ГРУППОВОЙ ХРАНИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

Полезная модель относится к области измерения частоты электрических колебаний и может быть использована при создании источников электрических колебаний, в которых необходима высокая надежность выдачи сигнала - эталонах, хранителях, стандартах частоты.
Известен групповой эталон частоты [1], содержащий n каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные стандарт частоты, умножитель разности частот, детектор разности частот, управляемый усилитель напряжения, а также устройство аварийного отключения, систему измерения, вычисления и управления, сумматор напряжений, управляемый генератор.
Устройство аварийного отключения включено между выходом детектора разности частот и вторым входом управляемого усилителя напряжения, входы системы измерения, вычисления и управления подключены ко вторым выходам стандартов частоты, которые одновременно соединены со вторыми входами детекторов разности частот, выход сумматора напряжений соединен с управляющим входом управляемого генератора; выходы управляемых усилителей напряжения каждого из n каналов соединены со входом сумматора напряжений, второй выход управляемого генератора соединен со вторыми входами каждого из n умножителей разности частот; один из управляющих выходов системы измерения, вычисления и управления соединен с управляющими входами каждого из управляемых усилителей напряжения.
Недостатком данного эталона - группового хранителя частоты является то обстоятельство, что при отключении одного из стандартов частоты выходная частота хранителя получает смещение, т.к. частоты стандартов не равны.
Такие хранители используются в тех случаях, когда данное обстоятельство не имеет существенного значения, т.к. может быть вычислена поправка на смещение частоты.
Этот недостаток отсутствует в другом известном групповом хранителе (стандарте) частоты [2], который можно взять за прототип предлагаемой полезной модели.
Данный групповой хранитель частоты содержит n каналов (где n может изменяться от 3 до 8), каждый из которых состоит из последовательно соединенных стандарта частоты, блока фазовой автоподстройки и ключа; формирователь сигналов управления, решающий блок, блок анализа фазовых ошибок, блок вычисления дисперсий и блок сравнения. Три кодовых входа блока сравнения подключены к соответствующим трем кодовым выходам блока вычисления дисперсий, кодовый выход блока сравнения подключен к кодовому входу решающего блока, выход запрета блока вычисления дисперсий соединен с входом решающего блока, тактовый и управляющий выходы формирователя сигналов управления подключены соответственно к тактовому и управляющему входам блока вычисления дисперсий, три кодовых входа которого соединены с соответствующими кодовыми выходами формирователя сигналов управления, каждый из выходов которого подключен к выходу соответствующего стандарта частоты.
Недостатком данного группового хранителя частоты является его сложность и соответственно малая надежность.
Задачей, которую решает предлагаемая полезная модель, является упрощение конструкции группового хранителя частоты, повышение надежности хранения частоты и обеспечение бесперебойной выдачи сигнала групповой частоты.
Это достигается тем, что в групповой хранитель частоты, содержащий n идентичных (где n изменяется от 3 до 8), работающих одновременно каналов, каждый из которых включает хранитель частоты и коммутатор, измерительную систему, входы которой соединены с выходами хранителей частоты, введены персональная электронная
вычислительная машина (ПЭВМ) и сумматор синусоидальных напряжений, причем один информационный вход ПЭВМ соединен с информационным выходом измерительной системы, а второй - с информационными выходами каждого из хранителей частоты, первый управляющий выход ПЭВМ соединен с управляющим входом измерительной системы, второй - с управляющими входами каждого из хранителей частоты, третий - с управляющими входами каждого из коммутаторов, выходы коммутаторов соединены с входами сумматора синусоидальных напряжений, выход которого, являющийся выходом группового хранителя частоты, соединен с (n+1)-м сигнальным входом измерительной системы.
На фиг.1 изображена структурная схема группового хранителя частоты, где обозначено:
1 - хранители частоты,
2 - коммутаторы,
3 - сумматор синусоидальных напряжений,
4 - измерительная система,
5 - ПЭВМ.
На фиг.2 изображена структурная схема измерительной системы, где обозначено:
6 - многоканальный умножитель частоты,
7 - делители входной частоты,
8 - делители выходной частоты многоканального умножителя разности частот, 9,10 -многоканальные коммутаторы,
11 - измеритель интервалов времени.
Для упрощения, на фиг.1 и фиг.2 показаны структурные схемы группового хранителя частоты и измерительной системы для случая формирования группового сигнала от трех хранителей частоты (n=3).
Групповой хранитель частоты содержит: n идентичных (где n изменяется от 3 до 8), работающих одновременно каналов, каждый из которых включает хранитель частоты 1 и коммутатор 2, сумматор синусоидальных напряжений 3, измерительную систему 4, ПЭВМ - 5. Первые выходы хранителей частоты 1 соединены с входами коммутаторов 2, выходы которых соединены с входами сумматора синусоидальных напряжений 3, вторые выходы хранителей частоты 1 соединены с сигнальными входами измерительной системы 4, один информационный вход ПЭВМ 5 соединен с информационным выходом измерительной системы 4, а второй - с информационным выходом каждого из хранителей частоты 1, первый управляющий выход ПЭВМ соединен с управляющим входом измерительной системы 4, второй - с управляющими входами каждого из хранителей частоты 1, третий - с управляющими входами каждого из коммутаторов 2, выход сумматора синусоидальных напряжений 3, являющийся одновременно выходом группового хранителя частоты, соединен с (n+1) -м сигнальным входом измерительной системы 4.
