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用铷钟校准石英电子表试验

时间:2012-10-06  来源:  作者:

主角:
铷钟 LUCENT RFG-M-RB

配角:HP:5316B频率计
配角:富士 超声波麦克风

原理:用铷钟作为频率计外接频率基准,8位频率计最后一位读数可信任

数字石英表一般使用32768晶振,这个很小的晶振在工作的时候会发出非常非常微弱的振动信号,这个振动信号的频率就是32.768khz,晶振轻微振动的信号通过晶振引脚,PCB传递到外壳,带动表壳轻微振动,而超声波麦克风就是可以检拾这个非常轻微的超声波声音加以放大,整形,再分频后输出,因为手表晶振的振动非常之弱,想想几个uA的工作电流,还要一路衰减,声音传到表壳已经是弱到不能再弱的程度,所以超声波麦克风要异常灵敏,该探头需要9v电池工作,里面有超声波传感器,n个场效应管放大,再整形分频,最后32768hz的超声波分频到2hz输出,我们检测这2Hz是否准确即可分析出该表的准确度,日差和月差,为啥不直接用频率计测量手表晶振的频率?因为所有的频率检测电路直接连接到晶振,其探头的分布电容和内阻会影响晶振的负载,从而改变晶振的频率,使得我们无法检测到真正的手表的精度。

这里检测三个表,环境温度为20C下检测。

我上个月新买的廉价casio 双时钟 10年电池手表,130元
可以看到晶振在20度温度下的频率误差为4ppm, 而日差1秒为11.5PPM,所以, 这个表如果放在20c的房间里,日差为0.35s,月差为10s。

但带手上一段时间暖和后马上检测为2.0000040hz,误差为2PPM, 日差为0.2s,而这个表我已经带了40天,理论误差这40天为 8.0s,  实际累积误差也刚刚好为8秒,,所以测试结果与实际误差完全吻合。

leowood1


已经用了7,8年的casio 血压表,可以看到晶振的频率误差为10ppm, 也就是每天快 1s, 月差将近 30s


leowood2


这个是指针seiko表,可以看到晶振的频率误差为29.5ppm,为11.5PPM,所以, 这个表日差为3s,月差为90s


leowood3

对血压casio表进行校准后,在20c下的误差 0.35ppm,日差已经可以忽略不计,一会再进行实戴暖和后的试验。




这个是戴了一小会后血压casio表的准确度,几乎没有误差,
但是戴热后的频率是1.9999956hz, 也就是2.2ppm, 折合误差为日差0.2s, 月差 6s







另外最后一个心得:

手腕温度实测为31c, 也就是手表校准最好在31C的温度下校准, 20c和30c下的晶振频率的差异还是蛮大的,可以达到2PPM/10c, 温度系数大概在这个区间为0.2ppm 

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