频率计的伴侣

wgsd

                                              频率计的伴侣
        频率计在测量领域也是一个比较重要的仪器，它也和万用表等仪器一样要定期检测校对，这也是业余爱好者较难和不便进行的项目。但是，由于卫星GPS的普及，使频率计摆脱了检测校对部门的束缚，使用者可以随时方便的在家进行校对，来保证和提高对测量精度要求较高的测量。本人对频率计了解并不多，GPS更是刚刚接触，因为对频率计的使用机率也不多，说起与它的接触，起因源自LED数字表。
        LED数字表由于它的醒目、直观、准确等优点占据着时间领域，现在可以说无处不在。十多年前曾做了几只2.3寸的壁挂数字表，为此也做了本人的第一个8位计数式频率计，10秒闸门0.1Hz的分辨率。当时为了校对频率计只好让数字表走较长的一段时间，对比与中央电视台的相对误差，计算数字表晶振3.579545的实际频率，再反校频率计，依此来视为频率计较为准确。几年前又做几只4寸屏的数字表，并把晶振频率选在10MHz和12MHz，想依此来提高数字表的走时精度，这时才知道单纯的提高频率并不能达到目的，频率稳定性的大敌是温度。于是又改造了频率计，增加了恒温电路，泡沫保温，金属外壳。数字表也增加了恒温电路和泡沫保温。可是，数字表的走时精度虽然得到提高,但并没达到理论上的12MHz晶振，频率每秒误差1Hz，4个月走时误差少于1秒的指标。为了这个目标，首先测试工具要准确稳定，才能分清问题的所在。于是，在淘宝购了个双标签的铷钟。收到后即刻对频率计进行校对，没想到频率计还满“准”的，10.000000Hz,±1Hz。这样心中有了自信，但是数字表的走时仍没达到预期。屡次的调试却发现了一个问题，在微调12MHz晶振或非10MHz晶振时，频率可以在±1Hz附近随意调整，但调10MHz晶振时，频率在±几Hz时就突然锁定10MHz，回头再用铷钟校对频率计，微调频率计可调同样存在锁定现象。因频率计晶振也是10MHz的且振荡和闸门共用一个门集成电路，怀疑产生谐振，于是把振荡和闸门电路分开，各用独自集成，锁定现象大有好转，但有时还是有两三Hz附近的锁定现象。因频率计的体积太小（如同手持万用表）没有改造空间，功能单一，更重要的是显示分辨率太低，难以快速分析定向频率的变化趋势，决定予以淘汰。经过一段搜索了解，本着经济适用，决定选择玩频率入门级的纳秒级频率计雷卡1992。该频率计到手后首先给它换了个强大的心脏，莫里恩双恒温MV180晶振，其指标在1992选配件高配之上。有了利器，问题很快明确，首先晶振恒温问题，晶振、加热、检温之间的衔接影响很大。解决了恒温问题，不可抗拒的晶振老化问题成了拦路虎，频率稳定1X10负7，老化一天几十mHz.。后来淘到进口的KDS 12MHz晶振，频率稳定1X10负8，老化率减至一天几mHz到几十mHz左右。但毕竟不是专门用于恒温晶振的晶体，也只好到此了，你可能说为什么不用恒温晶振，一、成本太高，很难找到需要的频率，二、体积所限，本人的数字表空间厚度同数码管相同，如图。有些跑题了，还是说说GPS吧。
       有了可以信赖的频率计和铷钟的协助，应对通常的测量可以说绰绰有余。但是，有了上面的经历和了解了老化的潜在变化，本应有的自信却心中没了底。一是铷钟本来就是退役的二手东西，虽然频率很稳，但存在准确性问题。二是铷钟也存在老化问题，也需要定期校对。为了保持频率计的长久精确，必须有个可以信赖的伴侣，因此决定购款具有长期稳定且精确的GPS授时装置。经过一番搜索，（现在这种东西已经比较少了）仅有一款国内组装的PicoSync标牌的产品比较适中，体积和小天宝相仿，网上有使用的网友介绍性能在一些体积较大的早期产品之上，锁定快功耗小，就是它啦。天线就用国内的了，网上有的是，大多增益在38db左右，而二手的洋垃圾增益大多在20-30db之间，还要另配电缆，商家们却把它当做宝，标价雷同国内带有电缆的高增益新品。东西到手后拍不急待的将天线放在五楼室内东南向窗台上，通电试机，几分钟后指示灯显示锁定信号，驯服上一天，同时频率计热身，再测频率已非常稳定，但比标准频率低10mHx。频率计与铷钟校对时间不长，难道铷钟不准。给铷钟加电1小时用GPS做外基准再测铷钟，果然铷钟偏高10mHz。修正频率计后，再看铷钟上有个小孔，试着调整内部的可调左右各两圈，但频率没一点变化，现在还没找到修正铷钟频率的办法。
        上述的GPS也有个不足，就是还没找到与其适宜的软件，无法直观监测锁定的卫星个数等情况。虽然论坛上求得网友提供的软件地址，但能找到的软件是PicoSync-II版本的，试用不能与国内生产的PicoSync版本兼容。无奈之下，为了确定天线的最佳姿势又在矿坛购了一个十几元的自带天线一体的GPS模块，还挺好用，同在室内窗台锁定卫星在2-9颗之间，只是时间差8小时没修正过来。没找到可用软件之前只好用这1+1的办法了，一个GPS授时驯服频率，一个GPS模块间接监测卫星锁定情况。另外发现GPS授时在串口有一组数字与锁定的卫星数非常相似，数字在02-06之间随同那个辅助的GPS模块显示的锁定卫星数目变动。
       现在对手中的频率计精度问题已非常自信，下一步将继续寻找与GPS授时适应的软件和铷钟频率的微调办法，望有经验的坛友给以协助。

