Электронные часы, корректируемые радиосигналами точного времени Советский патент 1977 года по МПК G04C11/02 

1

Известны электронные часы, содержащие радиоприемный блок, блок формирования корректирующего имиульса, связанный с входом корректора кварцевых часов, каскадный делитель частоты и всиомогательный делитель частоты, подключенный нараллельно каскадному делителю частоты.

Известные электроииые часы имеют значительную погрешность привязки к сигналам точного времени.

Наиболее близким но технической сущности к данному изобретению являются электронные часы, корректируемые радиосигналами и содержащие соединенные последовательно генератор опорной частоты, формирователь секунд хранимого времени и формирователь шкалы хранимого времени, радиоприемник, схему памяти сигналов точного времени, схему формироваиия минутного корректирующего импульса, соединенную со схемой управления, схему измерения погрешности иривязкн и хода часов по сигналам точного времени

(1).

Однако в этих часах иривязка шкалы хранимого времени к единому времени не является достоверной из-за неопределенности положения иереднего фронта импульса.

Для обеспечения высокой точности сведения ижал точного и хранимого времени предлагаемые электронные часы снабжены схемой

2

выделения секундных радиоимиульсов, вход которой иодключен к выходу радиоприемника, а ее выход через схему управления соединен со схемой памяти сигналов точного времени, выход которой соединен через ту же схему управления со схемой измерения погрешности привязки и хода часов, с формирователем секунд хранимого времени и с формирователем шкалы хранимого времени, первый вход схемы измерения погрешности привязки н хода часов соединен с первым выходом формирователя секунд храннмого времени, второй вход схемы измерения погрешности привязки и хода часов соединен со вторым выходом

формирователя секунд, хранимого времени, схемой компенсации погрешности, первый вход которой соединен с выходом формирователя секунд хранимого времени, второй вход схемы компенсации погрешности соедннен с переключателем ввода поправки, выход схемы компенсации погрешности соединен с третьим входом формирователя секунд хранимого времени. На чертеже представлена блок-схема опнсываемых часов, состоящих из термостатированного кварцевого генератора 1, делителя 2 частоты с коэффициентом пересчета /(сч 5 со сквозным переносом, ностроенного на цмпульсно-потенциальных элементах с двумя

устойчивымн состояниями (триггерах) со

счетным запуском; формирователя 3 секунд хранимого времени, построенного на шести счетчиках импульсов с коэффициентом пересчета , формирователя 4 шкалы хранимого времени, построенного на трех счетчиках частоты с , с и одного с с дешифраторами и блоком индикации (секунда, минута, час) и установкой текушего времени.

Схема 5 выделения секунд точного времени (СТВ) представляет собой селектируюшее устройство, которое выделяет по длительности секундный радиосигнал точного временн. Схема 6 формирования минутного корректн рующего имп)льса представляет собой селектируюш;ее устройство, которое выделяет по длительности минутный радиосигнал точного времени. Схема 7 унравлении предназначена для управления уст)ойством в зависнмос1-п от выбранного режима работы. Схема 8 памяти сигналов точного времени построена на счетчиках импульсов с и включена параллельно формирователю 3 секунд хранимого времени. Схема 9 измерения погрешности привязки и хода часов включает в себя формирователь интервала счета и знака погрешности, схему управления частотой заполнения 10 10 10, 10 Гц, три последовательно включенных счетчика погрешности с /Ссч 10 и счетчик по основанию 3 с дешифраторами и цифровой индикацией знака и величины погрешности привязки.

Схема 10 компенсации погрешности выполнена в виде дешифратора, преобразуюшего десятичное число в двоично-десятичный код, и схемы формирования импульса опроса для ввода числа в параллельном коде в формирователь 3 секунд хранимого времени.

Схема 11 автоматического управления включением радиоприемника по заданной программе формирует разрешаюший сигнал на схему 7 управления для формирования корректируюшего импульса. В состав схемы 7 управления входят логические ключи 12- 16, элементы памяти 17-19, переключатель 20 режима работы СИНХРОНИЗ СТВ переключатель 21 режима работы ИЗМЕРЕНИЕ, кнопка 22 ПУСК, переключатель 23 режима работы СИНХРОНИЗ. АВТ., переключатель 24 ввода кода и усреднитель 25 для вычисления среднеарифметической погрешности привязки.

