ST1010数字常稳测试仪

1. 概述

ST1010数字频率长稳测试仪为高精度时域参数测量仪器，它由频差倍增和微处理器控制的数据采集处理系统两部分组成。频差倍增次数为104或102倍(对1MHz而言)。频率综合产生内插的0.99MHz频率，与输入信号相差频得到10kHz+10000Δf或10kHz+100Δf的频差。微处理器控制的数据采集处理部分主要完成采样时间的产生、无间隙方差采样处理，通过计算机累计完成足够长取样时间的稳定度测量，并实时显示在大屏幕液晶显示器上且将数据实时传送给计算机。

该仪器可与TR2000系列铷原子频标组成多路频标自动测试系统，还可用RS232接口与计算机连接实现程控。

2. 技术指标

2.1 输入信号频率

2.1.1被测频标fx：1MHz、2MHz、2.5MHz、5MHz、10MHz。 2.1.2参考频标fr：5MHz、10MHz。 2.2 输入信号波形及幅度要求：

波形：正弦波

幅度：0.5V—1.5V (有效值)。

2.3 参考频标与被测频标间允许最大相对频偏：

ffry = x ≤1×10-6 （fx、fr归化为1MHz）。

fr2.4 测量带宽：B≥1kHz。 2.5 频差倍增次数M 2.5.1 倍增次数M=104

fx

M

1MHz

2MHz 2.5MHz 5000 4000

5MHz

10MHz

10000

2000 1000

2.5.2 倍增次数M=102

fx

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1MHz 100

2MHz 50

2.5MHz 40

5MHz 10MHz 20

10

M

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2.6 最大相对误差Y(τ)：

1×10-11/0.1s 1×10-12/1s 2×10-13/10s 3×10-14/100s 1×10-14/1000s 2.5×10-15/天 2.7 倍增输出 (后面板)

幅度>300mVrms 输出阻抗>150Ω 输出频率1MHz+10000Δf

2.8 仪器工作环境

按 GB6587.1 “Ⅰ”组仪器和运输“2”级规定。

2.9 仪器安全要求

符合 GB6587.7 标准1类安全仪器要求。

2.10 供电电源： 220(1±10%)V (50±2)Hz

功耗 40VA。

2.11 仪器开机预热时间

预热30分钟 可达1×10-12/s。

2.12 外形尺寸、重量

426mm×450mm×132mm 重量约12kg。

3. 功能设置

3.1．显示方式：液晶显示、菜单操作、测量和计算机程控测量。 3.2．测量功能：稳定度测量1（1s、10s、100s）

稳定度测量2（1000s、1天、…）。

3.3．测量数据实时保存，在测量子菜单中按【开始/停止】键，即清除上一次的测量结果，开始测量后重新存储新的测量结果和原始数据。稳定度测量结果及实测频率值，掉电后消失。

4． 键盘说明：

4．1按键功能：前面板共有6个按键，功能如下：

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【菜单】键：主菜单控制键，用【▲】【▼】键和【确认】键, 可选择[测量功能]和[设置功能]，光标在哪项上闪烁，按【确认】键即可进入该项子菜单。 [测量功能]包括：稳定度1、稳定度2测量。 [设置功能]包括：倍增选择（100、10000）。

【确认】键：进入到某项功能子菜单，与【▲】【▼】键配合进行不同功能的选择。 选择设置功能后，按[菜单]键返回主菜单，此时不要按【复位】键，复位键跟机器刚加电开机状态一样，此时会将所设的设置功能复位成初始状态。

【▲】 【▼】键：光标上下移动键，当光标显示闪烁或显示箭头时，可用 【▲】【▼】键选择，要进行某项选择时，按下【确认】键使光标不闪烁，再按【▲】【▼】键即可进行某一项目内容的选择，再按【确认】键光标重新闪烁，用【▲】【▼】键可进行项目选择。

进行倍增选择时，需按【菜单】键，进入设置功能菜单，用【▲】【▼】键将光标移到通道选择处，按【确认】键让光标不闪烁，再用【▲】【▼】键使箭头指向某通道时，按下【确认】键，通道标号下方1代表倍增10000，2代表倍增100，用【确认】键来选择,此时确认键为乒乓键。

【检索】键：在所选测量功能菜单中检索所测项目值（显示1-16路的值），按【▲】和【▼】键，将箭头选在所检索的通道处，再按【确认】键后，显示此通道号，再按【▲】键，即为实测频率值，再按【▲】键，显示第二页，秒稳显示6页，此时只能选择【▲】键检索实测频率值，其它键不起作用。按【检索】键再回到检索状态，选择其它通道，可进行检索，也可按【菜单】键，返回主菜单，重新测量。

