способ хранения частоты электрических колебаний

Формула изобретения

Способ хранения частоты электрических колебаний мерой частоты, содержащий повторяемые через интервалы времени T_i (i= 1, 2, . . . номер интервала времени), начиная с начального момента времени, операции измерения отклонения частоты меры от частоты эталона и коррекции частоты на величину измеренного отклонения, отличающийся тем, что дополнительно на протяжении каждого интервала времени Т_i, начиная с Т₂ в моменты времени kt (k= l, 2, . . . , - , t много меньше T_i) корректируют частоту меры на величину



где _i-1 - величина дополнительной коррекции частоты меры в моменты времени kt на интервале времени T_i-1, при этом ₁ = 0;

T_i-1 - величина (i-1)-го интервала времени, через который осуществляют измерение отклонения частоты меры от частоты эталона и коррекцию частоты меры на величину измеренного отклонения;

t - интервал времени, через который дополнительно корректируют частоту меры;

f_i-1 - отклонение частоты меры от частоты эталона, измеренное в конце (или на протяжении) интервала Т_i-1.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области метрологии и может быть использовано при эксплуатации мер частоты (иногда будем называть их просто мерами).

Известен способ хранения частоты колебаний мерой частоты [1] , содержащий повторяемые через интервалы времени Т_i (где i номер интервала времени) операции измерения отклонения частоты меры от частоты эталона f_i и коррекции частоты меры на величину f_i. Измерение отклонения частоты меры от частоты пространственно удаленного эталона может проводиться по радио, телевизионным или спутниковым сигналам или методом транспортируемых часов, а от частоты эталона, расположенного в непосредственной близости к мере, с помощью частотных или фазовых компараторов и электронно-счетных частотомеров.

Интервал Т_i, через который измеряют отклонение частоты меры, зависит от погрешности меры по частоте, которую надо получить, погрешности измерений, от доступности эталона во времени (он может работать не непрерывно, а включаться время от времени, например, 1 раз в 3 месяца) и других факторов.

Так, например, погрешность измерений частоты по радиосигналам составляет ~ 110^-12 при измерениях в течение 1 суток, и для получения погрешности меры по частоте ~ 110^-14 необходимо измерения проводить непрерывно в течение 100 суток, при этом коррекцию частоты меры можно проводить лишь 1 раз в 100 суток.

Если измерения проводятся с помощью транспортируемых часов, то при больших расстояниях между мерой и эталоном (сотни и тысячи км) проводить такие измерения затруднительно, поэтому они проводятся не чаще 1 раза в месяц или даже в квартал.

Данный способ хранения частоты колебаний по совокупности существенных признаков взят за прототип.

Недостатком прототипа является большая погрешность меры по частоте, получаемая данным способом, из-за наличия систематического дрейфа частоты, который имеется даже у таких высокостабильных мер, какими являются квантовые водородные стандарты частоты.

Так, например, сравнительно небольшой дрейф частоты водородного стандарта ~ 110^-15 в сутки приводит к отклонению частоты меры (погрешности по частоте) ~ 10^-13 за 3 месяца, а современные требования к высокоточным мерам частоты значительно выше.

Предлагаемое изобретение решает проблему уменьшения погрешности по частоте мер, периодически сравниваемых с эталоном.

Сущность предлагаемого изобретения состоит в том, что в способе хранения частоты электрических колебаний, содержащем повторяемые через интервалы времени Т_i (где i= 1, 2, 3, . . . номер интервала времени), начиная с начального момента времени, операции измерения отклонения частоты меры от частоты эталона и коррекции частоты меры на величину измеренного отклонения, дополнительно на протяжении каждого интервала времени Т_i, начиная с интервала Т₂, в моменты времени кt (к= 1,2, . . . , , t много меньше Т_i) корректируют частоту меры на величину



где _i-1 - величина дополнительной коррекции частоты меры в моменты времени kt на интервале времени Т_i-1, при этом ₁= 0;

Т_i-1 величина (i-1)-гo интервала времени, через который осуществляют измерение отклонения частоты меры от частоты эталона и коррекцию частоты меры на величину измеренного отклонения;

t интервал времени, через который дополнительно корректируют частоту меры;

f_i-1 отклонение частоты меры от частоты эталона, измеренное в конце интервала времени T_i-1.

