日差儀測試方法的研究

陳藝

無錫市計(jì)量測試院 江蘇無錫 214101

1 概述

電子秒表是一件很常見的計(jì)量器具，在檢定電子秒表時(shí)，有一個(gè)特別重要的參數(shù)——日差。如何檢定電子秒表的日差，這個(gè)就需要日差儀來測試。日差儀廣泛用于生產(chǎn)鐘表的企業(yè)、電力行業(yè)，修表行業(yè)[1]。

日差儀的原理就是對秒表內(nèi)的微弱晶振信號(hào)通過耦合諧振，與中心頻率32768 Hz進(jìn)行比較，通過計(jì)算器算出日差值。如圖1

圖1 日差儀頻譜圖

只要秒表發(fā)出的晶振頻率磁場落在日差儀頻譜的包絡(luò)內(nèi)，信號(hào)就能得到耦合諧振放大，于是用這個(gè)晶振信號(hào)與日差儀的中心頻率32768Hz進(jìn)行比較，計(jì)算出被測秒表的日差。

2 測試方法

由日差儀的測試原理可以得知，日差儀的準(zhǔn)確與否關(guān)鍵在于其中心頻率，于是，我們可以用數(shù)字合成信號(hào)發(fā)生器模擬秒表的晶振信號(hào)，以此來測試日差儀的日差是否可靠。

圖2 測試圖

在實(shí)驗(yàn)室，我們用標(biāo)準(zhǔn)銣鐘來提高函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和通用計(jì)數(shù)器的晶振，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器提供一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的頻率值，用通用計(jì)數(shù)器來監(jiān)測這個(gè)頻率是否正確。根據(jù)檢定規(guī)程或者用戶自己定義設(shè)定的日差，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)的頻率值，調(diào)整函數(shù)信號(hào)發(fā)生器至該頻率值（通過通用計(jì)數(shù)器監(jiān)測），使日差儀能通過耦合器顯示，計(jì)算出日差儀在該日差點(diǎn)的誤差。

日差與頻率的計(jì)算公式如公式1所示。在標(biāo)準(zhǔn)器的選擇上，日差儀的晶振在1E-5至1E-8，我們一般檢秒表用的時(shí)間檢定儀的晶振在5E-7，規(guī)程要求標(biāo)準(zhǔn)器的頻率穩(wěn)定度優(yōu)于被檢頻率穩(wěn)定度的三分之一，開機(jī)特性和頻率偏差等優(yōu)于被檢晶振的一個(gè)等級，所以，在實(shí)驗(yàn)室我們選用銣原子頻率標(biāo)準(zhǔn)1E-10的頻率準(zhǔn)確度；由于計(jì)算得出的頻率小數(shù)位數(shù)比較多，32768.000XHz，所以一般要保留到1mHz，數(shù)字合成發(fā)生器輸出頻率值要保證9位數(shù)字的準(zhǔn)確性，所以要求頻率可以顯示到1uHz，所以在實(shí)驗(yàn)室，我們選擇Agilent的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器33500B和通用計(jì)數(shù)器53230A，保證位數(shù)。

耦合器的選擇，我們利用線圈原理，繞了一組磁場線圈，接到函數(shù)信號(hào)發(fā)生器上發(fā)射頻率信號(hào)，在使用中用膠帶粘在日差儀的感應(yīng)區(qū)固定住，防止線圈移動(dòng)造成數(shù)據(jù)不穩(wěn)定[2]。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的頻率，可以選擇方波信號(hào)或者正弦波信號(hào)，在實(shí)際操作中，我們發(fā)現(xiàn)利用方波信號(hào)產(chǎn)生的頻率耦合到日差儀上，數(shù)據(jù)更穩(wěn)定。

將這樣的方波信號(hào)展開成傅里葉變換，區(qū)間取[-T，T]，其傅里葉函數(shù)為：

由此看出，方波信號(hào)的傅里葉變換，無偶次諧波，而正弦信號(hào)的傅里葉變換，奇偶次諧波都有，所以相對而言，方波信號(hào)的雜波會(huì)少，而且遠(yuǎn)離中心頻率，這樣對中心頻率的影響會(huì)少很多，相對的信號(hào)會(huì)穩(wěn)定一點(diǎn)，這也是在實(shí)際操作中，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器選用方波信號(hào)的原因[3]。

3 結(jié)語

日差儀在生活中的使用場合比較多，特別是計(jì)量機(jī)構(gòu)和制表行業(yè)，所以對于日差的計(jì)量至關(guān)重要，此文是在規(guī)程的基礎(chǔ)上略加修改和補(bǔ)充，根據(jù)實(shí)際操作總結(jié)出一些要點(diǎn)和注意事項(xiàng)。