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摘要：石英晶体振荡器具有很高的频率稳定特性和良好的温度特性，因此，被广泛应用于通信、广播、导航、电子对抗及精密测量仪器中，素有无线电通信设备的心脏之称。所以，对石英晶体振荡器性能参数的测试显得特别重要。文章提出了一种石英晶体振荡器智能测量方法。该方法利用计算机控制技术，实现自动测试石英晶体振荡器的性能参数，并打印测试结果，减少了强度，提高了检测效率。
关键词：石英晶体振荡器；性能参数；自动测试；计算机控制
1 石英晶体振荡器介绍
石英晶体振荡器，石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC（线圈和电容）谐振回路、滤波器等。由于石英振荡器具有体积小、重量轻、可靠性高、具有很高的频率稳定性和良好的温度特性，因此，被广泛应用于通信、广播、导航、电子对抗及精密测量仪器中，素有无线电设备的心脏之称。石英晶体振荡器的主要特性之一是工作温度内的稳定性，它是决定振荡器价格的重要因素。稳定性愈高或温度范围愈宽，器件的价格亦愈高。晶体老化是造成频率变化的又一重要因素。晶体老化会使输出频率按照对数曲线发生变化，也就是说在产品使用的第一年，这种现象才最为显著。与稳定度有关的其他因素还包括电源电压、负载变化、相位噪声和抖动。因此在使用中对石英晶体振荡器性能参数的测试就显得特别重要。
2自动测试系统工作原理
本测试系统由铷原子频率标准PO200B—GPS提供参考10MHz标准信号，使Agilent5313XA内时基的频率精度锁定在铷原子频率标准上，Agilent5313XA是一台有12位显示的通用计数器，在10MHz时频率准确度分辨率达1E-11/1s，完全可以满足二级频率计量标准的要求。被测信号的频率值通过Agilent5313XA的GP—IB接口传递到计算机，利用本测试软件实行对晶体振荡器的各项性能参数进行自动测试，并按照国家检定规程要求计算测量结果，可画出开机特性，日波动，老化率曲线图，自动生成原始记录及检定证书，显示并打印。连结上可程控频标切换器HT2001后可对1—16台仪器内石英晶体振荡器实现全自动测试。在测试过程中，被测仪器的电源由频标切换器HT2001控制，按照检定规程的要求自动切断和接通。
3硬件结构
本测试系统利用现有设备，包括铷原子频率标准PO200B-GPS，通用计数器Agilent5313XA，频标切换器HT2001，HP82357A，IEEE488接口卡，计算机，打印机等。将铷原子频率标准PO200B-GPS的10MHz输出信号连结到通用计数器HP5313X的外接频标输入接口上，将IEEE488接口卡HP82357A的一端固定到通用计数器Agilent5313XA的GP-IB接口上，另一端插入计算机的USB接口。将USB连接线的一端固定在频标切换器HT2001的接口上，另一端固定在计算机的USB接口上。
测试系统硬件结构图如图1所示。
图1测试系统硬件结构图
PO200B-GPS铷原子频率标准在国内属于精度较高，稳定性很可靠的一种频率基准，其准确度优于1×10-10（开机1小时后）。开启GPS信号锁定1小时后，优于5×10-12。Agilent5313XA通用计数器作为一种高精度时畴参数测量仪器，利用频差倍增技术原理，可以对高精度的频率标准的准确度，长短期频率稳定度进行快速测量。HT2001频标切换器，用于多路信号的转换，它备有控制接口，由外部控制实现信号的选择、转换，用作测试系统的信号自动转换部件。
4软件设计
通电启动程序运行后，先等待键盘输入，先输入被测件信息及需要测试的项目，再输入的是所需测试的台数n。其程序流程图如图2所示。
图2软件流程图
5测试系统的功能
本系统不但能够实现简单的用户管理，管理员还可以删除、修改、新增用户；实验室工作人员可将经常接触的委托检定方存于系统中，提供修改、新增、删除等功能，还可以进行完整测试的历史查询，提供详细的测试，包括测试指标等。