在各测量子画面中，也可检索该项目的测量值，当按【开始/停止】键重新开始测量后，原来的数据被清除，开始存储新的测量值。

【开始/停止】键为乒乓键。测量开始后，右下角显示“开始”，在测量过程中，按【开始/停止】键，可随时中止测量，右下角显示“中止”，此时可进行检索操作，测量完成后，右下角显示“结束”，此时也可进行检索操作，检索的内容为所测项目值（如秒稳），也可检索实测频率值。

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【复位】键：当仪器死机或操作错误时，可按【复位】键，将所有的状态复位到初始状态。

[测量功能]： (1)稳定度1测量: 闸门：100ms 组数：100

(2)稳定度2测量: 闸门：1s

[设置功能]： （1）倍增选择：在通道标号下方1代表10000 2代表100

⊙1 ⊙2 ⊙3 ⊙4 ⊙5 ⊙6 ⊙7 ⊙8

1 1 1 1 1 1 1 1

⊙9 ⊙A ⊙B ⊙C ⊙D ⊙E ⊙F ⊙G

1 1 1 1 1 1 1 1

★ 用【复位】键进入主菜单和用【菜单】键进入主菜单是不一样的，用户使用时要注意。

★ 当所选通道信号有故障时，显示“10KER”，存储值为0。 5. 使用说明

仪器在符合2.7-2.10规定的使用条件下,才能使用。

开机后显示“欢迎您使用ST1010数字频率长稳测试仪”，按【菜单】键进入主菜单，在进入测量功能子菜单中，可选择稳定度测量1和稳定度测量2，稳定度测量1为常规稳定度测量，闸门选择分别为0.1s、1s、10s和100s，组数选择30、50和100（稳定度）；稳定度测量2为长期稳定度测量，闸门时间可选1s、10s、100s为单位进行测量，实时将数据传给计算机，当被测频率出现故障时显示“ERR”，信号恢复后，进入正常测量。

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5.1．稳定度测量 5.1.1稳定度测量1

稳定度1 闸门：1s 测量点数： 组数：100 1： 实测频率： . kHz 进入稳定度测量子画面后（如上图），可进行闸门选择0.1s、1s、10s和100s，组数选择30、50和100。

按下【开始/停止】键，即开始测量，在右下角显示“开始”二字，第一个通道需等4个所选闸门周期后，显示实测频率值。

再按【开始/停止】键，可中止测量，右下角显示“中止”，当测量结束后，显示“结束”。中止或测量结束后，可检索数据、通道稳定度值和实测频率值。

5.1.2稳定度测量2

按【菜单】键，进入232，显示屏显示RS232，等待程控，程控后进入稳定度测量2 闸门可程控为1s、10s、100s

稳定度2 闸门：1s 测量点数： 10．0000×× 10．0000×× 10．0000×× 10．0000×× 实测频率： 10．0000×× kHz

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ST1010数字频率长稳测试仪

最下面一行实测频率为当前测量值，上面4行测量值从下向上滚屏显示，同时将测量值送给计算机，由计算机进行数据处理并显示测量结果。

注意：在每一项测量结束后，要想重新测量，需按【菜单】键，返回主菜单，再进入测量子菜单，重新设置，重新测量。

6. RS232接口

6.1 接口设置： 波特率：2400 校验方式：无校验、8位字长、1位停止位。 6.2 指令格式： D1 D2 D3 D4 D5 （适用于稳定度）

C1 C2 C3 C4 (向计算机发送数据指令，当测量结束时，计算机可

用DAX指令接受测量数据，输出数据格式见6.4)

D1：测量功能指令码 W：稳定度 D2：闸门选择指令码 0-4 代表10ms-100s

D3：组数选择指令码 1-3代表30、50、100（稳定度测量） D4：执行测量指令码 G D5：回车 D6：换行

长稳测量程控命令为RXG X为2、3、4，2代表1s，3代表10s，4代表100s。 C1 C2: C1－D、C2－A（计算机取数命令）稳定度读取数据时W后面（测量结束时不用加）要加对应的闸门时间程控码。

C3：测量功能指令码 X( W、F、S、V、A、K) C4：换行

“END”中止测量命令。在稳定度程控测量中，闸门为10ms、0.1s时不能用“END”命令中止 。 “C”器件清除。

TX1X2Y1Y2（通道选择）：X1X2Y1Y2为16－1通道选择码 BX1X2Y1Y2 (倍增选择): X1X2Y1Y2为16－1通道倍增选择码

X、Y为ASCII码，变为16进制数时1代表选择（或倍增10000），0代表取消（或倍增100）。X、Y程控码高4位固定为7，低4位为通道（倍增）选择码，每一个通道可以地选择倍增10000或100。（如选所有通道，可发送T（B）（7FHEX）（7FHEX）（7FHEX）（7FHEX），选1-4通道，可发送T（B）（70HEX）（70HEX）（70HEX）（7FHEX）。

