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Construction of NIMDO-Based Time and Frequency Measurement Standard
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摘要: 传统时间频率计量标准中多由铷原子频率标准或高稳晶振提供参考频率，铷原子频率标准等需定期向上一级计量标准溯源，溯源过程检定周期长且仪器在送检过程中易受损。提出以时间频率标准装置(NIMDO)为核心的远程时间频率溯源系统，实现时间频率实时溯源至原子时标国家计量基准UTC(NIM)，以NIMDO作为参考频率源，构建众多时间频率领域内的计量标准，形成从国家计量基准到工作计量器具的三级溯源体系。
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关键词:
- 原子时标国家计量基准 /
- 远程时间频率 /
- 溯源系统 /
- 时间频率标准装置
Abstract: Traditional time and frequency measurement standards are mostly provided by rubidium atomic frequency standards or high stability crystal oscillators, and rubidium atomic frequency standards need to be periodically traced to higher-level measurement standards, which has a long calibration period, and the instruments are easily damaged during the process of sending them for inspection. The proposed remote time and frequency traceability system with the time and frequency standard device (NIMDO) as the core realizes real-time time and frequency traceability to the atomic time scale national primary standard UTC (NIM) and uses NIMDO as the reference frequency source to build many measurement standards in the time and frequency field, forming a three-level traceability system from the national primary standard to the measuring instruments. -
表 1 基于NIMDO可构建的计量标准所依据的规程规范
Table 1. Regulations and specifications based on the measurement standards constructed by NIMDO
序号 检定规程或校准规范 1 JJG180-2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器检定规程》 2 JJG238-2018《时间间隔测量仪检定规程》 3 JJG349-2014《通用计数器检定规程》 4 JJG545-2015《频标比对器检定规程》 5 JJG601-2003《时间检定仪检定规程》 6 JJG723-2008《时间间隔发生器检定规程》 7 JJF1662-2017《时钟测试仪校准规范》 8 JJG722-2018《标准数字时钟检定规程》 9 JJF1206-2018《时间与频率标准远程校准规范》 
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表 2 NIMDO频率稳定度校准结果
Table 2. NIMDO frequency stability calibration results
采样间隔/s 频率稳定度 1 1.9×10−11 10 4.2×10−12 100 9.0×10−13 1000 1.3×10−12 10000 3.5×10−13
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表 3 电子测量仪器内石英晶体振荡器
Table 3. Quartz crystal oscillator in electronic measuring instrument
检定规程/校准规范 适用于的检校设备 标准器 检校参数 JJG180-2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器检定规程》 电子测量仪器内石英晶体振荡器 参考频标 输出标准频率 通用计数器 电子测量仪器内晶振相对平均频率偏差 频标比对器 晶振的开机特性、日频率老化率、1 s频率稳定度、
频率复现性、频率准确度等时间间隔测量仪 测量标准时间间隔 时间间隔发生器 输出标准时间间隔
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表 4 时间间隔测量仪检定装置所需的设备
Table 4. Equipment required for verification device of time interval measuring instrument
检定规程/校准规范 适用于的检校设备 标准器 检校参数 JJG238-2018《时间间隔测量仪检定规程》 时间间隔测量仪 参考频标 内置晶体振荡器的检定 频标比对器 时间间隔发生器 时间间隔测量范围及测量误差
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表 5 通用计数器检定装置所需设备
Table 5. Equipment required for verification device of universal counter
检定规程/校准规范 适用于的检校设备 标准器 检校参数 JJG349-2014《通用计数器检定规程》 通用计数器或数字频率计 参考频标 内置晶体振荡器的检定 频标比对器 时间间隔发生器 周期测量范围、输入灵敏度及测量误差和
脉冲宽度、两个正/负脉冲时间间隔合成信号发生器 频率测量范围、输入灵敏度及测量误差
