СТАНДАРТ ЧАСТОТЫ И ВРЕМЕНИ ВОДОРОДНЫЙ

Полезная модель относится к квантовым стандартам частоты и времени пассивного типа и может быть использована для работы в качестве генератора высокостабильных сигналов.
Принцип действия таких приборов основан на автоподстройке частоты кварцевого генератора 5 МГц к частоте линии излучения атомов водорода, как, например, в пассивных водородных стандартах частоты и времени типа 41-76 (каталог Нижегородского НИПИ «Кварц» за 1999 г., с.35) или типа VСН-1004 (разработка Нижегородского предприятия «Время Ч»).
Недостатком вышеуказанных стандартов является наличие температурных изменений выходной частоты, которые определяются зависимостью параметров узлов квантового стандарта от окружающей температуры, что приводит к ухудшению долговременной стабильности частоты.
Известно техническое решение по свидетельству на полезную модель RU №21246, где для снижения изменения частоты выходного сигнала в зависимости от температуры в структурную схему квантового стандарта введен блок генерации термокомпенсирующего тока, включенный на входе интегрирующего усилителя. Так как сигнал управления частотой кварцевого генератора в квантовом стандарте поступает с интегрирующего усилителя, то разбаланс (смещение) нуля операционного усилителя, включенного по схеме интегратора, в зависимости от температуры приводит к смещению выходной частоты кварцевого генератора, т.е. выходной частоты квантового стандарта.
Однако такая схема сложна в реализации и не позволяет значительно улучшить долговременную стабильность частоты стандарта.
В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения принята схема водородного стандарта частоты и времени (свидетельство на полезную модель RU №21246), содержащего соединенные в кольцо перестраиваемый синтезатор, умножитель частоты, квантовый дискриминатор, кварцевый генератор и процессор автоматической подстройки частоты, который программно управляет работой прибора.
Технической задачей полезной модели является дальнейшее снижение температурной зависимости выходной частоты за счет использования сервисных возможностей процессора автоматической подстройки частоты стандарта.
Сущность технического решения задачи заключается в том, что в стандарт частоты и времени водородный, включающий последовательно соединенные в кольцо квантовый дискриминатор, преобразователь частоты, амплитудный детектор, процессор автоматической подстройки частоты (АПЧ), кварцевый генератор и смеситель, второй вход которого соединен с выходом перестраиваемого синтезатора частот, при этом второй и третий выходы процессора автоматической подстройки частоты подключены соответственно ко входу управления частотой резонатора квантового дискриминатора и ко входу модуляции перестраиваемого синтезатора, вводится датчик температуры, подключенный к второму входу процессора автоматической подстройки частоты. Это позволяет в зависимости от
измеренного значения температуры прибора процессору АПЧ изменять выходную частоту синтезатора, обеспечивая температурную компенсацию частоты выходного сигнала стандарта.
На рисунке представлена упрощенная структурная схема предлагаемого стандарта частоты.
Стандарт частоты и времени водородный включает последовательно соединенные в кольцо квантовый дискриминатор 1, преобразователь частоты 2, амплитудный детектор 3, процессор автоматической подстройки частоты 4, кварцевый генератор 5 и смеситель 6, второй вход которого соединен с выходом перестраиваемого синтезатора частот 7, при этом второй и третий выходы процессора автоматической подстройки частоты 4 подключены соответственно ко входу управления частотой резонатора квантового дискриминатора 1 и ко входу модуляции перестраиваемого синтезатора 7, а к другому (второму) входу процессора автоматической подстройки частоты подключен датчик температуры 8, выполненный на микросхеме АD7814.
Устройство работает следующим образом.
В основе принципа действия стандарта лежит автоподстройка частоты кварцевого генератора 5 к частоте линии излучения атомов водорода в дискриминаторе 1. Сигнал возбуждения дискриминатора, сформированный суммированием гармоники частоты кварцевого генератора 5 и сигнала перестраиваемого синтезатора 7, взаимодействует со спектральной линией излучения атомов водорода в дискриминаторе 1 и создает на выходе амплитудного детектора 3 сигнал ошибки, используемый процессором АПЧ
-15
для подстройки частоты кварцевого генератора на вершину спектральной линии. Изменение кода частоты перестраиваемого синтезатора 7 обеспечивает шаговую установку частоты кварцевого генератора (номинальной выходной частоты стандарта) с точностью до единицы пятнадцатого знака (1×10).
Изменение кода частоты перестраиваемого синтезатора (коррекция выходной частоты стандарта) осуществляется программно процессором АПЧ. Программа зарегистрирована свидетельством №2003610107.
В процессе изготовления стандарта частоты определяется температурная зависимость его выходной частоты от температуры путем измерения изменения частоты во всем рабочем диапазоне температур стандарта. Полученная зависимость заносится в программу процессора АПЧ для коррекции кода частоты перестраиваемого синтезатора при изменении окружающей температуры в реальных условиях дальнейшей эксплуатации.
Данные об изменении температуры процессор получает от датчика температуры 8, сигнал которого интегрируется с постоянной времени, равной тепловой постоянной времени прибора (стандарта).
Полезная модель может быть использована в пассивных водородных стандартах частоты.