在石英晶振测试系统中同时测量不同类型被测件的方法

摘要

本发明公开了一种在石英晶振测试系统中同时测量不同类型被测件的方法，主要解决现有系统不能同时测量普通及高稳晶振被测件的问题。其实现步骤是：①在石英晶振测试系统测量前，根据提示输入不同类型被测件信息；②在石英晶振测试系统测量后，按每隔1小时时间间隔测量不同类型被测件的相对平均频率偏差；③依据JJG180-2002检定规程测量普通晶振被测件的性能，所有测量数据均为有效数据；④依据JJG181-2005检定规程测量高稳晶振被测件的性能，提取高稳晶振被测件测量数据的有效测量数据，获得所需要的有用的测量数据。本发明具有测量效率高和节省测量设备的优点，可用于对普通及高稳晶振被测件的同时测量。

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，涉及石英晶振测试系统实现普通与高稳晶振同时测量 方法，可用于石英晶体振荡器的计量检定、校准、测量、测试、检验和生产。

背景技术

石英晶体振荡器按国家检定规程所对应的检定对象分为两大类：普通晶振及高稳 晶振。普通晶振对应的检定规程为《JJG180-2002电子测量仪器内石英晶体振荡器检 定规程》，测量的主要参数有：开机特性、日频率波动、1秒频率稳定度、频率复现 性、频率准确度。测量时间最少为3天；高稳晶振对应的检定规程为《JJG181-2005石 英晶体频率标准检定规程》，测量的主要参数有：短期频率稳定度（1ms、10ms、100ms、 1s、10s）、日老化率、频率准确度。测量时间最少为8天。

目前国内的石英晶体振荡器测试系统主要有两类。一类是通过控制器及切换开关 将测试数据打印出来，再输入到计算机的相应程序中进行数据处理，得到测量结果。 此类系统不能做到数据的自动处理、被测件的自动加电及断电。典型的设备是中国电 子科技集团公司第二十研究所自行研制的“多路自动控制器”；另一类是通过计算机 或其他高速处理器控制控制器及切换开关获得测试数据，将测试数据存储在存储器中 并进行数据处理得到测量结果。典型的设备是石家庄无线电四厂或西安宏泰时频生产 的“石英晶体振荡器自动测试系统”。此类系统只能做到同时测量同一类型晶振或为 不同类型被测晶振同时选择相同的测量参数。如果需要同时测量不同类型晶振或为不 同类型被测晶振同时选择不同的测量参数，只好等到前一批测量完成，分批进行测量。 既费时又有可能闲置可用的测量通道，测量效率极低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种在石英晶振测试系统中同 时测量不同类型被测件的方法，以提高测量效率。

实现本发明目的的技术方案，包括如下步骤：

(1)石英晶振测试系统开始测量前，根据系统提示内容输入将要测量的不同类型 被测件的相关信息，提示内容包括：送测单位、被测件名称、被测件型号、被测件编 号、被测件生产商、被测件的频率标称值、被测件的测量依据、被测件预热时间；

(2)将不同类型被测件输出频率的原始数据测量的时间间隔设置为1小时，石英 晶振测试系统开始测量后，按每隔1小时的时间间隔测量不同类型被测件的相对平均 频率偏差；

(3)对于普通晶振被测件，依据《JJG180-2002电子测量仪器内石英晶体振荡器 检定规程》，测量普通晶振被测件的性能：

(3a)普通晶振被测件在加电1小时后，将测量相对平均频率偏差的取样时间选为 10s，每隔1小时测量1组，每组连续测得3个相对平均频率偏差，取3个相对平均 频率偏差的平均值作为每组的测量结果，共测25组，得到25个测量数据；将测量数 据代入到所述JJG180-2002检定规程的相应公式中，计算出普通晶振被测件的开机特 性及日频率波动，并根据日频率波动测量结果给出普通晶振被测件的频率准确度，该 频率准确度比日频率波动低一个数量级；

(3b)25个测量数据测量完成后，将普通晶振被测件断电，同时取25个测量数据 中的第25个测量数据作为第一次测量结果，再对普通晶振被测件持续断电24小时； 断电24小时后，给普通晶振被测件再次加电，加电1小时后，将测量相对平均频率 偏差的取样时间选为10s，连续测得3个相对平均频率偏差，取3个相对平均频率偏 差的平均值作为第二次测量结果；将两次测量结果数据代入到所述JJG180-2002检定 规程的相应公式中，计算出普通晶振被测件的频率复现性；

