Электронные часы с радиокоррекцией Советский патент 1981 года по МПК G04C11/02 

Изобретение относится к службе единого времени и может быть использовано для длительного точного хранения времени на приемных пунктах служб времени, особенно в тех случаях, ког да отсутствует возможность регулятор ных поверок местной шкалы времени и частоты опорного генератора по сигналам передающих станций службы единого времени. Известны кварцевые часы, содержащие последовательно соединенные опорный кварцевый генератор, корректор положения начальной фазы колебаний и хранитель времени, соединенный с радиоприемником и фазоизмерителем, самописец и устройство управления, подключенное к фазовращателю и через KOppeKTOji частоты к кварцевому генератору l . Недостатком этих часов является отсутствие анализа характера смещения временной шкалы и изменения частоты опорного генератора..Кроме того управляющее воздействие на шкалу времени и частоту производится по ре зультатам отдельных относительных измерений. В связи с этим возможны (и достаточно часты) ошибки при кор ректировке шкалы времени и частоты опорного генератора, а следовательно, не обеспечивается надежное хранение точного времени на длительном интервале. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению являются кварцевые часы с радиокоррекцией , содержащие радиоприемник и блок определения поправки временной шкалы,хранитель времени,блок анализа формирователь упраБЛяго1аего сигнале поправки),блок управления, корректор частоты и опорный генератор, причем выход радиоприемника соединен с первым входом блока определения поправки временной шкалы, выход которого подключен ко входу блока анализа, а выход блока управления соединен со входом корректора частоты, выход которого соединен со входом опорного генератора, а выход опорного генератора через корректор положения начальной фазы подключен ко входу хранителя времени, выход которого подключен ко второму входу блока определения поправки временной шкалы 2. Основным недостатком этих часов является недостаточная надежность хранения времени на длительном интервале, так как поддержание высокой точности хранения времени на длитель ном временном интервале требует при таком построении часов проведения частых регулярных поверок по эталонным радиосигналам и последующих регулировок частоты опорного генератора и шкалы времени хранителя. При этом регулировка шкалы времени с по мошью корректора положения начальной фазы колебаний, предполагает продолжительное корректирующее воздействиь на хранитель времени и его шкалу. Цель устройства - повышение надежности хранения времени на длитель ном временном интервале. Указанная цель достигается тем, что в устройство введены блок автоматической регулировки хода часов, реле времени, точный генератор и бл корректировки шкалы времени, которы выполнен в виде датчика временных интервалов, преобразователя поправк с регулируемым дискретом, вычислите ля набега поправки, блока контроля ввода и блока ввода, причем первый и второй выходы датчика временных интервалов подключены к первым входам соответственно преобразователя поправки с регул)яруемым дискретом и вычислителя набега поправки, перв и второй выходы преобразователя поп равки с регулируемым дискретом соединены соответственно с первым вход блока ввода и вторым входом вычислителя набега поправки, первый выхо блока ввода подключен с третьему входу вычислителя набега поправки, второй выход блока ввода - к первом входу блока контроля ввода, к выход которого подключен третий вход блока ввода, при этом вход датчика вре менных интервалов подключен ко второму выходу хранителя времени, трет выход которого соединен со вторым в дом блока контроля ввода, а второй вход хранителя времени - с третьим выходом блока ввода, второй вход которого подключен ко второму выходу блока анализа, второй вход которого соединен с выходом вычислителя набега поправки, а первый выход со вторым входом преобразователя поправки с регулируе1«алм-дискретом, третий выход датчика временных интервалов соединен с первым входом блока автоматической регулировки хода часов, второй вход которого подключен к третьему выходу блока анализа, третий эход которого соединен с первым выходом блока автома тической регулировки хода часов, вт рой выход которого соединен со входом реле времени, а третий - с первым входом точного генератора, перв и второй выходы реле времени соединены соответственно со вторым входо точного генератора и первьа. входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу точного генератора. На фиг.1 приведена структурная схема электронных часов с радиокоррекцией; на фиг.2 - временные диаграммы. Устройство содержит опорный (кваруевый) генератор1, хранитель 2 времени, блок 3 корректировки шкалы бремени, блок 4 привязки, состоящий блока 5 определения поправки временной шкалы и радиоприемника б, блсЗк 7 анализа, блок 8 автоматической регулировки хода часов, реле 9 времен}, точный генератор 10, блок 11 управления, корректор 12 частоты, датчик 13 временных интервалов, преобразователь 14 поправки с регулируемым дискретом, вычислитель 15 набега поправки, блок 16 ввода, блок 17 контроля ввода. Первый выход опорного генератора Iподключен к первому входу хранителя 2 времени, первый, второй и третий выходы хранителя времени подключены соответственно ко второму входу блока определения поправки временной шкалы 5, первому входу датчика 13 временных интервалов и второму входу блока 17 контроля ввода, первый, второй и третий входы блока 11 управления подключены соответственно ко второму выходу реле 9 времени, выходу точного генератора 10 и второму выходу опорного генератора 1, выход блока IIуправления через корректор 12 частоты подключен ко входу опорного генератора 1, первый, второй и третий выходы блока 8 автоматической регулировки хода часов