Измерительная система 4 содержит многоканальный умножитель разности частот 6, n делителей входной частоты 7, n делителей 8 выходной частоты многоканального умножителя разности частот 6 (по числу каналов), многоканальные коммутаторы (9, 10), измеритель интервалов времени 11.
Коммутаторы 2 содержат электронно-механический контакт, управляемый напряжением, сумматор синусоидальных напряжений 3 выполнен в виде трансформатора, имеющего n первичных и одну вторичную обмотку.
Групповой хранитель частоты работает следующим образом. Хранители частоты 1 непрерывно выдают синусоидальный сигнал стандартной частоты (обычно 5 МГц). Эти сигналы поступают на входы коммутаторов 2, после которых, при включенных коммутаторах, - на сумматор синусоидальных напряжений 3. Измерительная система 4 периодически проводит измерения разности фаз хранителей частоты 1 с помощью измерителя интервалов времени 11.
Для этого 1 раз в 5 минут (или другой интервал времени, задаваемый оператором) на входы измерителя интервалов времени 11 с помощью коммутаторов (9, 10) подключаются сигналы от двух хранителей частоты: один сигнал, полученный путем деления выходной частоты хранителя частоты 1 до 1 Гц, другой - полученный путем деления до 1 Гц выходного сигнала умножителя разности частот 6, в котором содержится умноженная разность частот хранителей частоты. Измеритель интервалов времени 11 измеряет разность интервалов времени между двумя сигналами, после чего вычисляется относительная разность частот двух хранителей :
1
2
ΔT, ΔT - интервалы времени, измеренные через время т, m - коэффициент умножения разности частот умножителя разности частот 6. Таким образом, проводятся измерения разности фаз и частот всех пар стандартов, после чего ПЭВМ 5 проводит анализ результатов измерений. В случае отклонения от заданного допуска, она определяет хранитель частоты, у которого произошло отклонение частоты и выключает соответствующий коммутатор 2. Кроме того, ПЭВМ 5 проводит анализ исправности хранителей частоты 1. При появлении на информационном выходе хранителей частоты сигнала о неисправности, ПЭВМ 5 с помощью коммутатора 2, отключает соответствующий канал от сумматора синусоидальных напряжений 3.
Каждые сутки ПЭВМ 5 выполняет определение лучшего хранителя группы путем статистической обработки результатов взаимных сличений, и присваивает ему признак опорного генератора.
1 раз в сутки ПЭВМ 5 определяет средние за сутки отклонения частот каждого хранителя частоты от частоты хранителя, принятого за опорный и проводит коррекцию фаз и частот хранителей частоты до их совпадения с фазой и частотой опорного хранителя. При этом коррекция частоты осуществляется путем изменения частоты стандартов, а коррекция фазы - также путем изменения частоты на определенное время At, определяемое из выражения:
Δφ - разность фаз в радианах,
- - относительная разность частот, на которую надо изменить частоту хранителя частоты относительно частоты опорного хранителя;
Δt - интервал времени, в течение которого необходимо проводить изменение частоты на величину .
На время Δt ПЭВМ 5 отключает хранитель частоты, в котором проводится коррекция фазы, от сумматора синусоидальных напряжений 3.
На выходе сумматора синусоидальных напряжений 3 образуется сигнал, частота и фаза которого равна сумме частот и фаз сигналов, поступающих на вход сумматора. Поскольку все частоты и фазы равны с определенной точностью, то при неисправности одного из хранителей частоты и его отключении от сумматора синусоидальных напряжений частота и фаза суммарного сигнала будет оставаться постоянной с заданной точностью.
Данный групповой хранитель частоты разрабатывается в настоящее время для использования в центральном синхронизаторе глобальной спутниковой радионавигационной системы «Глонасс». Результаты предварительных испытаний опытного образца группового хранителя частоты, проведенные на базе ФГУП ННИПИ «Кварц», подтвердили высокую надежность хранения частоты.
Библиографические данные
1. Патент РФ на изобретение №2009536 «Групповой эталон частоты и времени, Логачев В.А., Пастухов А.В., Сахаров Б.А., Ульянов А.А. Опубл. Бюл. «Изобретения» №5, 15.03.94 г.
2. Авторское свидетельство СССР №1198750 «Групповой стандарт частоты», В.Г. Рябцев, В.Н. Кошеляев, В.И. Цветков. Опубл. Бюл. «Открытия, изобретения» №46, 15.12.85 г.