(3c)在普通晶振被测件再次加电到2小时时，先测量其它测量通道上的被测件的 相对平均频率偏差，然后将测量普通晶振被测件的相对平均频率偏差的取样时间选为 1s，并连续测得101个相对平均频率偏差，再将101个相对平均频率偏差代入到所述 JJG180-2002检定规程的相应公式中，计算出普通晶振被测件的1s频率稳定度；

(4)对于高稳晶振被测件，依据《JJG181-2005石英晶体频率标准检定规程》，测 量高稳晶振被测件的性能：

(4a)高稳晶振被测件在加电1小时后，将测量相对平均频率偏差的取样时间选为 10s，每隔1小时测量1组，每组连续测得3个相对平均频率偏差，取3个相对平均 频率偏差的平均值作为每组的测量结果，共测T+168组，得到T+168个测量数据C_i， 其相对应的测量时刻为i小时，i取1到T+168，T为高稳晶振被测件日老化率测量 的预热时间数值，单位为小时；

(4b)从测量数据C_i中提取有效测量数据B_j,j取1到15，T小时及其后每隔12 小时的15个测量数据为有效测量数据：B_j＝C_{[T+(j-1)×12]}，其相对应的测量时刻： t_j＝T+(j-1)×12；

(4c)根据有效测量数据B_j对应的测量时刻与测量数据C_i对应的测量时刻存在 T+(j-1)×12＝i的关系，得到T+(j-1)×12＝i×1，其中“×12”代表高稳晶振被测 件的相对平均频率偏差的测量时间间隔为12小时，“×1”代表高稳晶振被测件的相 对平均频率偏差的测量时间间隔为1小时，使高稳晶振被测件的相对平均频率偏差的 测量时间间隔由12小时缩短到1小时；

(4d)将有效测量数据及其相对应的测量时刻代入到所述JJG181-2005检定规程 的相应公式中，计算出高稳晶振被测件的拟合直线斜率、相关系数、残差均方根、日 老化率及频率准确度；

(4e)在高稳晶振被测件加电到T+169小时时，先测量其它测量通道上的被测件 的相对平均频率偏差，然后将测量高稳晶振被测件的相对平均频率偏差的取样时间分 别选择为1ms、10ms、100ms、1s及10s，并连续测得5组相对平均频率偏差，其中： 前4组分别连续测得101个相对平均频率偏差，第5组连续测得51个相对平均频率 偏差，再将5组测量数据分别代入到所述JJG181-2005检定规程的相应公式中，计算 出高稳晶振被测件的1ms、10ms、100ms、1s及10s的短期频率稳定度；

所述步骤(2)、(3)及(4)中的相对平均频率偏差测量，是先通过测量仪器测量在取 样时间τ内的不同类型被测件的频率实际值的平均值f_x；然后，代入到公式 y(τ)＝(f_x-f₀)/f₀中，计算出不同类型被测件的相对平均频率偏差y(τ)，式中f₀为不 同类型被测件的频率标称值；所述测量仪器是指：频率计、计数器、比相仪、时间间 隔测量仪、频标比对器、频差倍增器和双混频时差测量仪中的任何一种。

本发明与原有技术相比具有如下优点：

1.本发明由于在石英晶振测试系统开始测量后，按每隔1小时的时间间隔测量 不同类型被测件的相对平均频率偏差，对于普通晶振被测件而言，所有的测量数据均 为有效数据，对于高稳晶振被测件而言，通过对高稳晶振被测件的测量数据提取有效 测量数据的方式同样也可获得所需测量数据，故可实现在石英晶振测试系统中同时测 量普通晶振及高稳晶振被测件。

2.本发明由于实现了普通晶振被测件与高稳晶振被测件的同时测量，对不同类 型被测件而言，不必分批进行测量，缩短了测量周期，提高了测量效率。

附图说明

图1是本发明在石英晶振测试系统中同时测量不同类型被测件的流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明在石英晶振测试系统中同时测量不同类型被测件的方法，包括 如下步骤：

步骤一：定义两种测量标识。

为了实现在石英晶振测试系统中同时测量不同类型被测件的功能，本发明首先要 定义两种测量标识，一种为“测量通道状态标识”，另一种为“被测件测量依据标识”。 其中：

“测量通道状态标识”共有三个状态：一是用数字“0”表示测量通道未加入被 测件，二是用数字“1”表示测量通道已加入被测件，且被测件未加电工作，三是用 数字“2”表示测量通道已加入被测件，且被测件已加电工作；

