日差儀測試方法的研究

陳藝

無錫市計量測試院 江蘇無錫 214101

1 概述

電子秒表是一件很常見的計量器具，在檢定電子秒表時，有一個特別重要的參數——日差。如何檢定電子秒表的日差，這個就需要日差儀來測試。日差儀廣泛用于生產鐘表的企業、電力行業，修表行業[1]。

日差儀的原理就是對秒表內的微弱晶振信號通過耦合諧振，與中心頻率32768 Hz進行比較，通過計算器算出日差值。如圖1

圖1 日差儀頻譜圖

只要秒表發出的晶振頻率磁場落在日差儀頻譜的包絡內，信號就能得到耦合諧振放大，于是用這個晶振信號與日差儀的中心頻率32768Hz進行比較，計算出被測秒表的日差。

2 測試方法

由日差儀的測試原理可以得知，日差儀的準確與否關鍵在于其中心頻率，于是，我們可以用數字合成信號發生器模擬秒表的晶振信號，以此來測試日差儀的日差是否可靠。

圖2 測試圖

在實驗室，我們用標準銣鐘來提高函數信號發生器和通用計數器的晶振，函數信號發生器提供一個標準的頻率值，用通用計數器來監測這個頻率是否正確。根據檢定規程或者用戶自己定義設定的日差，計算出標準的頻率值，調整函數信號發生器至該頻率值（通過通用計數器監測），使日差儀能通過耦合器顯示，計算出日差儀在該日差點的誤差。

日差與頻率的計算公式如公式1所示。在標準器的選擇上，日差儀的晶振在1E-5至1E-8，我們一般檢秒表用的時間檢定儀的晶振在5E-7，規程要求標準器的頻率穩定度優于被檢頻率穩定度的三分之一，開機特性和頻率偏差等優于被檢晶振的一個等級，所以，在實驗室我們選用銣原子頻率標準1E-10的頻率準確度；由于計算得出的頻率小數位數比較多，32768.000XHz，所以一般要保留到1mHz，數字合成發生器輸出頻率值要保證9位數字的準確性，所以要求頻率可以顯示到1uHz，所以在實驗室，我們選擇Agilent的函數信號發生器33500B和通用計數器53230A，保證位數。

耦合器的選擇，我們利用線圈原理，繞了一組磁場線圈，接到函數信號發生器上發射頻率信號，在使用中用膠帶粘在日差儀的感應區固定住，防止線圈移動造成數據不穩定[2]。

函數信號發生器的頻率，可以選擇方波信號或者正弦波信號，在實際操作中，我們發現利用方波信號產生的頻率耦合到日差儀上，數據更穩定。

將這樣的方波信號展開成傅里葉變換，區間取[-T，T]，其傅里葉函數為：

由此看出，方波信號的傅里葉變換，無偶次諧波，而正弦信號的傅里葉變換，奇偶次諧波都有，所以相對而言，方波信號的雜波會少，而且遠離中心頻率，這樣對中心頻率的影響會少很多，相對的信號會穩定一點，這也是在實際操作中，函數信號發生器選用方波信號的原因[3]。

3 結語

日差儀在生活中的使用場合比較多，特別是計量機構和制表行業，所以對于日差的計量至關重要，此文是在規程的基礎上略加修改和補充，根據實際操作總結出一些要點和注意事項。