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時(shí)間和幅度刻度檢測(cè)

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發(fā)布時(shí)間：2025-08-05 12:28:53 更新時(shí)間：2025-08-04 12:28:53

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測(cè)中心

時(shí)間和幅度刻度檢測(cè)概述

時(shí)間和幅度刻度是電子測(cè)量?jī)x器（如示波器、頻譜分析儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等）最核心、最基礎(chǔ)的性能參數(shù)之一，其精度直接決定了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。時(shí)間刻度（時(shí)基）關(guān)乎信號(hào)時(shí)間間隔、周期、頻率、上升/下降時(shí)間等參數(shù)的測(cè)量精度；幅度刻度（垂直刻度/電壓刻度）則決定了信號(hào)電壓、電平、幅度等參數(shù)的測(cè)量準(zhǔn)確性。因此，對(duì)儀器的時(shí)間和幅度刻度進(jìn)行定期、規(guī)范的檢測(cè)與校準(zhǔn)，是確保測(cè)量數(shù)據(jù)有效、滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求以及保障產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。無(wú)論是電子產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)測(cè)試，還是計(jì)量檢定、科學(xué)研究，對(duì)時(shí)間和幅度刻度的嚴(yán)格把控都不可或缺。

檢測(cè)項(xiàng)目

時(shí)間和幅度刻度檢測(cè)通常包含以下主要項(xiàng)目：

時(shí)間刻度精度：測(cè)量?jī)x器標(biāo)稱的時(shí)間間隔（如秒/格、毫秒/格、微秒/格、納秒/格）與實(shí)際時(shí)間間隔的偏差。關(guān)鍵指標(biāo)包括：周期測(cè)量精度、脈寬測(cè)量精度、上升/下降時(shí)間測(cè)量精度、時(shí)基穩(wěn)定性（時(shí)基抖動(dòng)）。
幅度刻度精度：測(cè)量?jī)x器標(biāo)稱的電壓/幅度量程（如伏特/格、毫伏/格）與實(shí)際輸入電壓的偏差。關(guān)鍵指標(biāo)包括：直流電壓測(cè)量精度、交流電壓（有效值、峰值、峰峰值）測(cè)量精度、增益精度、偏置誤差、線性度。
刻度線性度：評(píng)估在整個(gè)時(shí)間或幅度量程范圍內(nèi)，刻度誤差是否均勻分布，是否存在非線性失真。

檢測(cè)儀器

進(jìn)行時(shí)間和幅度刻度檢測(cè)需要高精度、高穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源和測(cè)量設(shè)備：

高精度信號(hào)發(fā)生器：
- 時(shí)間檢測(cè)：需具備極高頻率穩(wěn)定度和低相位噪聲的時(shí)基分析儀、脈沖/函數(shù)發(fā)生器（能產(chǎn)生精確已知時(shí)間間隔的標(biāo)準(zhǔn)脈沖、方波、斜坡信號(hào)等）。常使用銣鐘或GPS馴服的高穩(wěn)晶振作為參考源。
- 幅度檢測(cè)：需具備極高直流和交流電壓精度的校準(zhǔn)源、精密信號(hào)源（如高精度直流電壓源、多功能校準(zhǔn)器、交流電壓標(biāo)準(zhǔn)源）。其輸出精度必須遠(yuǎn)高于被測(cè)儀器。
參考測(cè)量設(shè)備：
- 高精度數(shù)字萬(wàn)用表：用于直接測(cè)量信號(hào)發(fā)生器的輸出幅度（直流/交流），作為幅度測(cè)量的真值參考。
- 高精度頻率計(jì)數(shù)器/時(shí)間間隔分析儀：用于直接測(cè)量信號(hào)發(fā)生器輸出的時(shí)間間隔（周期、脈寬等），作為時(shí)間測(cè)量的真值參考。
- 高速高精度數(shù)字化儀/示波器：有時(shí)也用作輔助測(cè)量或溯源驗(yàn)證（需其自身精度已知且足夠高）。
輔助設(shè)備：精密衰減器、終端負(fù)載、同軸電纜、接口適配器等。

檢測(cè)方法

時(shí)間和幅度刻度檢測(cè)的核心方法是將被測(cè)儀器顯示的測(cè)量值與已知的、更高精度的標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算其誤差。主要方法包括：

