頻譜分析儀測量不確定度評估

1、五十九、頻譜分析儀不確定度評估1 儀器設備說明名稱使用規(guī)格信號發(fā)生器范 圍: -120dBm15dBm范 圍:5kHz3000MHz測量接收機范 圍: -127dBm30dBm范 圍: 150kHz2.05GHz 被測對象：頻譜分析儀，頻率：(0.11300)MHz，電平：（+10-127）dBm2 中心頻率測量不確定度評定2.2.1校準方法將待校頻譜分析儀與高頻信號發(fā)生器對接,由高頻信號發(fā)生器輸出信號輸入到待校頻譜分析儀進行測量,在待校頻譜分析儀上讀得相應的示值.4.2.2校準系統(tǒng)示意圖待校頻譜分析儀高頻信號發(fā)生器2.2.3數(shù)學模型設待校頻譜分析儀中心頻率示值為Y, 信號發(fā)生器輸出信號頻率為

2、X ,則兩者比較得偏移量D,待校頻譜分析儀中心頻率示值誤差可表示為:D =Y -X2.2.4不確定度來源分析及不確定度評定在實驗室環(huán)境下,Y不確定度主要來源于待校頻譜分析儀頻率的示值測量重復性，分辨力；X不確定度主要來源于高穩(wěn)頻率標準的日頻率穩(wěn)定度、信號發(fā)生器的調(diào)節(jié)細度引入的不確定度等.2.2.4.1 由待校件的重復性給出的標準不確定度分量u(Y1) A類不確定度將被校頻譜分析儀掃頻寬度置100kHz，信號發(fā)生器輸出頻率為1000MHz的正弦波信號給待校頻譜分析儀,并讀取其示值,進行10次等精度測量,所得資料如下表所示.999.989999.989999.988999.989999.99099

3、9.989999.888999.987999.988999.987由計算公式: ，計算各測量值的重復性引入的標準不確定度如下表所示：評定點(MHz)標準不確定度(MHz)10000.00102.2.4.2 由待校件的分辨力給出的標準不確定度分量u(Y2) B類不確定度待校件測量1000MHz頻率時的分辨力為0.001MHz，其區(qū)間半寬度值為：0.0005MHz，假設其在區(qū)間內(nèi)屬均勻分布，故：MHz=0.00029MHz, 則待校件分辨力引入的標準不確定度評定如下表所示: 評定點(MHz)分辨力(MHz)標準不確定度(MHz)10000.0012.9×10-42.2.4.3由信號發(fā)生器

4、的調(diào)細度給出的不確定度分量u B類不確定度信號發(fā)生器輸出頻率為1000MHz時的輸出值為1000.0000MHz，調(diào)細度為0.0001MHz，在區(qū)間的半寬度值為：0.00005，假設其在區(qū)間內(nèi)為均勻分布，故：u=0.00005/=0.000029MHz,則由高頻信號發(fā)生器的調(diào)節(jié)細度給出的標準不確定度如下表所示：評定點(MHz)調(diào)細度(MHz)標準不確定度(MHz)10000.00012.9×10-52.2.5 合成標準不確定度2.2.5.1 靈敏系數(shù)由數(shù)學模型: =Y-X；則靈敏系數(shù)ci為: ； 則待校頻譜分析儀與高穩(wěn)頻率標準各分量的靈敏系數(shù)可表示為:； 2.2.6 合成標準不確定度

5、的評定:根據(jù)方差公式: 則代入各靈敏系數(shù)，可簡化為：1.04*10-3MHz此,各評定點的合成標準不確定度如下表所示:評定點(MHz)合成標準不確定度(MHz)10001.04×10-32.2.8 標準不確定度匯總表綜上所述，各校準點的標準不確定度可匯總如下：1000MHz 標準不確定度匯總表不確定度分量不確定度來源分類概率分布包含因子標準不確定度u(xi)（MHz）靈敏系數(shù)Ci|Ci|·u(xi) （MHz）待校件u(Y)u(Y1)測量重復性A11.0×10-311.0×10-3u(Y2)分辨力B均勻2.9×10-412.9×10-

6、4u(X3)標準件調(diào)節(jié)細度B均勻2.9×10-5-12.9×10-5合成標準不確定度uc =1.04×10-3 MHz2.2.9 擴展不確定度評定取置信概率p=95%,k=2,根據(jù)擴展不確定度公式,相對擴展不確定度可由擴展不確定度U除以被檢頻率值得到，由此，評定點的擴展不確定度及其相對擴展不確定度如下表所示：評定點(MHz)合成標準不確定度(MHz)包含因子擴展不確定度(MHz)相對擴展不確定度10001.04×10-322.08×10-32.08×10-62.2.10 測量不確定度的報告與表示：綜合以上所述,取置信概率為p=95%