На фиг. 1 штрих-пунктирными линиями изображено изменение во времени отклонения частоты меры от частоты эталона по способу, принятому за прототип, а сплошными линиями по предлагаемому способу.

На фиг. 2 приведена структурная схема одного из возможных вариантов устройства, реализующего предлагаемый способ, в котором измерение отклонения частоты меры от частоты эталона осуществляется с помощью частотного компаратора и электронно-счетного частотомера, где обозначено:

1 мера частоты;

2 эталон (частоты);

3 частотный компаратор;

4 электронно-счетный частотомер.

Реализация предлагаемого способа хранения частоты электрических колебаний включает проведение следующих операций:

- измерение отклонения частоты меры 1 от частоты эталона 2 f_i с помощью частотного компаратора 3 и электронно-счетного частотомера 4, повторяемое через интервалы времени Т_i (где i= 1, 2, . . . номер интервала), начиная с начального момента времени;

- коррекция частоты меры 1 на величину f_i повторяемая через интервалы времени Т_i, начиная с начального момента времени;

- коррекция частоты меры 1 в течение интервала Т_i (начиная с T₂) в моменты времени kt (k= 1, 2, . . . , , t<) на величину , определяемую согласно выражению (1).

Процесс хранения частоты и проводимые вычисления осуществляют в следующем порядке.

В начальный момент времени с помощью частотного компаратора 3 и электронно-счетного частотомера 4 измеряют отклонение частоты меры 1 от частоты эталона 2 f₀ и частоту меры 1 корректируют на величину f₀ до совпадения с частотой эталона 2.

Операцию измерения отклонения частоты меры 1 повторяют в момент времени T₁ и частоту меры корректируют на величину f₁, полученную в результате измерения.

Величина есть фактическая скорость систематического дрейфа частоты меры 1 на интервале времени T₁. Такую же величину скорости прогнозируют на интервал Т₂.

На интервале времени Т₂ в моменты времени kt (k= 1, 2 . . . , , t<, ) проводят коррекцию частоты меры 1 на величину ₂, где .

Из-за погрешности измерений и несоответствия фактического изменения частоты прогнозируемому в конце интервала Т₂ частота меры 1 будет иметь отклонение от частоты эталона 2, равное f₂, которое измеряют с помощью частотного компаратора 3 и электронно-счетного частотомера 4 и частоту меры 1 корректируют на величину f₂.

Таким образом, фактическая скорость систематического дрейфа частоты меры 1 на интервале Т₂ равна .

Такую же величину скорости дрейфа прогнозируют на интервал ₃, на котором в моменты времени kt проводят коррекцию частоты меры 1 на величину ₃, где .

Далее процесс повторяется.

На i-ом интервале времени Т_i коррекцию частоты меры 1 в моменты времени kt проводят на величину _i,, где _i определяется согласно выражению (1).

Аналогичные операции проводят, когда измерения отклонения частоты меры 1 от частоты эталона 2 осуществляют не с помощью частотного компаратора и электронно-счетного частотомера, а с помощью радио или телевизионных приемников. В этом случае измерения проводят не в момент Т_i, а непрерывно в течение всего интервала Т_i, а вычисление и коррекцию частоты меры на величину f_i проводят в конце интервала Т_i.

Как правило, скорость систематического дрейфа частоты мер уменьшается со временем, поэтому коррекция частоты в моменты времени kt может производиться также на величину меньшую, чем _i/ . Конкретную величину коррекции определяют, исходя из данных о скорости такого уменьшения, так, чтобы величина f_i отклонения частоты меры от частоты эталона была минимальной.

Из приведенного описания и фиг. 1 видно, что при предлагаемом способе хранения частоты погрешность по частоте меры уменьшается по сравнению с прототипом. При этом возможно уменьшение погрешности в (5-10) раз.

ЛИТЕРАТУРА

1. А. И. Пихтелев и др. Стандарты частоты и времени на основе квантовых генераторов и дискриминаторов. М. , Сов. Радио, 1978, стр. 252-262.