“被测件测量依据标识”共有两个状态，一是用数字“3”表示普通晶振被测件 依据《JJG180-2002电子测量仪器内石英晶体振荡器检定规程》测量其性能，二是用 数字“4”表示高稳晶振被测件依据《JJG181-2005石英晶体频率标准检定规程》测 量其性能。

步骤二：根据系统提示内容输入将要测量的不同类型被测件的相关信息。

2a)目前的测试系统，大多数都采用数据库来存储被测件信息、测量数据、测量 通道状态标识、被测件测量依据标识及测量结果；

2b)石英晶振测试系统开始测量前，根据系统提示内容输入将要测量的不同类型 被测件的相关信息，提示内容包括：送测单位、被测件名称、被测件型号、被测件编 号、被测件生产商、被测件的频率标称值、被测件的测量依据、被测件预热时间；

2c)将不同类型被测件的相应测量通道的“测量通道状态标识”由“0”改为“1”， “0”表示测量通道未加入被测件，“1”表示测量通道已加入被测件，且被测件未加 电工作；

2d)当输入的被测件的测量是依据《JJG180-2002电子测量仪器内石英晶体振荡 器检定规程》时，则将“被测件测量依据标识”置为“3”；当输入的被测件的测量 是依据《JJG181-2005石英晶体频率标准检定规程》时，则将“被测件测量依据标识” 置为“4”。

步骤三：按每隔1小时的时间间隔测量不同类型被测件的相对平均频率偏差。

3a)将不同类型被测件输出频率的原始数据测量的时间间隔设置为1小时，石英 晶振测试系统开始测量后，按每隔1小时的时间间隔测量不同类型被测件的相对平均 频率偏差，即先通过测量仪器测量在取样时间τ内的不同类型被测件的频率实际值的 平均值f_x；然后，将该频率实际值的平均值f_x代入到公式y(τ)＝(f_x-f₀)/f₀中，计算 出不同类型被测件的相对平均频率偏差y(τ)，式中f₀为不同类型被测件的频率标称 值；所述测量仪器是指：频率计、计数器、比相仪、时间间隔测量仪、频标比对器、 频差倍增器和双混频时差测量仪中的任何一种；

3b)将不同类型被测件的相应测量通道的“测量通道状态标识”由“1”改为“2”， “2”表示测量通道已加入被测件，且被测件已加电工作。

步骤四：根据被测件测量依据标识测量被测件的性能。

4a)对于“被测件测量依据标识”为“3”的普通晶振被测件，依据《JJG180-2002 电子测量仪器内石英晶体振荡器检定规程》，则按如下步骤测量其性能参数：

4a1)测量普通晶振被测件的开机特性、日频率波动及频率准确度：

普通晶振被测件在加电1小时后，将测量相对平均频率偏差的取样时间选为10s， 每隔1小时测量1组，每组连续测得3个相对平均频率偏差，取3个相对平均频率偏 差的平均值作为每组的测量结果，共测25组，得到25个测量数据；用前8个测量数 据中的最大值减去最小值，即可得到普通晶振被测件的开机特性；用25个测量数据 中的最大值减去最小值，即可得到普通晶振被测件的日频率波动；根据日频率波动测 量结果给出普通晶振被测件的频率准确度，该频率准确度比日频率波动低一个数量 级；

4a2)测量普通晶振被测件的频率复现性：

在25个测量数据测量完成后，将普通晶振被测件断电，同时取25个测量数据中的 第25个测量数据作为第一次测量结果，再对普通晶振被测件持续断电24小时；断电24 小时后，给普通晶振被测件再次加电，加电1小时后，将测量相对平均频率偏差的取 样时间选为10s，连续测得3个相对平均频率偏差，取3个相对平均频率偏差的平均值 作为第二次测量结果；两次测量结果的差值的绝对值即为普通晶振被测件的频率复现 性；

4a3)测量普通晶振被测件的1s频率稳定度：

在普通晶振被测件再次加电到2小时时，先测量其它测量通道上的被测件的相对 平均频率偏差，然后将测量普通晶振被测件的相对平均频率偏差的取样时间选为1s， 并连续测得101个相对平均频率偏差y_i(τ)，i取1到101，再计算普通晶振被测件的 1s频率稳定度σ_y(τ)：

${\sigma }_y\left(\tau \right)=\sqrt{\frac{1}{200}\underset{i=1}{\overset{100}{\Sigma }}{(y_{i+1}\left(\tau \right)-y_i\left(\tau \right))}^2},$