7、, 則頻譜分析儀中心頻率(1000MHz)測量結果的相對擴展不確定度: Urel =1.9×10-6， k =2 3 參考電平測量不確定度評估3.1 校準方法:將信號發(fā)生器的輸出信號直接輸入到待校頻譜分析儀來校準頻譜分析儀參考電平的誤差.以下分析高頻信號發(fā)生器和測量接收機校準頻譜分析儀參考電平為0dBm時的測量不確定度.3.2 校準系統(tǒng)示意圖:高頻信號發(fā)生器待校頻譜分析儀測量接收機3.3 數(shù)學模型:將高頻信號發(fā)生器的輸出信號輸入到測量接收機,再將此信號輸入到待校頻譜分析儀,. 頻譜分析儀的參考電平標稱值為P,標準儀器的輸出實際值為PS,，故參考電平誤差表示為：PDPPS3.4不確定度

8、來源分析及不確定度評定 在實驗室環(huán)境下,P不確定度主要來源于待校頻譜分析儀頻率的測量重復性；Ps 不確定度主要來源于測量系統(tǒng)引入的不確定度、高頻信號發(fā)生器的調(diào)節(jié)細度引起的不確定度；3.4.1由待校件的重復性給出的標準不確定度分量u(P)選取基準參考電平和參考電平刻度線后，將頻譜分析儀參考電平設為0 dBm，調(diào)節(jié)高頻信號發(fā)生器輸出電平，使屏幕顯示波形波峰穩(wěn)定在參考電平刻度位置，再將高頻信號發(fā)生器的輸出信號輸入到測量接收機，記錄測量值，計算參考電平誤差，重復10次，進行10次等精度測量，所得資料如下表所示：0.350.05-0.040.36-0.070.250.260.240.04-0.01測量結

9、果取1次讀數(shù),根據(jù)公式： u(P1)=0.1654dBm；即0.0380mW，相對1mW為3.80%，因此u(t1)=3.80%,計算各測量值的重復性引入的標準不確定度如下表所示，評定點(dBm)標準不確定度03.80%由于是調(diào)節(jié)待校頻譜分析儀之波形位置,讀取信號發(fā)生器標準值，所以待校頻譜分析儀讀數(shù)分辨力所引起的不確定度已包含在復現(xiàn)性條件下所得測量列的分散性中,故不必再分析.3.4.2由測量接收機的校準證書給出的不確定度分量u(m3) B類不確定度 校準證書給出的測量接收機在測量功率電平0 dBm時的不確定度為0.001dB,轉化為電平數(shù)在0dBm檔即0.00023mW,相對1mW即0.023

10、%由置信概率為95%,則:u(m3)=0.023%/2=0.012%3.4.3由測量接收機測量分辨率引入的不確定度分量u(m4) B類不確定度測量接收機功率電平測量分辨力為0.01dBm,轉化為電平數(shù)在0dBm檔即0.0023mW,相對1mW即0.23%,屬均勻分布,則u(m4)=0.07%3.4.4由高頻信號發(fā)生器的調(diào)細度引入的不確定度分量 u(Ps2) B類不確定度由于高頻信號發(fā)生器輸出電平時的調(diào)細度為0.1dBm，轉化為電平數(shù)在0dBm檔即0.023mW，相對1mW即2.3%，在區(qū)間內(nèi)的半寬度值為1.15%，假設其在區(qū)間內(nèi)屬均勻分布，則：u(Ps2);則由E4421B的調(diào)細度引入的不確定

11、度如下表所示：評定點(dBm)調(diào)細度(dBm)標準不確定度00.10.67%3.5 合成標準不確定度的評定3.5.1 靈敏系數(shù)由數(shù)學模型: =Y-X；則靈敏系數(shù)ci為: ； 則待校頻譜分析儀與高頻信號發(fā)生器各分量的靈敏系數(shù)可表示為:； 3.5.2 合成標準不確定度的評定:根據(jù)方差公式: 則代入各靈敏系數(shù)，可簡化為：0.0312由此,各評定點的合成標準不確定度如下表所示:評定點(dBm)合成標準不確定度00.03123.6 標準不確定度匯總表綜合以上所述,可將各標準不確定度分項源概括如下表 標準不確定度一覽表標準不確定度分量不確定度來源標準不確定度值(%)C iu(t)測量重復性3.8013.80u(t)信號發(fā)生器的調(diào)節(jié)細度0.67-10.67u(m3)證書不確定度0.012-10.012u(m2)測量分辨力0.07-10.07合成標準不確定度 uc=3.86%3.7 擴展不確定度評定:取置信概率p=95%,k=2,根據(jù)擴展不確定度公式,