JJF(闽)1061-2014 示波记录仪校准规范

福建省地方计量技术规范JJF（闽）1061－2014示波记录仪校准规范CalibrationstandardsonOscilloscopesRecorder2014－07－15发布2014－10－15实施福建省质量技术监督局发布JJF（闽）1061－2014１示波记录仪校准规范CalibrationstandardsonOscilloscopesRecorder本规范经福建省质量技术监督局2014年07月15日批准，并自2014年10月15日起施行。归口单位：福建省质量技术监督局起草单位：福建省计量科学研究院本规范由起草单位负责解释JJF（闽）1061－2014JJF（闽）1061－2014２本规范主要起草人：卓晓丹（福建省计量科学研究所）杨爱军（福建省计量科学研究院）康艳（福建省计量科学研究院）参加起草人：方杰（福建省计量科学研究院）JJF（闽）1061－20141目录1范围…………………………………………………………………………(1)2引用文献……………………………………………………………………(1)3术语和定义…………………………………………………………………(1)4概述…………………………………………………………………………(1)5计量特性……………………………………………………………………(2)6校准条件……………………………………………………………………(2)6.1环境条件……………………………………………………………(2)6.2校准用仪器设备……………………………………………………(3)7校准项目和校准方法………………………………………………………(3)7.1工作正常性检查……………………………………………………(3)7.2输入阻抗……………………………………………………………(4)7.3瞬态响应……………………………………………………………(4)7.4时基误差…………………………………………………………(6)7.5时间测量……………………………………………………………(7)7.6直流增益……………………………………………………………(8)7.7V(幅度)测量…………………………………………………………(10)7.8频带宽度……………………………………………………………(10)7.9校准信号……………………………………………………………(11)8校准结果表达………………………………………………………………(12)9复校时间………………………………………………………………………………(12)附录A测量结果不确定度评定实例……………………………………(13)附录B示波记录仪校准原始记录格式………………………………………………(19)JJF（闽）1061－20142示波记录仪校准规范1范围本规范适用于新制造、使用中和修理后的，采用模拟量离散采样、量化及数字存储技术，并能将所测量的数据以数字形式输出的各种示波记录仪（含无实时显示功能）的校准。2引用文献GB/T15289数字存储示波器通用技术条件和测试方法JJG262-1996模拟示波器检定规程JJF1048-1995数据采集系统校准规范JJF1001-2011通用计量术语及定义JJF1059.1-2012测量不确定度评定与表示JJF1071-2010国家计量校准规范编写规则IEEEStd1057-1994,IEEEStandardforDigitizingWaveformRecorders,Dec.1994使用本规范时，应注意使用上述引用文献的现行有效版本3术语和定义GB/T15289界定的术语和定义适用于本规范。3.1示波记录仪（OscilloscopesRecorder）示波记录仪是可将被测模拟信号进行离散采样、模数转换、存储，再以数字或模拟信号方式进行显示的一种测量仪器。3.2瞬态响应（InstantaneousResponse）指系统在某一典型信号输入作用下，其系统输出量从初始状态到稳定状态的变化过程。采用阶跃响应的几个参数来描述和评价其瞬态特性。3.3存储深度（StorageDepth）存储深度的含义是示波器一次采集显示可以处理的波形点数，存储深度又叫记录长度或采集长度，存储深度是采样率与采样时间的乘积。4概述JJF（闽）1061－20143示波记录仪主要用于观察、分析、测量非重复信号、重复信号、单次信号和单次触发信号等。这类仪器使用微处理器，利用模数转换器和数字式存储器采集和存储波形。其工作原理是：对输入信号，由时基电路控制，按一定时间间隔采样，通过模数转换器量化后，以二进制码的形式，将波形数据在快速存储器中存储，经触发功能电路进行条件判定、触发，结束采集过程；再以数字或模拟方式进行显示，重现波形。用于示波记录仪主要技术性能指标校准的典型波形有：直流信号、正弦波、方波等波形。5计量特性按本规范执行校准的示波记录仪的校准及检查项目为：工作正常性检查、频带宽度、瞬态响应、、扫描时间因数、直流增益、输入电阻、垂直偏转系数。使用本规范执行校准时，所能覆盖的各参数测量范围及指标，仅受校准结果的不确定度要求和所用标准仪器设备性能指标的限制，而规范本身对它们并无特别限制。示波记录仪有以下主要计量特性计量特性技术参数幅度测量误差±1%(1mV/div~10V/div)频带宽度3GHz(-3dB)上升时间0.35(ns)/(频带宽度GHz)时基误差±110-6时间测量误差（时标）±0.2%(0.5ns/div~5s/div)输入阻抗(500.5)，1M6校准条件6.1环境条件6.1.1常规条件供电电源：电压：(22011)V，频率：(501)Hz环境温度：(235)℃相对湿度：≤80%大气压强：(86~106)kPa校准过程中，周围无任何影响示波记录仪及其校准系统性能的振动、冲击及电磁辐射等。