соединены соответственно с третьим входом блока 7 ана-i лиза, входом реле 9 времени и первым входом точного генератора 10, первый выход реле 9 времени подключен ко второму входу точного генератора 10, первый и второй входы блока 7 анализа соединены соответственно со вторам выходом блока 5 определения поправки временной шкалы и выходом вычислителя 15 набега фазы, первый, второй и третий выходы блока 7 анализа подключены соответственно ко второму входу преобразователя 14 поправки с регулируемьам дискретом, второму входу блока 16 ввода и второму входу блока 8 автоматической регулировки хода часов, первый и гретий входы блока 16 ввода соединены соответсвенно с первым выходом преобразователя 14 поправки с регулируемь м дискретом, первый, второй и третий выходы блока 16 ввода подключены к третьему входу вычислителя 15 набега поправки, первому входу блока 17 контРО/1Я ввода и второму входу хранителя 2 времени. Первый, второй и третий выходы датчика 13 временных интервалов соединены соответственно с первым входом преобразователя 14 поправки с регулируемым дискретом, с первым входом вычислителя 15 набега поправки, и первым входом блока 8 автоматической- регулировки хода час выход радиоприемника б соединен -с первым входом блока 5 определения поправки временной шкалы. Электронные часы « радиокоррек цие1Г работают следующим образом. Источником сигнала исходной част ты для часов служит опорный генератор 1, частота которого автоматичес ки корректируется корректором 12 ча тоты.по сигналам блока 11 управления. Блок 11 управления по разрешающему сигналу с реле 9 времени, кото рое включается блоком 8 автоматичес кой регулировки хода часов, формиру ет сигнал воздействия на корректор 12 частоты, производящий подстройку частоты опорного генератора под т очный, точность установки частоты которо относительно эталонной и ее стабиль ность по крайней мере на порядок вы ше этих параметров опорного генератора. Продолжительность подстройки определяется длительностью сигнала с реле 9 времени. Перед разрешением на подстройку частоты опорного генератора 1 под частоту точного генератора 10 реле 9 времени по команде с блока 8 автоматической регулировки хода часов дает сигнал на включение точного генератора 10. При периодическом включении точного генератора 10 удлиняется его ресурс работы, а следовател но повышается надежность точного хранения времени на длительном интервале. Программа включения точного генератора 10 и формирования разрешающего- сигнала на подстройку частоты опо ного генератора - определяется блоко 7 анализа по результатам анализа хо(да часов на основании измерений поп равок на шкалу хранителя времени 2 с помощью блока 4 привязки и формируется блоком 8 автоматической регулировки хода часов. Блок 4 привязки,состоящий из радиоприемника б и блока 5 определения попра ки временной шкалы, из меряет сдвиг между временными метками хранителя 2 времени и эталонными метками службы единого времени, транслируемым по радиоканалу, и передает измеренную величину поправки в блок 7 анализа, который сопоставляет измеренную вели чину с допустимым расхождением шкал .хранителя 2 времени и эталонной,пре варительно записанной в блок 7 анализа. Как только измеренная величина превысит допустимую (згщанную) величину, в блоке 7 анализа вырабатывается сигнал ввода поправки, кото рый .одновременно с сигналом величины поправки, передается в блок 3 корректировки шкалы времени для дискрет ного сдвига шкалы хранителя времени 2 на величину.поправки. В блоке 3 корректировки шкалы времени сигнал поправки поступает на преобразователь 14 поправки с регулируемым дискретом, который формирует код сигнала поправки в виде, удобном для записи в схемы хранителя 2 времени и вычислителя 15 набега поправки, и через блок 16 ввода по сигналу ввода с блока 7 анализа передает сформированную поправку в хранитель 2 времени. Продолжительность корректирующего воздействия на шкалу времени часов при этом определяется только длительностью сигнала ввода , которая может быть доведена до крайне малых величин. В частном случае этик, сигналом может служить короткий установочный импульс. Контроль правильности ввода поправки предполагает многоканальное построение хранителя времени ,2 и осуществляется следующим образом. Поправка пС сигналу с блока 16 ввода вводится в один из каналов . хранителя времени 2, который при этом отключается от схетиы формирования сигналов времени. После- этого блок 17 контроля ввода измеряет сдвиг между временными метками корректированного и некорректированного каналов хранителя времени 2. Если величина измереннего сдвига не отличается от величины поправки более, чем на дискрет, определяемый преобразователем 14 поправки, блок 17 контроля ввода дает разрешение на ввод поправки в остальные каналы хранителя 2 времени. Если измеренный сдвиг превышает установленный дискрет, то блок 17. котроля ввода запрещает ввод поправки, в остальные каналы хранителя 2 времени и дает команду на повторение операции ввода. Таким образом гаран.тируется правильность ввода поправки в шкалу хранителя времени 2, что способствует повышению надежности точного хранения времени. Датчик 13 временных интервалов из состава блока 3 корректировки шкалы времени из меток времени хранителя времени 2 формирует временные интерва.пы между включениями точного генератора 10 для подстройки опорного генератора 1 и между корректировками шкалы времени, определяет величину дискрета вв.одимой поправки, т.е. управляет точностью ввода поправки и вырабатывает команды управления вычислителем 15 набега поправки. Кодированная поправка с преобразователя 14 поправки поступает в вычислитель 15 набега поправки, где осуществляется ее запоминание,сравнение с послеующей и вычисление набега поправки, ак разности в поправках на крайних точках интервала между измерениями