tym99

xauser

好文章，最近也正好在看这方面的资料，也想校正频率计。谢谢分享！

leobian

谢谢分享～

thy888

不错的思路

iking921

烧频率和烧电压一样，没有止境

bg7vi

好文！

ahhui

写的很好，看来楼主也是个时间频率的发烧友。那个PICOSYNC的确很头疼，我也有一个，都放弃了，不折腾了。

falcon_ljc

关于铷钟准确度的问题,我前两天刚做了试验来测试.测试对象就是下图的两个东西:


其中上面那个是用FE5680A加外壳和电源DIY出来的,下面一个是直接购回的。
由于铷钟本身很准,直接用频率计来对比是无法得出差别的,所以必须将频率进行放大。
于是我将FE5680A输出到一台安立的信号发生器参考时钟端，然后将LUCENT 输出到频率计时钟参考端，再将信号发生器输出调到3GHz。结果频率计上的显示的数值在3G+1Hz 到2Hz 之间来回跳动。由于原理决定了频率计显示的最后一个字总会有正负1Hz 的不确定性，所以相当于两者的误差最小为1Hz最大为3Hz。因为这是将10MHz倍频了300倍的结果,故此这两个铷钟的原始误差应该在0.0033Hz - 0.01Hz之间。两个生产商,年份和来源都完全不同的铷钟之间能保持如此好的一致性，足以证明铷钟确实是非常稳定可靠的，私人调整不但很难找到精度更高的源，而且很可能将准确的东西调得不准确。

wgsd

falcon_ljc 发表于 2013-6-27 17:25
关于铷钟准确度的问题,我前两天刚做了试验来测试.测试对象就是下图的两个东西:

回复falcon-ljc网友
我的铷钟用GPS外基准，1992频率计测的10000000.010Hz,可能因老化偏高0.010Hz。铷钟只打开前盖看了，没找到下手调整的地方，想将其调到10000000.000Hz,方便随时校对频率计（看着那0.01Hz较别扭），因为铷钟上电1小时即可稳定输出10000000.000Hz,GPS却要驯服一天以上才较有把握。

falcon_ljc

不知道你用的是什么型号的铷钟,之前市面上最多的貌似就是我图片上的两种.FE5680A记得是有调整元件,具体是否有何在那里可以找规格书看看.lucent 的没有拆过,不很清楚.

