示波器校準(zhǔn)儀上升時間不確定度的評定及驗證

摘要：上升時間是示波器校準(zhǔn)儀的一項重要脈沖參數(shù)，本文以JJF1059-2012《測量不確定度評定與表示》為依據(jù)，按照9500型示波器校準(zhǔn)儀的技術(shù)指標(biāo)要求，對其上升時間的不確定度進(jìn)行分析評定及驗證。

關(guān)鍵詞：上升時間;不確定度;穩(wěn)定性

中圖分類號：TM935.3? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：1007-9416（2020）04-0000-00

1 概述

示波器校準(zhǔn)儀9500可以用來檢定和分析1.1GHz以下的示波器的垂直偏轉(zhuǎn)系數(shù)，水平掃描時間因數(shù)、脈沖瞬態(tài)響應(yīng)、穩(wěn)態(tài)頻響等參數(shù)，檢定方法采用直接測量法，本文就示波器校準(zhǔn)儀的上升時間的不確定度進(jìn)行評定分析及驗證。

2 9500示波器校準(zhǔn)儀上升時間

測量依據(jù)：JJG262-96模擬示波器檢定規(guī)程和GJB7691-2012數(shù)字示波器檢定規(guī)程。環(huán)境條件：校準(zhǔn)室溫度20.5℃，相對濕度60%;被測對象：示波器LC564DL（756304018），1GHz帶寬;測量標(biāo)準(zhǔn)：9500示波器校準(zhǔn)儀[1]。

示波器設(shè)置如下：垂直方式：CH1 ON（V/div置基準(zhǔn)檔）;水平顯示：A（s/div置最小檔）;觸發(fā)源：內(nèi);觸發(fā)耦合：DC。

9500示波器校準(zhǔn)儀的設(shè)置：9500示波器校準(zhǔn)儀選快沿脈沖√150ps，置50mv/div*6檔，負(fù)載匹配50Ω，打開輸出，使輸出波形占示波器屏幕80%，示波器置50mv/div×6檔，負(fù)載匹配50Ω，調(diào)節(jié)示波器掃描時間系數(shù)，將波形前沿中點調(diào)節(jié)至位移屏幕中央，并使波形上升沿的10%和90%分別于坐標(biāo)的10%和90%刻度線相交[2]。

由測量方法的原理得被測示波器上升時間Tr的計算公式如下：

Tr = 擴(kuò)展后的實測掃描時間因子×L;

Tr—被測示波器上升時間的示值;

L—為波形從基本幅度的10%到90%在水平方向所占長度（div）。

3 9500示波器校準(zhǔn)儀上升時間不確定度的評定

3.1 測量不確定度的來源

（1）示波器校準(zhǔn)儀脈沖瞬態(tài)響應(yīng)輸出的不準(zhǔn)確引入的測量不確定度[3]。（2）示波器校準(zhǔn)儀脈沖瞬態(tài)響應(yīng)輸出的不穩(wěn)定引入的測量不確定度。

3.2 測量不確定度的評定

A類不確定的評定：

用一臺數(shù)字存儲示波器[4]，型號LC564DL，序號756304018，對9500的脈沖瞬態(tài)響應(yīng)輸出150ps檔進(jìn)行連續(xù)6次測量，其測量數(shù)據(jù)為：337ms，339ms，344ms，341ms，335ms，343ms。

Sn（x） = s_n （x）= √（∑_（i=1）^n？〖（Xi-X？？）/（n-1）〗）=3.49（ps）

裝置的A類不確定度為：u_A=（S_n （X））/√n=3.49（ps）/√6=1.42（ps）

B類不確定的評定：

9500示波器校準(zhǔn)儀脈沖瞬態(tài)響應(yīng)輸出的不確定度引入的測量不確定度，為B類不確定度。服從均勻分布，置信概率P=100%，取k_p=√3，則：

u_B1=25（ps）/√3=14.4（ps）

本次測量所處環(huán)境溫度、電壓、濕度等環(huán)境條件符合檢定規(guī)程要求，故忽略環(huán)境影響引入的不確定度影響。

測量過程中源與被測儀器之間的不匹配會引入不確定度，但是本裝置使用原配信號頭，匹配度良好，所以忽略由失配引起的不確定度影響。

由于人視覺的分辨力為0.05div，人員讀數(shù)引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量為u_B2：

u_B2=（0.05*500（ps））/（8√3）=1.8（ps）

合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度u_c：u_c=√（U_A^2+〖U_B1^2+U〗_B2^2 ）=14.6（PS）

擴(kuò)展不確定度U（置信概率：95%，得k=2）：

U=2u_c = 29.2（ps） ≈ 30（ps）

4 9500示波器校準(zhǔn)儀上升時間穩(wěn)定性評定

選用一臺穩(wěn)定的數(shù)字示波器LC564DL（統(tǒng)一編號為756304018），作為被檢儀器在檢定裝置上進(jìn)行重復(fù)性測量[5]，共進(jìn)行4次測量，每次測量間隔一個月，每次測量6個數(shù)據(jù)如圖1所示：

5 9500示波器校準(zhǔn)儀上升時間的驗證

選用數(shù)字示波器LC564DL，送國防科技工業(yè)5113二級計量站測得數(shù)據(jù)y，與在本標(biāo)準(zhǔn)裝置上檢定一組數(shù)據(jù)y_0進(jìn)行比對。若|y - y_0|≤U，則本標(biāo)準(zhǔn)裝置得測量不確定度評定結(jié)果合理正確[6]。

上升時間： y=330.00ps? ?y_0=334.00ps

|y - y_0|=4.00ps≤U=30ps

從比對結(jié)果看，|y - y_0|均小于擴(kuò)展不確定度U，評定的結(jié)果得到了驗證。

6 結(jié)語

本文通過對9500型示波器校準(zhǔn)儀上升時間不確定度的評定分析，儀器示波器校準(zhǔn)儀上升時間穩(wěn)定性評價，并進(jìn)行了驗證，說明了本校準(zhǔn)儀符合示波器校準(zhǔn)的需求。

參考文獻(xiàn)

[1] JJF1059-2012，測量不確定度評定與表示[S].

[2] 張露妍，肖亮.9500B型示波器校準(zhǔn)儀測量不確定度的評定[J].儀表與計量技術(shù)，2009（5）：34-35.

[3] 韓龍，朱長春，郝榮，趙俊偉.示波器上升時間計量的誤差分析[J].計量與測試技術(shù)，2011（10）53-54.

[4] 夏昱，趙國榮，張峰，等.數(shù)字示波器校準(zhǔn)的不確定評定[S].電子測量與儀器，2008（S2）：70-72.

[5] GJB7691-2012，數(shù)字示波器檢定規(guī)程[S].

[6] JJG262-96，模擬示波器檢定規(guī)程[S].

收稿日期：2020-03-13

作者簡介：鄭仕碧（1987—），女，四川內(nèi)江人，碩士，工程師，研究方向：測試計量技術(shù)及儀器。

Evaluation and Verification of Rise Time Uncertainty of Oscilloscope Calibrator

ZHENG Shi-bi

（Chongqing Sound Optoelectronics Co.， Ltd.，Tianjin? 400060）

Abstract： Rise time is an important pulse parameter of the oscilloscope calibrator. This article is based on JJF1059-2012 "Measurement Uncertainty Evaluation and Expression". According to the technical specifications of the 9500 oscilloscope calibrator， its rise time is uncertain. Analysis and evaluation.

Keywords： rise time; uncertainty;stability