Устройство работает следуюшим образом.

Импульсы, следующие с частотой 5 МГц, формируемые на выходе генератора 1, поступают на делитель 2, с выхода которого импульсы с частотой следования 1 МГц поступают на формирователь 3 и на схему 8. Формирователь 3 формирует секуиды хранимого времени (СХВ) и заданную сетку синхронизируюших импульсов. Схема 8 формирует секуиды точного времени (СТВ), синхронизируемые сигналами точного времени, поступающими со схемы 7 управления. Формирователь 3 и схема 8 представляют собой две нересчетные схемы с коэффициентом счета /Cc--i 10 что позволяет получить на их выходах импульсы, следующие с частотой 1 Гц (секунды хранимого и точного времени). Все счетчики построены на Г(-триггерах, выполнены на интегральных микросхемах (транзисторно-транзисторная логика) и имеют цепи установки в ноль, позволяющие производить их синхронизацию в заданный момент времени. Формнрователь 3 имеет также цепи, позволяющие вводить параллельный двоично-десятичный код со схемы 10 компенсации погрешности. В зависимости от поступающего со схемы 10 кода формирователь 3 изменяет на своем выходе временное положение секунды .1:)анимого времени относительно секунды точного времени на выходе схе.мы 8. С выхода формирователя 3 секундный сигнал хранимого временн поступает на формирователь 4 шкалы хралпмого времени, формирующий единицы п десятки секунд, единицы и десятки минут, единицы и десятки часов текущего времени и индицирующий их значение на световом табло (например, 12 ч 35 мин 59 с), и на схему 9

измерения погрешности привязки и хода часов. На второй вход схемы 9 с выхода схемы 8 через схему 7 (логический ключ 16) поступает секунда точного времени. На третий вход схемы 9 с выхода формирователя 3 постунают импульсы с частотами следования 10, , 10S 103 рц

Схема 9 измеряет временной интервал между секундами точного и хранимого времени (погрешность привязки и хода часов). Значение погрешности привязки и ее знак считываются оператором для дальнейшей обработки (вычисление среднеарифметического и среднеквадратического значения погрешности) или поступают в параллельном двоичнодесятичном коде в усреднитель 25. В усреднитель 25 со схемы 9 поступают значения погрешности привязки, не превышающие 1 мс. Усреднитель 25 высчитывает среднеарифметическое значение погрешности нривязки часов по формуле

10

2 Xi

со - и Р10

автоматически через схему 10 (фиг. 1) вводит эту погрешность в формирователь 3 секунды хранимого времени.

Схема 10 работает в двух режимах: сдвиг шкалы хранимого времени вручную (оператором) формирователя 3 и автоматический сдвиг шкалы хранимого времени формирователя 3 на среднеарифметическое значение погрешности привязки, вычисленное усреднителем 25.

