频时差测量装置，可满足10－11～10－14范围检定要求等。
1.2主要计量特性
计量标准的测量范围用该计量标准（包括标准器和配套设备）所复现的量值或量值范围来表示；如果计量标准具备多个参数的测量能力，应一一给出测量范围。时间频率标准中一般均需给出频率范围，或时间间隔范围，应满足开展量值传递的需要。计量标准的性能指标应根据实际情况，在时间频率专业领域，《JJF1180—2007时间频率计量名词术语及定义》中规定准确度是一个定性的概念，用数值定量表示时，不带正负号，频率标准可采用频率准确度进行表述。如铯原子频率标准的频率准确度一般为1×10－12～5×10－13。频率准确度为相对频率偏差的最大范围，实际上是不确定度的概念。计量标准的不确定度是在检定或校准结果的测量不确定度中，由计量标准引入的不确定度分量，包括计量标准器和配套设备，不包括被测对象、测量方法及环境条件的影响。计量标准器和配套设备通过检定溯源，不确定度可由最大允许误差通过B类评定得到。计量标准器和配套设备通过校准溯源，不确定度可由校准证书得到。
1.3重复性考核
重复性考核指的是利用时间频率标准装置多次实际测量某一稳定的被检对象的频率准确度，用测量结果的重复性来检验标准装置测量不确定度评定结果是否合理。时间频率标准装置的重复性测量时，必须满足如下的条件：1）可以选择与标准装置主标准器相同类型的被测对象，也可选择时域频率稳定度优于（或等于）主标准相应时域频率稳定度性能的其它类型的被测对象。2）测量时间选择为10s。在频率标准装置最大检定能力条件下，连续测量10次，计算测量值（Δf/f）的实验标准偏差Sn（Δf/f），其值应满足一定的要求，通常应小于评定出的uc的2/3。当不满足要求时，首先应检查标准不确定度评定的是否合理，应考虑测量不确定度评定中加入重复性影响分量，其贡献为sn/
，n值取频率标准装置实际检定时测量次数，且应n≥4。
1.4稳定性考核
稳定性考核指的是利用时间频率标准装置按计量标准稳定性考核要求，对同一稳定的被检对象的频率准确度进行测量，用测量重复性来检验标准装置测量不确定度评定是否合理。在对时间频率计量标准进行稳定性考核时应注意核查标准选取，应选择一稳定的被测对象作为稳定性的核查标准。时间频率标准稳定性考核，可以按照标准装置的重复性测量方法，每隔一个月以上的时间测量一组，共测四组以上（即m≥4），由每一组的连续10次的相对频率偏差（Δf/f）测量值，计算算术平均值，再计算m个算术平均值的实验标准偏差，其值Sm应小于标准装置测量不确定度评定得到的合成标准不确定度。
2检定或校准结果的测量不确定度评定
2.1不确定来源分析及测量模型
选用的测量方法是由铷原子频率标准输出标准频率f0，被测件输出频率f1，两者经频标比对器倍增M倍后输出标称频率为1MHz频率倍增信号，经转换开关由通用计数/计时器在闸门时间τ内读取测量值。其不确定度来源主要有主标准器引入、比对系统引入、分辨力引入以及重复性。其测量模型可表达为：A=AS+δ，式中：A—被测晶振频率值；AS—参考频率标称值；δ—被测与参考频标频率的误差。
由测量模型可得合成标准不确定度
灵敏系数
，显然：A和δ不相关，r（AS，δ）=0
2.2测量不确定度评定
2.2.1AS引入的不确定度分量u（AS）
1）溯源时上级计量机构检定的测量不确定度，由其检定证书知合成标准不确定度值为1×10－11，则：uB1=1×10－11（B类评定）
2）标准源输出频率的不准引入的不确定度，由说明书可知，频率准确度优于1×10－10，设为均匀分布，k= 
，uB2=1×10－10/ 
=5.8×10－11
3）标准源输出频率的不稳引入的不确定度，由说明书可知，铷频标10s稳定度优于3×10－12，选择10s的给出值，是考虑国家计量检定规程，频率计量时各参数的检定，其采样时间多为10s。设为均
匀分布，k= 
，uB3=3×10－12/ 
=1.7×10－12
2.2.2δ引入的不确定度分量u（δ）
由于该仪器自身不稳且分档输出，具体应用时应按实际情况分析。按最高档采样时间10s分析，设为均匀分布，k= 
，uB4=2×10－13/ 
=1.2×10－13由于采用外标输入，因此不确定度主要由测频系统分辨力引入，选择频标比对器最高倍增档位M=10000分析，系统的分辨力为1×10－13，uB5=1×10－13/ 
=5.8×10－14。
由测量重复性引入的不确定度（τ=10s）：uA=Sn（x）/ 
=2.3×10－12
合成标准不确定度（τ=10s），以上不确定度来源各不相关
扩展不确定度，取k=2，U=kuC=1.2×10－10
结语
综上所述，建立的频率标准装置的标准源输出的标准频率信号作为参考标准，对给定准确度的被检定频率标准或频率源输出频率进行测定，并判别是否合格，与此同时，还要对被检定的频率标准或频率输出频率调到某一定范围内，即对其进行校准。但是，频率计量标准的频率源的输出频率值不是固定不变的，随时间的推移，使用条件的变更而不断地发生变化，这种变化特性有的是系统性的，有的是随机性的，都会引起输出频率的偏差。时间频率计量检定还要依据描述这些变化特性的特定名称和相应的数学估算公式，对其输出频率的技术特性进行定期的测定并给出。
参考文献：
[1]潘海飞，王武华.铯原子频率标准建标与不确定度评定[J].现代电子技术，2015.
[2]刘海洋.计量标准建标过程中检定或校准结果验证实施过程的浅析[J].计量与测试技术，2012.
论文作者:邹超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/13
标签：频率论文; 标准论文; 不确定论文; 测量论文; 时间论文; 准确度论文; 装置论文; 《电力设备》2018年第20期论文;