一种实时定标的皮秒级可变时间间隔标准信号产生方法

摘要

本发明公开了一种实时定标的皮秒级可变时间间隔标准信号产生方法，通过产生共源同形的多路脉冲、传输脉冲信号与延时脉冲信号、调零时间间隔、实时定标时间间隔的过程实现本发明。本方法产生精确的皮秒级时间间隔标准信号，量值从0到几千皮秒，步进精度可优于1ps，满量程的不确定度在数皮秒以内，且量值可实时定标。很好地满足精密时间间隔测量仪校准等需求。

说明书

技术领域

本发明涉及一种皮秒级可变时间间隔标准信号产生方法，特别是一种实时定标的皮秒级可变时间间隔标准信号产生方法。

背景技术

时间间隔标准信号被广泛用于校准各种时间间隔测量设备，皮秒级时间间隔标准信号是校准精密时间间隔测量仪基础。在已有的时间间隔标准信号产生方法中，利用时钟计数的方法可产生量值范围较大的时间间隔，即从十几纳秒到几十秒以上，但受时钟的抖动和频偏及触发误差等影响，时间间隔不确定度至少在十几皮秒以上；此外，受触发器工作频率所限，产生的时间间隔很难达到几纳秒以下。利用同轴固定延迟线法可需要获得小范围内的更稳定的时间间隔，但在实际使用中存在较多的问题，其不确定度仍然在几十皮秒量级，且量值固定单一，不易连续改变，重复性差。另外，已有的时间间隔产生方法都不能进行的实时定标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种实时定标的皮秒级可变时间间隔标准信号产生方法，解决现有时间间隔标准信号不足以对精密时间间隔测量仪皮秒量级性能进行有效校准的问题。

一种实时定标的皮秒级可变时间间隔标准信号产生方法的具体步骤为：

第一步：产生共源同形的多路脉冲

用脉冲源产生一路脉冲信号，再用宽带电阻性分配器对脉冲信号进行分配，得到三路共源且理论上波形相同的脉冲信号，即同步脉冲。

第二步：传输脉冲信号与延时脉冲信号

将得到的同步脉冲分别输入参考通道、开始通道和结束通道。其中，参考通道的延时量是固定的，开始通道和结束通道的延时量是可变的，延时量的变化通过可变空气线实现。得到的三个脉冲对应为参考脉冲、开始脉冲和结束脉冲。

第三步：调零时间间隔

将开始通道中的可变空气线长度调到最小，结束通道中的可变空气线长度调到总量程的1/10到1/2之间。用同一台测量设备测量参考脉冲-开始脉冲的时间间隔，记为T_AC；以及参考脉冲-结束脉冲的时间间隔，记为T_BC。按照L＝(T_AC-T_BC)×0.3mm/ps，计算长度调整值L，将结束通道中的可变空气线的长度减小L。重复测量-调整过程，直到|T_AC-T_BC|小于测量设备的极限分辨力或者|L|小于空气延迟线的最小调节量为止。测量与调节工作可由时间间隔调零装置自动实现。

第四步：实时定标时间间隔

皮秒级可变时间间隔标准信号由标准开始信号和标准结束信号共同构成。时间间隔的量值ΔT由公式ΔT＝ΔL/(ε_rC₀)进行计算，间接实现定标。其中：ΔL为空气线长度的变化量，ε_r为空气的相对介电常数值，C₀＝299792458m/s。用实时定标装置的长度和介电常数的数字化测量功能，实时监测ΔL和ε_r，可实现时间间隔的实时定标。

本方法产生精确的皮秒级时间间隔标准信号，量值从0到几千皮秒，步进精度可优于1ps，满量程的不确定度在数皮秒以内，且量值可实时定标。很好地满足精密时间间隔测量仪校准等需求。

附图说明

图1一种实时定标的皮秒级可变时间间隔标准信号产生方法的原理图。

1.脉冲源  2.分配器  3.参考通道  4.开始通道  5.结束通道 6.时间间隔调零装置  7.实时定标装置  8.标准开始信号  9.标准结束信号

具体实施方式

一种实时定标的皮秒级可变时间间隔标准信号产生方法的具体步骤为：

第一步：产生共源同形的多路脉冲

用脉冲源1产生一路脉冲信号，再用宽带电阻性分配器2对脉冲信号进行分配，得到三路共源且理论上波形相同的脉冲信号，即同步脉冲。

第二步：传输脉冲信号与延时脉冲信号

将得到的同步脉冲分别输入参考通道3、开始通道4和结束通道5。其中，参考通道3的延时量是固定的，开始通道4和结束通道5的延时量是可变的，延时量的变化通过可变空气线实现。得到的三个脉冲对应为参考脉冲、开始脉冲和结束脉冲。

第三步：调零时间间隔

将开始通道4中的可变空气线长度调到最小，结束通道5中的可变空气线长度调到总量程的1/10。用同一台测量设备测量参考脉冲-开始脉冲的时间间隔，记为T_AC；以及参考脉冲-结束脉冲的时间间隔，记为T_BC。按照L＝(T_AC-T_BC)×0.3mm/ps，计算长度调整值L，将结束通道5中的可变空气线的长度减小L。重复测量-调整过程，直到|T_AC-T_BC|小于测量设备的极限分辨力或者|L|小于空气延迟线的最小调节量为止。测量与调节工作可由时间间隔调零装置6自动实现。

第四步：实时定标时间间隔

皮秒级可变时间间隔标准信号由标准开始信号8和标准结束信号9共同构成。时间间隔的量值ΔT由公式ΔT＝ΔL/(ε_rC₀)进行计算，间接实现定标。其中：ΔL为空气线长度的变化量，ε_r为空气的相对介电常数值，C0＝299792458m/s。用实时定标装置7的长度和介电常数的数字化测量功能，实时监测ΔL和ε_r，可实现时间间隔的实时定标。