ПАССИВНЫЙ КВАНТОВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ Советский патент 1994 года по МПК H01S1/06 

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при создании стандартов частоты.

Цель изобретения - повышение точности в условиях воздействия вибрации.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого стандарта частоты.

Стандарт частоты содержит последовательно соединенные блок 1 преобразования частоты, квантовый дискриминатор 2, блок 3 автоподстройки и кварцевый генератор 4, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом блока 1, а также последовательно соединенные вибропреобразователь 5, блок 6 анализа частоты вибрации, блок 7 управления и генератор 8, выход которого соединен с вторыми входами блока 1 и блока 3. Выход блока 7 соединен также с вторым входом блока 6 и с дополнительными входами блока 3 и генератора 8.

Блок 1 преобразования частоты содержит последовательно соединенные фазовый модулятор 9, умножитель 10 частоты и генератор 11 гармоник, выход которого является выходом блока 1. Второй вход генератора 11 соединен с выходом синтезатора 12 частоты, вход которого, являющийся первым входом блока 1 преобразования частоты, соединен с первым входом фазового модулятора 9, второй вход которого является вторым входом блока 1.

Блок 3 автоподстройки содержит последовательно соединенные усилитель 13, коммутатор 14, синхронный детектор 15 и усилитель 16 постоянного тока, выход которого является выходом блока 3. Первым входом блока 3 автоподстройки являются соединенные между собой входы усилителя 13 и усилителя 17, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 14. Блок 3 содержит также фазосдвигающее звено 18, вход которого является вторым входом блока 3, а выход соединен с вторым входом синхронного детектора 15. Третий вход блока 3 соединен с третьим входом коммутатора 14.

Блок 6 анализа частоты вибрации содержит последовательно соединенные усилитель 19, коммутатор 20, амплитудный детектор 21 и компаратор 22 напряжения, выход которого является выходом блока 6. Первым входом блока 6 являются соединенные между собой входы усилителя 19 и усилителя 23, выход которого соединен с вторым входом коммутатора 20, третий вход которого является вторым входом блока 6.

Блок 7 выполнен в виде делителя частоты импульсов на два.

Стандарт частоты работает следующим образом.

Выходным сигналом стандарта является сигнал, формируемый на выходе кварцевого генератора 4, высокая стабильность частоты которого поддерживается за счет работы экстремальной системы автоматического регулирования (блоки 1, 2, 3, 8) с модуляцией и демодуляцией.

Частота модуляции (демодуляции) в системе автоматического регулирования задается частотой выходного сигнала генератора 8. Первоначально под действием выходного сигнала блока 7 принятия решения генератор 8 формирует сигнал модуляции на частоте F_м. На эту частоту под действием выходного сигнала блока 7 настраиваются на блоки 3, 6 (путем включения в тракты прохождения сигналов усилителей 14, 20, резонансные частоты которых соответствуют частоте F_м).

Элементом, задающим высокую стабильность частоты выходного сигнала устройства, является квантовый дискриминатор 2, используемый в качестве высокодобротного контура, имеющего высокостабильную резонансную частоту f_p, на вход которого с выхода блока 1 поступает сигнал возбуждения резонанса с частотой f_в (t).

Выбор значения частоты F_м в устройстве осуществляется в пределах диапазона частот, оптимального для устройства - F_опт.н ≅ F_м ≅F_опт.в, где F_опт.в - верхнее оптимальное значение частоты сигнала модуляции (определяется инерционностью квантового дискриминатора), F_опт.н. - нижнее оптимальное значение частоты сигнала модуляции (составляет обычно десятки герц, при этом дальнейшее понижение частоты F_опт.н нецелесообразно, так как приводит к возрастанию габаритно-весовых характеристик за счет разделительных и фильтрующих конденсаторов устройства.

В блоке 1 сигнал для возбуждения квантового дискриминатора 2 формируется из выходного сигнала кварцевого генератора 4 с помощью сигнала модуляции, формируемого генератором 8. Осуществляется это следующим образом.

Сигнал, поступающий на первый вход блока 1 формирования частоты с выхода кварцевого генератора 4, представляющий собой синусоидальное напряжение с частотой f_к.г., подается на синтезатор частоты 12 и на первый вход фазового модулятора 9. На второй вход фазового модулятора 9 от генератора 8 поступает синусоидальный сигнал с частотой F_м, который используется для модуляции сигнала, приходящего от кварцевого генератора 4. С выхода фазового модулятора 9 фазомодулированный сигнал поступает на умножитель 10. Умножитель 10 осуществляет целочисленное умножение частоты сигнала, поступающего на его вход, а синтезатор 12 осуществляет некратное преобразование частоты поступающего на его вход сигнала.

Приходящие на генератор гармоник 11 сигналы от умножителя частоты 10 и синтезатора 12 подвергаются смешению и дополнительному умножению до значения, соответствующего резонансной частоте f_р квантового дискриминатора 2. Выходной сигнал блока 1 формирования частоты с выхода генератора гармоник 11 подается на вход квантового дискриминатора 2.

На выходе квантового дискриминатора 2 формируется сигнал ошибки, который поступает на первый вход блока 3 автоподстройки, на второй вход которого поступает сигнал модуляции, из которого при помощи фазосдвигающего звена 18 формируется опорный сигнал.

Выходной сигнал синхронного детектора 15 усиливается усилителем 16 постоянного тока и поступает на выход блока 3.

Выходной сигнал блока 3 представляет собой управляющее напряжение, обеспечивающее коррекцию частоты выходного сигнала кварцевого генератора 4, т. е. коррекцию частоты выходного сигнала устройства.