Нервый режим работы устройства позволяет вручную при помощи переключателя 24 вводить среднеарифметическое значение ногрещности привязки, вычисленное оператором, а также компенсировать задержку радиосигнала на трассе распространения радио1 олн и в радиоприемном устройстве. Для этого оператор переключателем 24 импульсом опроса со схемы вводит вычисленное среднеарифметическое значение погрешности привязки в формирователь 3 секунд хранимого 5 времени. Для осуш;ествления автоматической синхронизации часов с сигналами точного времени, передаваемыми радиостанциями службы времени, служат схемы 5, 6, 7. Сигналы точного Ю времени передаются в эфир радиостанциями служб времени в виде импульсных посылок один раз в секунду длительностью 100 мс, минутная посылка выделяется по длительности (200 мс). Сигнал коррекции шкалы текуш,его времени формируется из минутного сигнала точного времени, принимаемого радиоприемными устройствами. Схема 6 выделяет по длительности минутные радиоимпульсы из сигналов 20 точного времени, поступаюшие па ее вход с выхода промежуточной частоты (ПЧ) радиоприемного устройства, и формирует импульгы прямоугольной формы длительностью 1 МКС, совпадаюшие по времени с их нача- 25 лом. Заполняющей частотой радиоимпульса является ПЧ приемного устройства. Форма огибающей радиоимпульса определяется параметрами приемного устройства и соотпошением сигнал/шум па входе радиоприемника. 30 Промежуточпая частота в радиоприемных устройствах выбрана 215 кГц, полоса пропускания 3 кГц. Таким образом, время нарастания передпего фропта составляет порядка 200 МКС. При выборе уровня привязки Uo 35 0,6 В при максимальной амплитуде сигпала 1,2 В точка привязки будет смещена на величину порядка 100 мкс относительно начала минутного сигнала точного времени. Схема 5 выделяет секундные сигналы дли- 40 тельностью мс и формирует импульсы прямоугольной формы длительностью 1 МКС, соответствующие их началу. Схема 5 построена и работает аналогично схеме 6. Сформированные импульсы со схем 45 5 и 6 поступают на логические ключи 12 и 13. В зависимости от выбранного режима работы устройства через логический ключ 14 осуществляется подключение минутных или секундных импульсов к схеме 8 памяти сиг- 50 налов точного времени для установки ее счетчиков в ПОЛЬ. Устройство работает в следующих режимах: синхронизация шкалы хранимого времени сигналов точного времени (переключатель 55 20,СИНХРОНИЗ. СТВ), измерения погрешности привязки и хода часов относительно сигналов точного времени (переключатель 21,ИЗМЕРЕНИЕ). Синхронизация шкалы хранимого времени автоматически без уча- QQ стия оператора по заданной программе коррекции часов (переключатель 23 СИНХРОНИЗ. АВТ). Режим работы СИНХРОНР13. СТВ необходим для осуществления привязки шкалы 05 15 хранимого времени к шкале единого времени по минутному сигналу точного времени. С этой целью при замыкании переключателя 20 потенциал разрешения с элемента памяти 17 поступает па логические ключи 13, 15, а на логические ключи 12, 16 - потенциал запрета. Нажатием кнопки 22 элемент памяти 18 переводится в состояние, при котором па логический ключ 14 поступает потенциал разрешения. Таким образом, на вход схемы 8 с выхода ключа 14 поступает минутный импульс точного времени, устанавливающий счетчики схемы 8 в ноль. Одновременно импульс с логического ключа 14 воздействует на элемент памяти 19. С выхода элемента памяти 19 потенциал разрешения поступает на логический ключ 15. С выхода схемы 8 сигнал точного времени, соответствуюший переднему фронту минутного импульса, задержанного на секунду, поступает через открытый логический ключ 15 на элементы памяти 19 и 18, устанавливая их в исходное состояние, и на установку в ноль счетчиков формирователя 3 и счетчпков единиц и десятков минут формирователя 4. (Часы и десятки минут формирователя 4 устанавлпваются вручную по хронометру), Таким образом, привязка П1калы хранилюго времени устройства осуществляется по переднему фронту минутного радиосигнала точпого времени. Задержка на одну секунду автоматически компенсируется в схеме 4 путем ввода в разряд счетчика десятков секунд единицы. Для повторной привязки устройства необходимо снова нажать кнопку 22. Режим ИЗМЕРЕНИЕ необходим для измерения расхождения между секундными сигналами, формируемыми устройством, и секуидными радиосигналами точного времени. В этом режиме можно определять погрешность привязки устройства к сигналам точного времени, погрешность хода устройства и вычислять их среднеарифметические и среднеквадратичные значения. Знание хода часов дает возможность интерполировать и экстраполировать поправку на любой момент времени и компенсировать ее при сведении щкал времени при плохих условиях