поправки, а также вычисление разности в набегах поправки на соседних оди- . наковых временных интервалах. Эти величины поступают на вход блока 7 анализа, где они регистрируются и

(. анализируются, т.е. каждое последующее значение вычисленных величин сравнивается с предыдущим ее значением. Когда разница между набегами поправки на соседних одинаковых интервалах хранения времени между измерениями поправки станет постоянной величиной с отклонениями, определяемыми нелинейностью закона старения опорного кварцевого генератора 1, прекращается проведение регулярных поверок часов и производится анализ их работы с целью определения закономерностей их хода.

На фиг.2 представлены временные диаграммы со следующими обозначениями :

гочн действительное значение

частоты точного генератора;

fg - эталонное значение частоты ;

дГ - приращение частоты генератора ; заданный интервал хранения

времени;

лТ - допустимое значение погрешности шкалы времени. Работа предлагаемы часов с момента их включения иллюстрируется временными диаграммами (фиг.2), где моменты определения поправок на шкалу хранителя времени 2 и корректировок частоты опорного генератора 1 и интертзрлы работы.

По данным анализа хода часов на нескольких первых после включения интервалах автономного хранения времени (интервалы фиг. 2) блок 7 анализа определяет:

а)вероятные поправки на шкалу времени часов за фиксированные (различные) временные интервалы;

б)периодичность подстройки частоты опорного генератора 1 под частоту точного генератора 10 и возможную

(или необходимую) периодичность корректировки шкалы времени, исходя иззаданной погрешности хранения времени на заданном временном интервале.

Кроме того, блок 7 анализа определяет поправку на частоту точного генератора 10 относительно эталонной по данньлм измерений поправок на шкалу времени на нескольких коротких,но рав ных временных интервалах,при условии постоянной на интервале единичного измерения подстройки частоты опорно:о генератора 1 под частоту точного

По окончании анализа хода часов определенная блоком 7 анализа величи на поправки на частотуи сигнал ее ввода через блок 8 автоматической регулировки хода часов поступают на

вход точного генератора 10 для корректировки его частоты.

