时间间隔测量仪

如何选购一款时间间隔测量设备?

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发表时间:2021-04-19 07:49作者:同步天下来源:原创

时间间隔的测量对于各计量校准部门和科研院所甚至一些爆轰物理、冲击波物理、常规武器研究等科学实验来说,精密的测量结果尤为重要。今天我们重点了解一下时间间隔测量测量的原理、方法和相关测试仪器产品介绍。

时间间隔测量是指测量一个特定的“起始”事件至一个“终止”事件的时间差,时间间隔测量可以用来测量电路时延、雷达脉冲间隔、粒子的飞行时间、电缆长度、脉冲周期、脉冲宽度、上升时间、相位差等。

目前我们可以用两种测量仪器来完成时间间隔的测量,一种是专门来测量时间间隔的仪器,例如SYN5605A型数字式时间间隔测量仪和SYN5605型多通道时间间隔测量仪。另外一种实现方式是利用频率通用计数器的时间间隔测量功能来测试。今天我们来分别看一下这几种设备。

其中有一点需要注意,就是如果要求时间间隔测量仪同时满足ac耦合和dc两种耦合方式,就需要选用SYN5636型,因为SYN5605系列的时间间隔测量仪只能测试dc的。

另外在选择时间间隔测量仪的时候需要注意比较单双通道或多通道测及单通道的测量范围和准确度。因为市面上有很多时间间隔测量设备都有一定的量程限制,使得在实际的应用中有时候会受困于测量量程的瓶颈,从而给精密时间间隔测量技术的应用带来不便。因此除了准确度宽量程范围也显得很有必要。

在现代许多的科学研究和工作实践当中,经常需要对两个或者多个物理事件之间的时间间隔进行精密测量。然而,随着几年的发展,虽然出现了各式各样的时间间隔测量设备,但大多数都是针对两个物理事件的,上面提到的SYN5605A型就是2个通道,分辨率0.1ns,起始信号上升沿或者下降沿,停止信号下降沿或者上升沿,测量范围单通道:20ns~99999.999 999 999s双通道:1ns~99999.999 999 999s;该款设备是大触摸屏进行实时显示,单通道和双通道同时测量功能,2通道同时测试,通过串口直接输出比对结果给计算机。

如果要对多个物理事件间的时间间隔进行并行测量,就必须使用多个测量设备,这样操作起来特别繁琐不说,成本也无形当中会增加很多。因此需要配置一台多通道大量程的时间间隔测量仪。

以SYN5605型为例,设计的可同时支持36个通道测试,测量方式有单通道测量,双通道和多通道测量。


单通道测量使用时只需要连接通道1的BNC接口。

双通道测量,连接通道1和通道2BNC接口

多通道测量,通道1为参考输入,必须连接参考输入脉冲;其他通道根据实际使用分别从通道2至通道36依次增加测量

触发电平:-5V ~ +5V(可设置)

测量范围(T0):双通道或多通道:20ns ~ 99999.999 999 990s

                  单通道:100ns ~ 99999.999 999 990s

准确度:优于±(F0×T0+10ns)(F0为时钟源的准确度,T0为测量时间间隔)



市面上比较常用一款高精度频率通用计数器SYN5636型不仅是频率测试仪器,还是一款时间间隔测试仪器。该仪器设计采用的是7寸大触摸屏,频率测量分辨率高达12位/S,时间间隔分辨率高达20ps,除此之外也具有功率计功能,时基标配高精度OCXO恒温晶振,可选高稳晶振和铷钟。

频率计测量时间间隔的实现方法如下。通道A送来的“起始”信号启动Gate信号,通道B送来的“结束”信号关闭Gate信号,通过时基的时钟对Gate信号进行计时。时间间隔的测量分辨率取决有其计数时钟的频率。一个10MHz的时钟可以提供100ns的时间分辨率,而一个500MHz的时钟就可以提供2ns的时间分辨率。尽管可以通过提高计数时钟的频率来提高时间分辨率,但是这个提高总是有限的,因为计数时钟的频率不能无限制提高。

对于特别高的分辨率测量来说,一些其它因素比如前端放大器的噪声或信号幅度上的噪声会成为制约因素。信号斜率越小,幅度噪声对时间测量的影响越大。由于这两种噪声是服从统计分布的,所以对时间测量不确定的描述也是用统计方法描述的。如果对于不太高频率信号的测量,*好打开频率计的带宽限制功能。

时间间隔的测量可以扩展出许多其它的应用,比如测量信号周期、频率、脉冲宽度、上升/下降时间等。其中一个比较特殊的是频率的测量,有人认为频率测量就是数数就行了,其实没有那么简单。比如设定1秒钟时间来计信号边沿个数,对于高频信号可能测量分辨率很高,但是对于低频信号,比如10hz的信号,那分辨率误差就不可接受了。所以频率计测频率时一般会**一个Gate时间,比如1秒钟,然后精确的测量这1秒钟内**个边沿和*后一个边沿的时间间隔,再除以这一秒钟内记到的周期个数就可以得出信号的精确周期,周期的倒数就是频率了。通过这种方式,在**的Gate时间内,频率测量频率的分辨率只取决于其时间测量的分辨率,而与被测信号无关了。

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