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X1=7FHEX， 7FHEX代表X1的ASCII码的16进制值。

ZX 通道转换延迟时间选择：X=1代表3s；X=2代表30s；X=3代表40s；X=4代表50s。

程控后封锁除“复位”以外的键盘，按“复位”后返回本地。复位键为硬件复位，所有的设置都变为初始状态，测量结果不会改变。 6.3 例子：

（1）测量闸门时间为10s、组数为100的稳定度：W30G （2）读取10S稳定度数据：DAW3

6.4 输出数据格式：

输出频率：F□□XX.XXXXXX□□回车、换行。单位为kHz (1s) W(S、V、A、K) □□±X.XXE-XX□□回车、换行

在测量结束后，可向计算机送出测量结果。如：稳定度测量，先送出第一通道的101个测量频率值，再送所测的稳定度值，依次第2通道、第3通道…… 直到第16通道为止。

7.工作原理

7.1概述：

一台标准频标源的准确度是指其输出频率的实际值fX与其标称值fXO相对频差即：

ffxofYx …………………… 7—1

fxofxo频率稳定度、老化率、复现性、日波动、开机特性、准确度、温度特性、负载特性、电压特性等等，都是指这种相对频差的变化程度。在计量上它们具有各自的定义及测量和数据处理方法。

利用频标比对器测定频标源的这些基本特性时，归根结底都是测定一段时间内平均频率的相对频差 ， 不同点是， 所采用的平均时间要满足各种特性的要求，特别是在测定频率稳定度时，要与所要求的取样时间相一致。在取样时间τ内的平均相对频差用Yx(τ)表示，即：

f()fxo1 Yx()x 其中：fx()ttfx()dt …………… 7—2

fxo

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当观测时间较长时，不平稳过程的扰动将体现出来，fx(τ)与时间t有关，一般随t单方向漂移。当观测时间较短时，fx(τ)的变化主要是由于相位噪声的扰动引起的，表现为随机起伏，可以认为与t无关。

在实际测量时，每次测得的是fx(τ)，由式7-2求得Yx(τ)。取样时间由测试项目所决定。至于Yx(τ)是否与t有关以及是什么类型的关系，这只是反应了频标源的某种特性及不同的数学处理方法。该仪器的目的在于帮助使用者得到不同取样时间内的相对频差。取样时间 10ms—100s。

严格说来，上述频率准确度的定义是以国际单位制中的时间基本单位—原子秒来度量的。但实际测量时，总是采用一个参考频率源，作为相对依据。测频取样时其闸门时间产生一定的时间间隔，采样这些间隔内的平均频率频差，这时得到的频率准确度是相对于参考频标源的，用Yx(τ)来表示即：

fxfrY()Yx()Yr() …………………… 7—3

frYτ参考频标源

7.2工作原理

7.2.1原理综述

由整机方框图（见第13页）可知，通过多级倍频—混频方式，使频率偏差逐级扩大后，再由综合器产生的0.99MHz与1MHz+M△f进行混频，得到10kHz+M△f，然后由数据采集进行数据处理，当频差大于1×10-7时应选为100的倍增次数；当频差小于1×10-7时，选10000△f倍增次数以便正确测量。

频差倍增后的输出频率为：fN = ft+ M△f ft = 1MHz 与综合器输出相减得：(综合器输出频率fB = 0.99MHz)

F = fN-fB = 1 MHz+M△f -0.99 MHz = 10kHz+M△f = 10kHz+△F 假如被测 △f＝2×10-7 Hz 若M = 104 ft = 1×106 Hz 取样时间1s 数采器测得 10.000002 kHz

210313210则 Y()4 …………7—4 610110Y(τ)为正表明被测实际值比标称值高，反之低。

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若取样时间为1s测得数末尾为10-3Hz。

F △F = 0.001Hz MfT取样时间T = 1s fO = 1×106 Hz M = 104

测量分辨率 dY()dY()11013

8.使用与维修

8.1 使用方法

8.1.1使用仪器前应认真阅读本技术说明书。 8.1.2仪器使用220V交流电供电。 8.1.3仪器后面板接地线使用中应接大地。

8.1.4仪器自检：自检所用频标信号应有5MHz、10 MHz输出，其幅度应大于500mV，信噪比优于130dB。

将5 MHz或10 MHz信号接入PO7D频标比对器的参考输入和被测输入。功能设置，倍增次数为10000，通道选择自定，然后菜单选稳定度测量，分别设测量时间和组数，其测量值应小于以下值：

1×10-12/1s 2×10-13/10s 3×10-14/100s 1×10-14/1000s 1×10-15/天 8.1.5在仪器处于比对测量时，若被测频标准确度低于1×10-7时应将倍增次数选为100。 8.1.6仪器处于比对测量时，应在其输入端加入50Ω终端负载。