主要功能是可以进行多种测试：包括自动测试和快捷测试。
自动测试，根据被检设备的类型分电子仪器内石英晶振、铷原子频率标准、石英晶振3种类型频率振荡器的检定，以上3种频率源分别遵循《JJG180-2002电子仪器内石英晶体振荡器》检定规程、《JJG292-2009铷原子频率标准》检定规程、《JJG181-2005石英晶体频率》檢定规程；测试配合HT2001标频切换器，可实现在检定电子仪器内石英晶振和石英晶振16路同时测试，铷原子频率标准10路同时测试。各种测试在数据采集和数据计算算法上完全遵循以上检规，检测完毕后，自动生成OfficeWord格式的报表。被测仪器的电源可由HT2001控制，即便是测试重现性，也可做到无人看守，减轻了测试人员的工作压力。根据所选的测试项，出具检测结果，如：开机特性、日波动、稳定度、重现性等等。
快捷测试，分为频率测试和时差测试。频率测试，对测试时间不做限制，设置闸门时间、标称频率、Agilent5313XA通道1参数后，就可以进行测试，通过暂停测试可以实时给出测试过程中的数据，给出测试结果，如：开机特性、日波动、准确度、短期稳定度，所查看的数据范围可任意选择。时差测试，对测试时间不做限制，需要对通道1和通道2的参数进行设置，外加定时开关机功能，然后进入测试，可同时测控16路通道，实现16个仪器的同时检测。通过暂停测试可以实时给出测试过程中的数据给出测试结果，如：准确度，所查看的数据范围可任意选择。
6结束语
本测试系统采用计算机控制技术，利用铷原子频率标准PO200B-GPS为基准，高精度数字频率计采集石英晶体振荡器的测试参数，电路简洁，硬件开销少，成本低，使用方便而灵活，减少了测试人员的劳动强度，启动后可以无需测试人员看管，并可根据实际情况随时停止测试，尤其适用于多台测试校准的需要，具有广泛的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1] 赵声衡 . 石英晶体振荡器 [M]. 湖南 ： 湖南大学出版社， 1997.
[2] 徐伟 . 低相位噪声石英晶体振荡器设计 [D]. 成都：电子科技大学， 2007.
[3] 费元春 . 固态倍频 [M]. 北京：高等教育出版社， 1985.
[4] 刘乐善 . 微机接口技术原理及应用 [M]. 湖北：华中理工大学出版社， 2011.
关键词：石英晶体振荡器；性能参数；自动测试；计算机控制
1 石英晶体振荡器介绍
石英晶体振荡器，石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC（线圈和电容）谐振回路、滤波器等。由于石英振荡器具有体积小、重量轻、可靠性高、具有很高的频率稳定性和良好的温度特性，因此，被广泛应用于通信、广播、导航、电子对抗及精密测量仪器中，素有无线电设备的心脏之称。石英晶体振荡器的主要特性之一是工作温度内的稳定性，它是决定振荡器价格的重要因素。稳定性愈高或温度范围愈宽，器件的价格亦愈高。晶体老化是造成频率变化的又一重要因素。晶体老化会使输出频率按照对数曲线发生变化，也就是说在产品使用的第一年，这种现象才最为显著。与稳定度有关的其他因素还包括电源电压、负载变化、相位噪声和抖动。因此在使用中对石英晶体振荡器性能参数的测试就显得特别重要。
2自动测试系统工作原理
本测试系统由铷原子频率标准PO200B—GPS提供参考10MHz标准信号，使Agilent5313XA内时基的频率精度锁定在铷原子频率标准上，Agilent5313XA是一台有12位显示的通用计数器，在10MHz时频率准确度分辨率达1E-11/1s，完全可以满足二级频率计量标准的要求。被测信号的频率值通过Agilent5313XA的GP—IB接口传递到计算机，利用本测试软件实行对晶体振荡器的各项性能参数进行自动测试，并按照国家检定规程要求计算测量结果，可画出开机特性，日波动，老化率曲线图，自动生成原始记录及检定证书，显示并打印。连结上可程控频标切换器HT2001后可对1—16台仪器内石英晶体振荡器实现全自动测试。在测试过程中，被测仪器的电源由频标切换器HT2001控制，按照检定规程的要求自动切断和接通。