Для повышения точности работы при воздействии вибрации в предлагаемом пассивном стандарте частоты осуществляется управление частотой модуляции таким образом, что исключается совпадение частоты модуляции и частоты вибрации, которая воздействует на устройство. Осуществляется это с помощью дополнительно введенных блоков (5, 6, 7) следующим образом.

С помощью вибропреобразователя 5 механические колебания (вибрация) устройства преобразуются в электрический сигнал - напряжение U_вп частоты f_вибр которого соответствует частоте вибрации. Напряжение U_вп поступает на первый вход блока 6, который осуществляет оценку наличия совпадения между частотой вибрации f_вибр и частотой модуляции. (При неравенстве этих частот сигнал, поступающий с выхода блока 6 на вход блока 7 принятия решений, не вызывает изменения выходного сигнала блока 7, которое используется для управления блоком 3, блоком 6 и генератором 8).

Сигнал, поступающий на первый вход блока 6 поступает на входы усилителей 19 и 23, причем частота резонансного усиления усилителя 19 равна резонансной частоте усилителя 13 блока 3 и частоте модуляции F_м, а частота резонансного усиления усилителя 23 равна резонансной частоте усилителя 17 и частоте модуляции F_м'.

В рассматриваемом случае в тракт прохождения сигнала в блоке 6 включен усилитель 19 (с помощью коммутатора 20, управляемого выходным сигналом блока 7). Выходной сигнал усилителя 19 поступает через коммутатор 20 на вход амплитудного детектора 21. Продетектированный сигнал с выхода детектора 21 поступает на вход компаратора 22, где осуществляется сравнение его с пороговым сигналом. В случае, когда частота вибрации f_вибр далека от частоты модуляции Fм, сформированный усилителем 19 и амплитудным детектором 21 сигнал мал, компаратор 22 не срабатывает, выходной сигнал блока 6 отсутствует и блок 7 не изменяет своего состояния.

Если частота вибрации f_вибр будет меняться и станет равной частоте сигнала модуляции (f_вибр = F_м), то сформированный усилителем 19 и амплитудным детектором 21 сигнал превысит пороговый уровень, на выходе компаратора 22 появляется сигнал, под действием которого состояние блока 7 изменяется. Изменение состояния блока 7 приводит к изменению частоты модуляции, формируемой генератором 8, с F_м на F_м' и соответствующему переключению усилителей (13, 19, на 17, 23) в блоках 3 и 6, что обеспечивает равенство резонансных частот усилителей 17 и 23, включенных в цепь прохождения сигнала, и новой частоте сигнала модуляции F_м'. После такого переключения сформированный усилителем 23 и амплитудным детектором 21 сигнал оказывается меньше порогового, компаратор 22 возвращается в исходное состояние, выходной сигнал на выходе блока 6 пропадает, блок 7 сохраняет свое новое состояние.

Если частота вибрации f_вибр будет меняться и станет равной частоте сигнала модуляции (f_вибр = F_м'), то сформированный усилителем 23 и амплитудным детектором 21 сигнал превысит пороговый уровень, на выходе компаратора 22 появляется сигнал, под действием которого состояние блока 7 изменяется. Изменение состояния блока 7 приводит к изменению частоты модуляции, формируемой генератором 8, с F_м' на F_м, осуществляется соответствующее переключение усилителей (17, 23 на 13, 19) в блоках 3, 6. После такого переключения сформированный усилителем 19 и амплитудным детектором 21 сигнал оказывается меньше порогового, компаратор 22 возвращается в исходное состояние, выходной сигнал на выходе блока 6 пропадает, блок 7 сохраняет новое состояние.

Таким образом, за счет дополнительно введенных элементов осуществляется управление частотой модуляции так, что исключается совпадение частоты модуляции и частоты вибрации, которая воздействует на устройство.

Применение данного устройства позволяет повысить по сравнению с прототипом точность при воздействии вибрации и исключить возможность выхода из строя устройства во всем диапазоне частот вибрации.

Изобретение относится к квантовой электронике и может найти применение при создании стандартов частоты. Цель - повышение точности в условиях воздействия вибрации. Стандарт содержит кварцевый генератор, квантовый дискриминатор, блок преобразования частоты, блок автоподстройки и генератор. Дополнительно введены вибропреобразователь, блок анализа частоты вибрации и блок управления, выход которого соединен с вторым входом блока анализа и с дополнительными входами блока автоподстройки и генератора, позволяющие исключить ситуации, при которых частота сигнала модуляции, вырабатываемого генератором, была бы равна частоте вибрации устройства. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. ПАССИВНЫЙ КВАНТОВЫЙ СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ, содержащий последовательно соединенные блок преобразования частоты, квантовый дискриминатор, блок автоподстройки и кварцевый генератор, выход которого является выходом устройства и соединен с первым входом блока преобразования частоты, а также генератор, выход которого соединен с вторым входом блока преобразования частоты и с вторым входом блока автоподстройки, отличающийся тем, что, с целью повышения точности в условиях воздействия вибрации, введены последовательно соединенные вибропреобразователь, блок анализа частоты вибрации и блок управления, выход которого соединен с вторым входом блока анализа частоты вибрации, с дополнительным входом генератора и с дополнительным входом блока автоподстройки. 2. Пассивный стандарт частоты по п.1, отличающийся тем, что блок анализа частоты вибрации содержит последовательно соединенные первый избирательный усилитель, вход которого является входом блока анализа частоты вибрации, коммутатор, амплитудный детектор и компаратор, выход которого является выходом блока анализа частоты вибрации, а также второй избирательный усилитель, вход которого подключен к входу первого избирательного усилителя, а выход - к второму входу коммутатора, третий вход которого является вторым входом блока анализа частоты вибрации, а блок управления выполнен в виде делителя частоты импульсов на два.