8.1.7液晶显示屏由于受环境的影响，当温度变化比较大时，屏幕可能有亮暗区别，请将仪器放置在25±2℃环境中。

9. 系统连结

本系统是由ST1010数字频率长稳测试仪和可选的DP4高稳石英晶振或TR2001铷原子频率标准及PC机、打印机等组成。

10. 软件操作

本系统配置长稳测试软件，通过计算机的RS232接口控制ST1010。软件可以测

试短稳、长稳和漂移。 10.1软件安装

在随机光盘中，有长稳测试仪的安装软件，在使用ST1010之前，请安装好测试

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软件。 10.1软件使用

在联机之前，应该做好以下工作： ① 关闭计算机和ST1010长稳测试仪。

② 把随机配带的RS232接口电缆连接在计算机和ST1010之间。 ③打开计算机和和ST1010。

运行桌面上或者程序菜单内的长稳测试，系统进入测试界面。按以下步骤操作： 首先确定ST1010处于菜单选择界面，选择RS232。

选择串口设置菜单，进入串口设置界面，选择串口一或串口二。

选择需要的闸门时间，该闸门时间是ST1010本机的取样时间，利用ST1010的无间隙采样特性，由计算机将ST1010采集的数据处理，得到长取样时间的数据。该系统可以同时测量被测频标的短稳、长稳和漂移老化，因此，在选择闸门时间时，只要满足用户的最短取样时间设置就可以。 选择需要的倍增次数。

根据被测频标的标称稳定度选择合适的显示最大值（相对频偏△f/fo）和最小值。 单击测试界面右下角的开始按钮，系统即开始测试任务。

在系统界面中，闸门时间旁边是实时显示的数据接收窗口。在其下面，是实时显示的数据实测图曲线，在实测图下面，是稳定度随取样时间的变化曲线，该曲线随时计算显示，计算公式是Allen方差，只要任一取样时间有两个取样点就开始计算显示。在稳定度曲线下面，是三个时间显示框，从左至右是开始测试时间，当前时间和测试已进行时间。在界面的右面，是稳定度结果显示，依次为稳定度值、取样时间和已完成的组数，最大组数为8192组，另外，还有30组、50组和100组的稳定度显示，这三个显示界面都是取样时间和稳定度。在稳定度显示的下面，有日老化和漂移的计算显示，分别为老化或漂移、相关系数和测量点数。

测试数据自动保存在测试文件下的\\freqtxet\\freqtxt.txt文件内（如果安装时没有修

改文件夹，默认文件夹应为c:\\program files\\suing\\），测试完后，用户务必要把该文件

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改名字保存，以免重新测试覆盖了原来的数据。用户也可以使用文件菜单内的保存文件功能保存数据。

用户可以随时中断测试。

在未测试时，用户可以打开文件查看以往的测试数据，也可以把当前文件的数据保存为另一个文件。

在数据菜单内，有稳定度查询和日老化、漂移率查询功能。稳定度查询可以查询在测试界面内没有显示的取样时间的稳定度和特定组数的稳定度，输入好取样时间和组数后，单击查询按钮即可以查询。在显示曲线的右边，是查询到的数据列表，把所需要的数据选中后，单击鼠标右键可以把数据拷贝的剪贴板内，以方便用户编辑使用。 日老化查询有两个曲线，上面的曲线是整个时段内的老化曲线和老化直线显示，下面的图是7天内的老化曲线和老化直线显示，老化率计算采用晶振检定的计算方法。同样，数据列表也可以选中拷贝。漂移率查询和日老化查询相同，不同的是漂移率的计算采用原子频标的计算方法，所以有15天的显示曲线。重新设置好了显示的最大值和最小值，按刷新按钮，可以重新显示日老化和漂移率的曲线和直线。

10. 仪器成套件：

1. 测试电缆 2. 测试电缆 3. 电源线 4. 转接板

2根 ( BJA4 . 072 . 005mx ) 1根 ( BJA4 . 072 . 004mx ) 1根

1 （ BJA4 . 072 . 000mx ） 1 （ BJA8 . 671 . 006 ） 1 1 1 2个

5. 印制板提手

6. T型接头P9-50-KJK 7. 50Ω终端负载 8. 产品说明书

9. 保险丝管5×20×1.5A

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ST1010整机方框图

被测输入

倍增输出

10MHz 倍频100MHz倍频10MHz倍频100MHz倍频 参考输入 10MHz 主控B 时 基 控制单fX 整 形 主控A A 门 A计数 DB 显示屏 9MHz 0.99MHz综合率器 频率变换 100-99MHz混频 0.99-10KHz+M△f 混频器 fn 99MHz倍频器 100-99MHz混频器 10KHz+M△f 倍增次数选择 内部AB 微处理器CB B 门 B计数 接口电路 RS232接口 系统 石家庄市无线电四厂 第 12 页