6.1.2非常规条件JJF（闽）1061－20144由用户提出，或按示波记录仪使用说明书规定的特殊要求选取。6.2校准用仪器设备校准用主要仪器设备见表1：表1计量特性校准设备名称测量范围最大允许误差幅度示波器校准仪直流电压源5mV~200V±0.02%幅度正弦信号发生器30mV~100V±0.1%频率（频带宽度）1kHz~6GHz±1×10-7脉冲幅度快前沿脉冲信号发生器（5~200）mV±2%；上升时间（100~800）ps/过冲2%±5%幅度方波信号发生器5mV~60V±0.1%时基/时标2ns~5s±1×10-7电压数字多用表5mV~200V±0.01%电阻10Ω~1GΩ±1%频率频率计10Hz~46GHz±1×10-9电压交流标准源5mV~1000V±0.05%注：1．校准用标准器的准确度指标应优于被校仪器准确度指标的3倍。2．校准中使用50同轴电缆，长度按说明书规定选取。7校准项目和校准方法7.1工作正常性检查7.1.1外观检查被校准的示波记录仪，应配有使用说明书和相应的编程软件资料；应具有产品合格证书、以及全部必备附件。示波记录仪的外形结构应完好。开关、按键、旋钮等，操作灵活可靠，标志清晰明确，外露件不应有松动和机械损伤。其铭牌或外壳上应标明其名称、生产厂家、型号、编号和出厂日期。供电电源的标志及电压和频率范围指示明确。7.1.2通电检查外观检查后，按使用说明书给示波记录仪通电、预热。让其执行自检及自校准。按使用说明书要求作内、外触发同步特性检查。将任意非零恒定信号（一般在通道测量范围上限或下限的50%~90%以内）输入示波记录JJF（闽）1061－20145仪，检查其测量和存储工作状况。按使用说明书要求及随机提供的软件，作示波记录仪与通用电子计算机通信功能的检查，应能准确无误地将数据传入计算机。必要时，对示波记录仪说明书中列出的其它功能进行检查。以上各项检查均应正常。7.2输入阻抗7.2.1方法一：示波器校准仪测量法设置示波记录仪的输入为直流耦合方式，其输入阻抗为50（或高阻1M）状态，如图1所示接线。被校示波记录仪处于开机状态，将示波记录仪输入端接到示波器校准仪的阻抗测量端上，读取示波器校准仪的电阻测量值R0，即为示波记录仪输入电阻。读取示波器校准仪的电容测量值C0，即为示波记录仪输入电容值。7.2.2方法二：数字多用表测量法设置示波记录仪的输入为直流耦合方式，其输入阻抗为50（或高阻1M）状态，然后关电源，如图2所示接线。在被校示波记录仪处于关机状态，将示波记录仪输入端接到数字多用表的电阻测量端上，读取数字多用表的电阻测量值R0，即为示波记录仪输入电阻。7.3瞬态响应接线如图3所示，选定示波记录仪的测量通道和量程，置非自动量程测量模式。设置通道为直流耦合。设置通道采集数据个数n≥1000。数字多用表⊙示波记录仪⊙⊙图2输入电阻校准连线图示波器校准仪⊙示波记录仪⊙⊙图1输入阻抗校准连线图JJF（闽）1061－20146调整被校示波记录仪的时基和触发，使信号稳定显示。图4示波记录仪阶跃响应特性示意图调节直流偏置和信号幅度，使输入阶跃脉冲信号的底值和顶值之间的部分居中覆盖约80%屏幕。调节通道采集速率（时基），直到脉冲前沿上升时间tr能准确读取。读取图4所示tr、A、b、c各值。示波记录仪的瞬态响应参数按式(3)、(4)分别计算：过冲：Sb＝b/A×100%(3)式中：Sb-—示波记录仪的过冲b-—上冲量A-—取示波记录仪上升时间25倍处的波形高度平坦部分顶部不平度：f＝c/A×100%(4)式中：f-—顶部不平度c-—顶部不平坦量A-—取示波记录仪上升时间25倍处的波形高度平坦部分快沿脉冲信号发生器⊙示波记录仪⊙⊙图3瞬态特性校准连线图匹配器JJF（闽）1061－20147当快沿脉冲信号发生器的上升时间t01/3tr时，测量结果tr即为被校示波记录仪的上升时间。当快沿脉冲信号发生器的上升时间t0≥1/3tr时，被校示波记录仪的上升时间为'rt：202'tttrr(5)式中：'rt-—示波记录仪的上升时间（t0≥1/3tr时）tr-—示波记录仪的上升时间（t01/3tr时）t0-—标准器脉冲前沿上升时间7.4时基误差7.4.1方法一（速率测量法）接线如图5所示，将示波记录仪调到被校时基档(s/div)，执行7.4时基误差获得标称值v0的采集速率测量值v，按式(6)计算时基相对误差T：00vvvT×100%(6)式中：T-—时基相对误差v0-—时基误差标称值v-—采集速率测量值7.4.2方法二（频率测量法）a)接线如图5所示，设置测量通道的量程，置非自动量程测量模式。b)设定通道采集速率v0（时基）为最高。c)设置通道采集数据个数n≥10000。d)选取输入信号频率f0；计算机正弦信号发生器⊙示波记录仪⊙⊙图5示波记录仪时基误差校准连线图匹配器JJF（闽）1061－20148e)信号源是标准周期信号源。选取输入正弦信号峰值Ep为覆盖量程50%以上的幅度值。f)调整被校示波记录仪触发，使信号稳定显示。调节直流偏置，使输入信号居中覆盖通道测量范围。g)用示波记录仪的频率周期测量功能测量获得信号频率值fr，按式(7)计算出通道时基相对误差T：00fffrT×100%(7)式中：T-—时基相对误差f0-—输入信号频率fr-—信号频率值7.4.3方法三（频率计直测法）a)接线如图6，用频率计直接测量示波记录仪的时间晶振的频率值frb)按式(7)计算出通道时基相对误差T：7.5时间测量a)接线如图7。选定示波记录仪的测量通道、量程和时基，相应的采集速率为v。b)输入适当幅度和频率的方波脉冲信号，调节直流偏置和触发，使M(≥2)个周期的信号稳定居中显示，水平方向覆盖80%屏幕。移动测量光标，读出M个信号周期的时间间隔tm。若输入信号的周期为T，则时间测量相对误差t按式(8)计算：MTMTtmt×100%