wgsd

就是5680A，频率很稳的，只是频率偏高点，GPS上的原子钟很准的，在10的负11-13，我的频率计只能望其相背。

wgsd

你的两款铷钟挺好的，下面那款好相有配套的GPS驯服钟，那样可就如虎添翼了，可以保证输出的频率在0.0001Hz之上了。

ahhui

差几个毫赫兹(xE-10)问题也不大，只要校准过心里清楚就行。测量的时候减去误差即可。

hhtxyx

学习了

weixvlong

falcon_ljc 发表于 2013-6-27 18:08
不知道你用的是什么型号的铷钟,之前市面上最多的貌似就是我图片上的两种.FE5680A记得是有调整元件,具体是否 ...

这个肯定是没有的，FE5680A也要分版本，有的版本输出频率可以通过串口进行设定，有的就不行，附件是一个可调的版本，里面有调节方式，不过可能和现在买到的不太一样

youngliu

前面描述10MHz晶振频率调整过程出现的现象叫频率牵引或者频率拖曳、频率拖拽

falcon_ljc

οHzkò

slysfdwy

这软件能发一份吗？qq：1932519708。谢谢！

wgsd

回复楼上，到矿石收音机论坛，收索“再来GPS模块”，该帖子首页有下载地址。

ahhui

已经找到楼主所用的GPS驯服钟的控制软件了。需要的话可以留个邮件地址，我发给你。

wgsd

ahhui 发表于 2013-8-12 19:12
已经找到楼主所用的GPS驯服钟的控制软件了。需要的话可以留个邮件地址，我发给你。

ahhui坛友您好，先谢谢您第一时间想着与大家分享您的辛劳成果，向您学习，力助论坛更美好。我的邮箱wgsd7@sina.cn

wgsd

奥，我的那个铷钟时11年10月淘宝购的。

ahhui

邮件已发，请查收。

wgsd

已收下，谢谢分享，非常好用。学习您不懈进取的精神，有付出必有所获。你的辛劳让这款带有残缺的授时钟获得完美，使拥有者获得益处和方便，给需求者增加了选择面。

ahhui

wgsd 发表于 2013-8-13 17:37
已收下，谢谢分享，非常好用。学习您不懈进取的精神，有付出必有所获。你的辛劳让这款带有残缺的授时钟获得 ...

客气了，爱好者之间互相分享帮助是应该的。祝玩得愉快。

sunstar126

楼主用铷钟做源，让信号发生器产生3G的频率，说是放大了原来的频率误差，不错，不过你再用频率计测量时，频率计是要分频的，那个又是把误差缩小了。这样的做法不一定能精确测量频率差，实际上精确测量频率差的方法就是测量相位差，或者就是直接测量频率差，用混频的方法就很好，那个的分辨率会很高

feidaoyang

不错的技巧，

卫星137

有点奢侈了

wgsd

    奢侈谈不上，米太少，适用那是真的。如果你用六位半以上的多位表，只为测量家用AC电压那才叫奢侈，看着那一堆乱跳的数字会叫你晕头转向，让你心跳的会把表砸啦，还不如用它换回一堆三位半，那个数字才能让你的心跳稳下来。如果你有个十位或以上的频率计，看着那一串不知对错的零，还不如用个垃圾货。正向高位表搭配电压基准一样，频率计也需搭配铷钟才能把握它的准确性，即便这样还是要定期送检的。
    GPS驯服钟就是为了Hold“卫星”（借用一下你的网名），给频率计一个绝配。你看网上GPS驯服钟好购吗？正如一位网友说的：什么恒温晶振、铷钟，对于GPS那就是玩具。虽然比如有点过，但对于频率计，GPS驯服钟Lock卫星就如空中的北斗，不会让你找不着北，那是亮咣咣的。