Л.гдьнейший ход часов (на фиг. 2 t(,) прогнозируется по результатам анализа их хода на начальном участ. .ке. При этом может использоваться, например, известная зависимость погрешности хранения шкалы времени от

изменения частоты опорного генератора 1 и ряда внешних возмущающих воз-. действий. По окончании анализа хода

0 часов в блоке 8 автоматической регулировки хода часов устанавливается спрогнозированная величина поправки на шкалу времени для выбранного интервала хранения времени и формируются временные программы для включения реле 9 времени для проведения корректировок частоты опорного генератора 1 и управления блоком 16 ввода (через блок 8 анализа) для корректировQ ки шкалы времени хранителя 2 времени. Количество поверок часов по р адиосигналам при автоматическом управлении их ходом на основании предварительного анализа сведется к минимуму, что значительно расширяет область их применения, позволяя использовать часы в таких условиях, когда регулярный прием сигналов невозможен.

На интервале t.-t (фиг. 2) изображен рабочий режим часов, когда корректируется только частота опорного генератора 1, а на интервале рабочий режим часов, когда корректируется одновременно частота опорного генератора 1 и шкала хранителя

5 времени 2, Запрограммировав знак и величину поправки на шкалу времени и периодичность ввода поправок на частоту и шкалу времени, можно автоматически поддерживать высокую точQ ность хода часов практически на неограниченном BpeNKHHOM интервале без проведения регулярных поверок их хода по радиосигналам.

Формула изобретения

Электронные часы с радиокоррекцией, содержащие радиоприемник., блок определения поправки временной шкалы, хранитель времени, блок анализа, блок управления, корректор частоты и опорный генератор, причем выход радиоприемника соединен с первым входом блока определения поправки временной шкалы, выход которого подключен ко входу блока анализа, а вы1ход блока управления соединен со входом корректора частоты, выход которого соединен со входом опорного генератора, а выход опорного генератора подключен ко входу хранителя времени, выход которого подключен ко ; второму входу блока определения поправки временной шкалы, отличаюц и е с я тем,что, с целью повышения надежности хранения времени на длительном временном интервале, в яих введены блок автоматической регулировки хода часов, реле времени, точный генератор и блок корректировки шкалы времени, который выполнен 3 виде датчика временных интервалов, преобразователя поправки с регулируемым дискретом, вычислителя набега поправки, блока контроля ввода и бло ка ввода, причем первый и второй вых ды датчика временных интервалов подк лючены к первым входам соответсвенно преобразователя поправки с регулируе мым дискретом и вычислителя набега поправки,первый и второй выходы пре:обра.зователя поправки с регулируемым дискретом соединены соответственно с первым входом блока ввода и вторым входом вычислителя набега поправки, первый выход блока ввода подключен к третьему входу вычислителя набега поправки, второй выход блока ввода к первому входу блока контроля ввода, к выходу которого подключен третий вход блока ввода, при этом, первый вход датчика временных интервалов подключен ко второму выходу хранителя времени,третий выход которого соединен со вторым входом блока конт роля ввода, а второй вход .хранителя .времени - с третьим выходом блока ввода, второй вход которого подключе ко BTOpojuy выходу блока анализа, а второй вход блока анализа соединен с выходом вычислителя набега поправки, а первый выход - со вторым входом преобразователя поправки с регулируемым дискретом, третий выход датчика временных интервалов соединен с первым входом блока автоматической регулировки хода часов, второй вход которого подключен к третьему выходу блока анализа, третий вход которого соединен с первым выходом блока автоматической регулировки хода часов, второй выход которого соединен со входом реле времени, а третий - с первым входом точного генератора, первый и второй йыходы реле времени соединены соответственно со вторым входом точного генератора и первым входом блока управления, второй вход которого подключен к выходу точного генератора, а третий вход ко второму выходу опорного генератора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Габри А. Автоматическая регулировка кварцевых часов По сигналам .стандартной частоты. Annales Fran(;aises de chronometгiо , т. 16,2,1962, с.37-48. 2.Авторское свидетельство СССР № 517874, кл. G 04 С 11/02, 1976 (прототип).