直接輸入標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)法 (最常用)：
- 將高精度信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的、已知幅度和/或時(shí)間特征的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（如精確的直流電壓、特定頻率/幅度的正弦波、具有確定周期/脈寬/上升時(shí)間的方波脈沖）直接輸入到被檢儀器。
- 在被檢儀器上讀取其測(cè)量結(jié)果（如顯示的電壓值、周期值、上升時(shí)間值）。
- 將讀數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源的實(shí)際值（通常由高精度萬(wàn)用表或頻率計(jì)數(shù)器/時(shí)間間隔分析儀測(cè)量確認(rèn)）進(jìn)行比較，計(jì)算誤差（絕對(duì)誤差、相對(duì)誤差）。
- 在多個(gè)時(shí)間刻度檔位（快慢掃描速度）和多個(gè)幅度刻度檔位（不同V/格設(shè)定）重復(fù)此過(guò)程，覆蓋儀器的典型使用范圍。
動(dòng)態(tài)信號(hào)特性比較法：對(duì)于示波器等時(shí)域儀器，常使用具有精確已知上升/下降時(shí)間和過(guò)沖的標(biāo)準(zhǔn)快沿脈沖，輸入后測(cè)量其實(shí)際顯示的上升/下降時(shí)間和過(guò)沖，與標(biāo)準(zhǔn)值比較，評(píng)估時(shí)間刻度（尤其是短時(shí)間）的精度以及系統(tǒng)帶寬對(duì)幅度測(cè)量的影響。
線性度測(cè)試：在選定的時(shí)間或幅度量程內(nèi)，等間隔地輸入或設(shè)置多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)，測(cè)量每個(gè)點(diǎn)的誤差，繪制誤差曲線，評(píng)估其在整個(gè)量程內(nèi)的線性度（最大偏差、非線性誤差）。

檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

時(shí)間和幅度刻度檢測(cè)需遵循國(guó)家、行業(yè)或國(guó)際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，確保檢測(cè)方法的科學(xué)性、結(jié)果的可比性和溯源性。主要標(biāo)準(zhǔn)包括：

JJF (國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范)：
- JJF 1057-1998 《數(shù)字存儲(chǔ)示波器校準(zhǔn)規(guī)范》
- JJF 1408-2013 《數(shù)字示波器校準(zhǔn)規(guī)范》
- JJF 1077-2002 《模擬示波器校準(zhǔn)規(guī)范》
- JJF 1284-2011 《數(shù)字多用表校準(zhǔn)規(guī)范》
- JJF 1637-2017 《函數(shù)/任意波形發(fā)生器校準(zhǔn)規(guī)范》
- 其他針對(duì)特定儀器（如頻譜分析儀、邏輯分析儀）的校準(zhǔn)規(guī)范。
國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) (IEC / IEEE)：
- IEC 60469-1: Pulse techniques and apparatus - Part 1: Pulse terms and definitions (脈沖術(shù)語(yǔ)和定義)
- IEC 60469-2: Pulse techniques and apparatus - Part 2: Pulse measurements and analysis, general considerations (脈沖測(cè)量與分析)
- IEEE Std 181: Standard for Transitions, Pulses, and Related Waveforms (過(guò)渡、脈沖及相關(guān)波形標(biāo)準(zhǔn))
- IEEE Std 1057: Standard for Digitizing Waveform Recorders (數(shù)字化波形記錄儀標(biāo)準(zhǔn) - 包含ADC性能測(cè)試)
- 相關(guān)儀器的國(guó)際性能標(biāo)準(zhǔn)（如IEC針對(duì)示波器的標(biāo)準(zhǔn)）。
制造商技術(shù)規(guī)范：被測(cè)儀器制造商提供的操作手冊(cè)和性能規(guī)格書(shū)中規(guī)定的出廠精度指標(biāo)，通常是檢測(cè)是否合格的直接依據(jù)。

關(guān)鍵要求：檢測(cè)所使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備（信號(hào)源和參考測(cè)量設(shè)備）必須經(jīng)過(guò)更高一級(jí)國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的檢定或校準(zhǔn)，具有有效的溯源性證書(shū)，其不確定度應(yīng)滿足（通常優(yōu)于被測(cè)儀器要求精度的3-10倍）測(cè)量要求。檢測(cè)環(huán)境（溫度、濕度、供電、電磁環(huán)境）需符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。