示波器校准仪上升时间不确定度的评定及验证

摘要：上升时间是示波器校准仪的一项重要脉冲参数，本文以JJF1059-2012《测量不确定度评定与表示》为依据，按照9500型示波器校准仪的技术指标要求，对其上升时间的不确定度进行分析评定及验证。

关键词：上升时间;不确定度;稳定性

中图分类号：TM935.3    文献标识码：A    文章编号：1007-9416（2020）04-0000-00

1 概述

示波器校准仪9500可以用来检定和分析1.1GHz以下的示波器的垂直偏转系数，水平扫描时间因数、脉冲瞬态响应、稳态频响等参数，检定方法采用直接测量法，本文就示波器校准仪的上升时间的不确定度进行评定分析及验证。

2 9500示波器校准仪上升时间

测量依据：JJG262-96模拟示波器检定规程和GJB7691-2012数字示波器检定规程。环境条件：校准室温度20.5℃，相对湿度60%;被测对象：示波器LC564DL（756304018），1GHz带宽;测量标准：9500示波器校准仪[1]。

示波器设置如下：垂直方式：CH1 ON（V/div置基准档）;水平显示：A（s/div置最小档）;触发源：内;触发耦合：DC。

9500示波器校准仪的设置：9500示波器校准仪选快沿脉冲√150ps，置50mv/div*6档，负载匹配50Ω，打开输出，使输出波形占示波器屏幕80%，示波器置50mv/div×6档，负载匹配50Ω，调节示波器扫描时间系数，将波形前沿中点调节至位移屏幕中央，并使波形上升沿的10%和90%分别于坐标的10%和90%刻度线相交[2]。

由测量方法的原理得被测示波器上升时间Tr的计算公式如下：

Tr = 扩展后的实测扫描时间因子×L;

Tr—被测示波器上升时间的示值;

L—为波形从基本幅度的10%到90%在水平方向所占长度（div）。

3 9500示波器校准仪上升时间不确定度的评定

3.1 测量不确定度的来源

（1）示波器校准仪脉冲瞬态响应输出的不准确引入的测量不确定度[3]。（2）示波器校准仪脉冲瞬态响应输出的不稳定引入的测量不确定度。

3.2 测量不确定度的评定

A类不确定的評定：

用一台数字存储示波器[4]，型号LC564DL，序号756304018，对9500的脉冲瞬态响应输出150ps档进行连续6次测量，其测量数据为：337ms，339ms，344ms，341ms，335ms，343ms。

Sn（x） = s_n （x）= √（∑_（i=1）^n？〖（Xi-X？？）/（n-1）〗）=3.49（ps）

装置的A类不确定度为：u_A=（S_n （X））/√n=3.49（ps）/√6=1.42（ps）

B类不确定的评定：

9500示波器校准仪脉冲瞬态响应输出的不确定度引入的测量不确定度，为B类不确定度。服从均匀分布，置信概率P=100%，取k_p=√3，则：

u_B1=25（ps）/√3=14.4（ps）

本次测量所处环境温度、电压、湿度等环境条件符合检定规程要求，故忽略环境影响引入的不确定度影响。

测量过程中源与被测仪器之间的不匹配会引入不确定度，但是本装置使用原配信号头，匹配度良好，所以忽略由失配引起的不确定度影响。

由于人视觉的分辨力为0.05div，人员读数引起的标准不确定度分量为u_B2：

u_B2=（0.05*500（ps））/（8√3）=1.8（ps）

合成标准不确定度u_c：u_c=√（U_A^2+〖U_B1^2+U〗_B2^2 ）=14.6（PS）

扩展不确定度U（置信概率：95%，得k=2）：

U=2u_c = 29.2（ps） ≈ 30（ps）

4 9500示波器校准仪上升时间稳定性评定

选用一台稳定的数字示波器LC564DL（统一编号为756304018），作为被检仪器在检定装置上进行重复性测量[5]，共进行4次测量，每次测量间隔一个月，每次测量6个数据如图1所示：

5 9500示波器校准仪上升时间的验证

选用数字示波器LC564DL，送国防科技工业5113二级计量站测得数据y，与在本标准装置上检定一组数据y_0进行比对。若|y - y_0|≤U，则本标准装置得测量不确定度评定结果合理正确[6]。

上升时间： y=330.00ps   y_0=334.00ps

|y - y_0|=4.00ps≤U=30ps

从比对结果看，|y - y_0|均小于扩展不确定度U，评定的结果得到了验证。

6 结语

本文通过对9500型示波器校准仪上升时间不确定度的评定分析，仪器示波器校准仪上升时间稳定性评价，并进行了验证，说明了本校准仪符合示波器校准的需求。

参考文献

[1] JJF1059-2012，测量不确定度评定与表示[S].

[2] 张露妍，肖亮.9500B型示波器校准仪测量不确定度的评定[J].仪表与计量技术，2009（5）：34-35.

[3] 韩龙，朱长春，郝荣，赵俊伟.示波器上升时间计量的误差分析[J].计量与测试技术，2011（10）53-54.

[4] 夏昱，赵国荣，张峰，等.数字示波器校准的不确定评定[S].电子测量与仪器，2008（S2）：70-72.

[5] GJB7691-2012，数字示波器检定规程[S].

[6] JJG262-96，模拟示波器检定规程[S].

收稿日期：2020-03-13

作者简介：郑仕碧（1987—），女，四川内江人，硕士，工程师，研究方向：测试计量技术及仪器。

Evaluation and Verification of Rise Time Uncertainty of Oscilloscope Calibrator

ZHENG Shi-bi

（Chongqing Sound Optoelectronics Co.， Ltd.，Tianjin  400060）

Abstract： Rise time is an important pulse parameter of the oscilloscope calibrator. This article is based on JJF1059-2012 "Measurement Uncertainty Evaluation and Expression". According to the technical specifications of the 9500 oscilloscope calibrator， its rise time is uncertain. Analysis and evaluation.

Keywords： rise time; uncertainty;stability