прохождения радиоволн и тем самым значительно повысить помехоустойчивость и надежность Зстройства. Для исключения ошибок, обусловленных помехами, определение погрешности привязки и хода устройства происходит по набору измерений, выполняемых оператором. При работе в режиме ИЗМЕРЕНИЕ переключатель 21 устанавливает элемент памяти 17 в положение, при котором разрещающий потенциал поступает на логические ключи 12 и 16, а на логические ключ1 13, 15- потенциал запрета. При нажатии на кнопку 22 с элемента памятп 18 разреи1аюший потенцнал поступает па логический ключ М. При этом, со схемы 5 через логпчсскпс ключи 12 И 14 на сброс счетчиков схемы 8 поступают импульсы, соответствующие передним фронтам секундных импульсов. С выхода схемы 8 импульсы, соответствующие передним фронтам секундных импульсов точного времени, задержанные на одну секунду, ноступают через логический ключ 16 на схему 9 измерения погрешности привязки и хода часов. Одновременно импульс с логического ключа 16 поступает на элемент памяти 18, возвращая его в исходное состояние. Для повторного измерения погрешности привязки необходимо снова нажать на кнопку 22. Таким образом, в режиме ИЗМЕРЕНИЕ иа схему 9 ноступает секундный нмпульс, соответствующий переднему фронту секунды точного времени, и секундный сигнал хранимого времеин с формирователя 3. Третий режим работы устройства - синхронизация щкалы хранимого времени автоматически без участия оператора по заданной программе коррекции часов - СИНХРОНИЗ. АВТ. необходим для поддержания требуемой точности сведения щкал на неограниченно большом интервале времени без участия оператора. Этот режим позволяет использовать устройство в автоматизированных системах управления. В режиме СИНХРОНИЗ. АВТ. переключатель 23 останавливают в положение, при котором на схему 11 поступает разрешающий потенциал. Схема 11 автоматического управления включением радиоприемного устройства (РНУ) по заданной программе формирует разрешающий потенциал, поступающий на схему 7 управления для формирования минутного корректирующего импульса и к РПУ для его включения. В схеме 7 управляющий импульс воздействует на элементы памяти 17 и 18 так, что логические ключи 13, 14 и 15 открыты для прохождения корректирующего минутного импульса со схемы 6. Далее устройство работает так же, как и в режиме СИНХРОНИЗ. СТВ. Использование в устройстве новых схем и элементов: схемы выделения секундного сигнала точного времени, схемы измерения погрешности привязки и хода часов, схемы компенсации погрещности, усреднителя и схемы автоматического включения РПУ - позволяет за время сеанса работы передачи сигналов точного времени вычислить среднеарифметическую поправку часов и через схему компенсации погрешности ввести эту поправку в шкалу формирования секунд хранимого времени. В результате исключается неопределениость привязки шкалы хранимого времени к минутному сигналу точного времени или помехе и повышена точность привязки по сравнению с прототипом при воздействии помех на сигнал точного времени. Формула изобретения Электронные часы, корректируемые радиосигналами точного времени, содержащие соединенные последовательно генератор опорной частоты, формирователь секунд хранимого времени и формирователь шкалы хранимого времени, радиоприемник, схему памяти сигналов точного времени, схему формирования минутиого корректирующего импульса, соединенную со схемой управления, схему измерения иогрещности привязки и хода часов по сигналам точного времени, переключатель ввода поправки, отличающиеся тем, что, с целью обеспечения высокой точности сведения шкал точного и хранимого времени они снабжены схемой выделения секундных радиоимпульсов, вход которой подключен к выходу радиоприемника, а ее выход через схему управления соединен со схемой памяти сигналов точного времени, выход которой соединен через ту же схему управления со схемой измерения погрешности привязки и хода часов, с формирователем секунд хранимого времени и с формирователем шкалы хранимого времени, первый вход схемы измерения погрещности привязки и хода часов соединеи с первым выходом формирователя секунд хранимого времени, второй вход схемы измерения погрешности привязки и хода часов соединен со вторым выходом формирователя секунд хранимого времени, схемой компенсации погрешности, первый вход которой соединен с выходом формирователя секунд хранимого времени, второй вход схемы компенсации погрещности соединен с переключателем ввода поправки, выход схемы компенсации погрешности соединен с третьим входом формирователя секунд хранимого времени. Источник информации, принятый во внимание при экспертизе. 1. Портативные кварцевые часы. «Измериельная техника № 7, 1964, стр. 30 (прототип).