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表 6 频标比对器检定装置所需设备
Table 6. Equipment required for verification device of frequency standard comparator
检定规程/校准规范 适用于的检校设备 标准器 检校参数 JJG545-2015《频标比对器检定规程》 频标比对器 参考频标 输出标准频率、比对不确定度 频率合成器 功率计 输入灵敏度 衰减器 功分器
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表 7 时间检定仪检定装置所需设备
Table 7. Equipment required for verification device of time calibrator
检定规程/校准规范 适用于的检校设备 标准器 检校参数 JJG601-2003《时间检定仪检定规程》 时间检定仪（电子毫秒计检定仪，
秒表检定仪，电秒表检定仪）参考频标 内部晶体振荡器 频标比对器 时间间隔测量仪 输入灵敏度 光/电转换器
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表 8 时间间隔发生器检定装置所需设备
Table 8. Equipment required for verification device of time interval generator
检定规程/校准规范 适用于的检校设备 标准器 检校参数 JJG723-2008《时间间隔发生器检定规程》 时间间隔发生器 参考频标 内部晶体振荡器 频标比对器 时间间隔测量仪 连续脉冲周期、连续脉冲宽度、正脉冲宽度、负脉冲宽度、单脉冲宽度、延迟时间、两个单脉冲间的时间间隔 示波器 脉冲上升、下降时间及脉冲幅度
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表 9 时钟测试仪校准装置所需设备
Table 9. Equipment required for calibration device of clock tester
检定规程/校准规范 适用于的检校设备 标准器 检校参数 JJF1662-2017《时钟测试仪校准规范》 时钟测试仪（用于测量电能表日计时
误差等计量性能的）参考频标 开机特性、相对平均频率偏差 通用计数器 函数信号发生器 日计时误差、频率测量 参考时钟 时钟时刻误差
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表 10 标准数字时钟检定装置所需设备
Table 10. Equipment required for verification device of standard digital clock
检定规程/校准规范 适用于的检校设备 标准器 检校参数 JJG722-2018《标准数字时钟》 标准数字时钟（包括GNSS授时型标准数字时钟） 参考时钟 同步偏差、延时量、钟速 时间间隔测量仪 频标比对器 频率长期参数
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表 11 时间与频率标准远程校准装置所需设备
Table 11. Equipment required for remote calibration device of time and frequency standard
检定规程/校准规范 适用于的检校设备 标准器 检校参数 JJF1206-2018《时间与频率标准远程校准规范》 时间标准、频率标准 参考频率标准 时间偏差、时间稳定度 参考时间标准 GNSS时间频率传递装置 频率偏差、频率日漂移率、频率稳定度
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[1] Liang Kun, Yang Hang, Zuo Fei, et al. Disciplined oscillator system by UTC(NIM) for remote time and frequency traceability[C]. European Frequency & Time Forum. Neuchatel: Switzerland IEEE, 2015. [2] Liang Kun, Zuo Fei, Pei Chao, et al. Real-Time Remote Calibration (RTRC) System for Time and Frequency[C]. Proceedings of IFCS-EFTF2013. Prague: Czech, 2013. [3] Liang Kun, Chen Qingyi, Han Kai, et al. Replicating UTC(NIM) remotely for time and frequency traceability[J]. International Journal of Electrical Engineering, 2019, 26(4): 147-156. [4] 国家质量监督检验检疫总局. 电子测量仪器内石英晶体振荡器检定规程: JJG180-2002[S]. 北京: 中国计量出版社, 2003. [5] 国家质量监督检验检疫总局. 时间间隔测量仪检定规程: JJG238-2018[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018. [6] 国家质量监督检验检疫总局. 通用计数器检定规程: JJG349-2014[S]. 北京: 中国质检出版社, 2015. [7] 国家质量监督检验检疫总局. 频标比对器检定规程: JJG545-2015[S]. 北京: 中国质检出版社, 2016. [8] 国家质量监督检验检疫总局. 时间检定仪检定规程: JJG601-2003[S]. 北京: 中国计量出版社, 2005. [9] 国家质量监督检验检疫总局. 时间间隔发生器检定规程: JJG723-2008[S]. 北京: 中国质检出版社, 2018. [10] 国家质量监督检验检疫总局. 时钟测试仪校准规范: JJF1662-2017[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018. [11] 国家质量监督检验检疫总局. 标准数字时钟检定规程: JJG722-2018[S]. 北京: 中国标准出版社, 2018. [12] 国家市场监督管理总局. 时间与频率标准远程校准规范: JJF1206-2018[S]. 北京: 中国质检出版社, 2019. -
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