日差仪测试方法的研究

陈艺

无锡市计量测试院 江苏无锡 214101

1 概述

电子秒表是一件很常见的计量器具，在检定电子秒表时，有一个特别重要的参数——日差。如何检定电子秒表的日差，这个就需要日差仪来测试。日差仪广泛用于生产钟表的企业、电力行业，修表行业[1]。

日差仪的原理就是对秒表内的微弱晶振信号通过耦合谐振，与中心频率32768 Hz进行比较，通过计算器算出日差值。如图1

图1 日差仪频谱图

只要秒表发出的晶振频率磁场落在日差仪频谱的包络内，信号就能得到耦合谐振放大，于是用这个晶振信号与日差仪的中心频率32768Hz进行比较，计算出被测秒表的日差。

2 测试方法

由日差仪的测试原理可以得知，日差仪的准确与否关键在于其中心频率，于是，我们可以用数字合成信号发生器模拟秒表的晶振信号，以此来测试日差仪的日差是否可靠。

图2 测试图

在实验室，我们用标准铷钟来提高函数信号发生器和通用计数器的晶振，函数信号发生器提供一个标准的频率值，用通用计数器来监测这个频率是否正确。根据检定规程或者用户自己定义设定的日差，计算出标准的频率值，调整函数信号发生器至该频率值（通过通用计数器监测），使日差仪能通过耦合器显示，计算出日差仪在该日差点的误差。

日差与频率的计算公式如公式1所示。在标准器的选择上，日差仪的晶振在1E-5至1E-8，我们一般检秒表用的时间检定仪的晶振在5E-7，规程要求标准器的频率稳定度优于被检频率稳定度的三分之一，开机特性和频率偏差等优于被检晶振的一个等级，所以，在实验室我们选用铷原子频率标准1E-10的频率准确度；由于计算得出的频率小数位数比较多，32768.000XHz，所以一般要保留到1mHz，数字合成发生器输出频率值要保证9位数字的准确性，所以要求频率可以显示到1uHz，所以在实验室，我们选择Agilent的函数信号发生器33500B和通用计数器53230A，保证位数。

耦合器的选择，我们利用线圈原理，绕了一组磁场线圈，接到函数信号发生器上发射频率信号，在使用中用胶带粘在日差仪的感应区固定住，防止线圈移动造成数据不稳定[2]。

函数信号发生器的频率，可以选择方波信号或者正弦波信号，在实际操作中，我们发现利用方波信号产生的频率耦合到日差仪上，数据更稳定。

将这样的方波信号展开成傅里叶变换，区间取[-T，T]，其傅里叶函数为：

由此看出，方波信号的傅里叶变换，无偶次谐波，而正弦信号的傅里叶变换，奇偶次谐波都有，所以相对而言，方波信号的杂波会少，而且远离中心频率，这样对中心频率的影响会少很多，相对的信号会稳定一点，这也是在实际操作中，函数信号发生器选用方波信号的原因[3]。

3 结语

日差仪在生活中的使用场合比较多，特别是计量机构和制表行业，所以对于日差的计量至关重要，此文是在规程的基础上略加修改和补充，根据实际操作总结出一些要点和注意事项。