式中：y_i(τ)，y_i+1(τ)分别为第i和第i+1次测得的相对平均频率偏差；

4a4)普通晶振被测件的1s频率稳定度测量完成后，将其再次断电，普通晶振被 测件的性能测量完成，并将相应测量通道的“测量通道状态标识”由“2”改为 “0”，“2”表示测量通道已加入被测件，且被测件已加电工作，“0”表示测量通 道未加入被测件。

4b)对于“被测件测量依据标识”为“4”的高稳晶振被测件，依据《JJG181-2005 石英晶体频率标准检定规程》，按如下步骤测量其性能参数：

4b1)获取高稳晶振被测件的测量数据C_i：

高稳晶振被测件在加电1小时后，将测量相对平均频率偏差的取样时间选为10s， 每隔1小时测量1组，每组连续测得3个相对平均频率偏差，取3个相对平均频率偏 差的平均值作为每组的测量结果，共测T+168组，得到T+168个测量数据C_i，其相 对应的测量时刻为i小时，i取1到T+168，T为高稳晶振被测件日老化率测量的预 热时间数值，单位为小时；

4b2)从高稳晶振被测件的测量数据C_i中提取有效测量数据B_j，j取1到15，T 小时及其后每隔12小时的15个测量数据为有效测量数据：B_j＝C_{[T+(j-1)×12]}，其相对应 的测量时刻：t_j＝T+(jj-1)×12；根据有效测量数据B_j对应的测量时刻与测量数据C_i对应的测量时刻存在T+(j-1)×12＝i的关系，得到T+(j-1)×12＝i×1，其中“×12” 代表高稳晶振被测件的相对平均频率偏差的测量时间间隔为12小时，“×1”代表高 稳晶振被测件的相对平均频率偏差的测量时间间隔为1小时，使高稳晶振被测件的相 对平均频率偏差的测量时间间隔由12小时缩短到1小时；

4b3)计算高稳晶振被测件的拟合直线斜率相关系数r、残差均方根σ_D、日老 化率K及频率准确度A：

将有效测量数据B_j相对应的测量时刻t_j的量值由小时转化为日，并计算有效测量 数据B_j的算术平均值及相对应的测量时刻t_j的算术平均值

$\bar{B}=\frac{1}{15}\underset{j=1}{\overset{15}{\Sigma }}{B}_j,$

$\bar{t}=\frac{1}{15}\underset{j=1}{\overset{15}{\Sigma }}{t}_j;$

计算拟合直线斜率

计算相关系数r，即时间与频率值的相关系数：

$r=\frac{\underset{j=1}{\overset{15}{\Sigma }}(B_j-\bar{B})(t_j-\bar{t})}{\sqrt{\underset{j=1}{\overset{15}{\Sigma }}{(B_j-\bar{B})}^2\underset{j=1}{\overset{15}{\Sigma }}{(t_j-\bar{t})}^2}};$

计算残差均方根σ_D：

${\sigma }_D=\sqrt{\frac{\underset{j=1}{\overset{15}{\Sigma }}{[B_j-\bar{B}-\hat{b}(t_j-\bar{t})]}^2}{13}};$

计算日老化率K：

如果相关系数|r|≥0.6，则计算日老化率K：

如果相关系数|r|＜0.6，则不计算日老化率K；

计算频率准确度：

4b4)测量高稳晶振被测件的短期频率稳定度：

在高稳晶振被测件加电到T+169小时时，先测量其它测量通道上的被测件的相 对平均频率偏差，然后将测量高稳晶振被测件的相对平均频率偏差的取样时间分别选 择为1ms、10ms、100ms、1s及10s，并连续测得5组相对平均频率偏差，其中：前 4组分别连续测得101个相对平均频率偏差y_i(τ)，第5组连续测得51个相对平均频 率偏差y_i(τ)，再计算高稳晶振被测件在不同取样时间的短期频率稳定度σ_y(τ)：

${\sigma }_y\left(\tau \right)=\sqrt{\frac{1}{2(N-1)}\underset{i=1}{\overset{N-1}{\Sigma }}{[y_{i+1}\left(\tau \right)-y_i\left(\tau \right)]}^2},$

式中：N为每组连续测得相对平均频率偏差的个数；

4b5)高稳晶振被测件的短期频率稳定度测量完成后，将其断电，高稳晶振被测 件的性能测量完成，并将相应测量通道的“测量通道状态标识”由“2”改为“0”， “2”表示测量通道已加入被测件，且被测件已加电工作，“0”表示测量通道未加入 被测件。

以上是本发明的一个实施例，但并不构成对本发明的任何限制，显然在本发明的 思想下，可作出不同的变更，但这些均在本发明的保护之列。