3硬件结构
本测试系统利用现有设备，包括铷原子频率标准PO200B-GPS，通用计数器Agilent5313XA，频标切换器HT2001，HP82357A，IEEE488接口卡，计算机，打印机等。将铷原子频率标准PO200B-GPS的10MHz输出信号连结到通用计数器HP5313X的外接频标输入接口上，将IEEE488接口卡HP82357A的一端固定到通用计数器Agilent5313XA的GP-IB接口上，另一端插入计算机的USB接口。将USB连接线的一端固定在频标切换器HT2001的接口上，另一端固定在计算机的USB接口上。
测试系统硬件结构图如图1所示。
图1测试系统硬件结构图
PO200B-GPS铷原子频率标准在国内属于精度较高，稳定性很可靠的一种频率基准，其准确度优于1×10-10（开机1小时后）。开启GPS信号锁定1小时后，优于5×10-12。Agilent5313XA通用计数器作为一种高精度时畴参数测量仪器，利用频差倍增技术原理，可以对高精度的频率标准的准确度，长短期频率稳定度进行快速测量。HT2001频标切换器，用于多路信号的转换，它备有控制接口，由外部控制实现信号的选择、转换，用作测试系统的信号自动转换部件。
4软件设计
通电启动程序运行后，先等待键盘输入，先输入被测件信息及需要测试的项目，再输入的是所需测试的台数n。其程序流程图如图2所示。
图2软件流程图
5测试系统的功能
本系统不但能够实现简单的用户管理，管理员还可以删除、修改、新增用户；实验室工作人员可将经常接触的委托检定方存于系统中，提供修改、新增、删除等功能，还可以进行完整测试的历史查询，提供详细的测试，包括测试指标等。
主要功能是可以进行多种测试：包括自动测试和快捷测试。
自动测试，根据被检设备的类型分电子仪器内石英晶振、铷原子频率标准、石英晶振3种类型频率振荡器的检定，以上3种频率源分别遵循《JJG180-2002电子仪器内石英晶体振荡器》检定规程、《JJG292-2009铷原子频率标准》检定规程、《JJG181-2005石英晶体频率》檢定规程；测试配合HT2001标频切换器，可实现在检定电子仪器内石英晶振和石英晶振16路同时测试，铷原子频率标准10路同时测试。各种测试在数据采集和数据计算算法上完全遵循以上检规，检测完毕后，自动生成OfficeWord格式的报表。被测仪器的电源可由HT2001控制，即便是测试重现性，也可做到无人看守，减轻了测试人员的工作压力。根据所选的测试项，出具检测结果，如：开机特性、日波动、稳定度、重现性等等。
快捷测试，分为频率测试和时差测试。频率测试，对测试时间不做限制，设置闸门时间、标称频率、Agilent5313XA通道1参数后，就可以进行测试，通过暂停测试可以实时给出测试过程中的数据，给出测试结果，如：开机特性、日波动、准确度、短期稳定度，所查看的数据范围可任意选择。时差测试，对测试时间不做限制，需要对通道1和通道2的参数进行设置，外加定时开关机功能，然后进入测试，可同时测控16路通道，实现16个仪器的同时检测。通过暂停测试可以实时给出测试过程中的数据给出测试结果，如：准确度，所查看的数据范围可任意选择。
6结束语
本测试系统采用计算机控制技术，利用铷原子频率标准PO200B-GPS为基准，高精度数字频率计采集石英晶体振荡器的测试参数，电路简洁，硬件开销少，成本低，使用方便而灵活，减少了测试人员的劳动强度，启动后可以无需测试人员看管，并可根据实际情况随时停止测试，尤其适用于多台测试校准的需要，具有广泛的社会效益和经济效益。
参考文献：
[1] 赵声衡 . 石英晶体振荡器 [M]. 湖南 ： 湖南大学出版社， 1997.
[2] 徐伟 . 低相位噪声石英晶体振荡器设计 [D]. 成都：电子科技大学， 2007.
[3] 费元春 . 固态倍频 [M]. 北京：高等教育出版社， 1985.
[4] 刘乐善 . 微机接口技术原理及应用 [M]. 湖北：华中理工大学出版社， 2011.