Электронные часы, корректируемые радиосигналами точного времени

 

1 - -ce.. моен ал

- °:-: ° житно-т x -.ì÷åñêÐÃ;

О П И С А "Н - И - -т 11 558258

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Респубттик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 16.05.75 (21) 2133934/10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51) М. Кл."- G 04С 11/02

Государственный комитет

Совета Министров СССР во делам изобретений и открытии (53) i ЧК 0S1 11(OSS S) Опубликовано 15.05.77. 1>юллетень № 18

Дата Oll l) II 01 1IIIlSI 0110C01lпя 2 1.06.77 (72) Авторы изобретения

Б. А. Дементьев, В. А. Егоров, Л. А. Масько, Ю. П. Троицкий и А. А. Смирнов (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОННЪ|Е ЧАСЫ, КОРРЕКТИРУЕМЪ|Е

РАДИОСИГНАЛАМИ ТОЧНОГО ВРЕМЕНИ

Известны электронные часы, содержащие радиоприемный блок, блок формирования корректирующего импульса, связанный с входом корректора кварцевых часов, каскадный делитель частоты и вспомогательный делитель частоты, подключенный параллельно каскадному делителю частоты.

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

Наиболее близким по 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 формирования минутного корректирующего импульса, соединенную со схемой управления, схему измерения погрешности привязки и хода часов по сигналам точного времени (1).

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

Для обеспечения высокой точности сведения шкал точного и хранимого времени предлагаемые электронные часы 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 схе10 мы измерения погрешности привязки и хода часов соединен с первым выходом формирователя секунд хранимого времени, второй вход схемы измерения погрешности привязки и хода часов соединен со вторым выходом

1б формирователя секунд хранимого времени, схемой компенсации погрешности, первый вход которой соединен с выходом формирователя секунд хранимого времени, второй вход схемы компенсации погрешности соединен с переключателем ввода поправки, выход схемы компенсации погрешности соединен с третьим входом формирователя секунд хранимого времени.

На чертеже представлена блок-схема описываемых часов, состоящих из термостатированного кварцевого генератора 1, делителя 2 частоты с коэффициентом пересчета Кс; —— 5 со сквозным переносом, построенного на импульсно-потенциальных элементах с двумя

30 устойчивыми состояниями (триггерах) со

558258

G0

65 счетным запуском; формирователя 3 секунд хранимого времени, построенного на шести счетчиках импульсов с коэффициентом пересчета Kc< — — 10, формирователя 4 шкалы хранимого времени, построенного на трех счетчиках частоты с Ac i — — 10, с Ec.r —— -6 и одного с

Кс =2 с дешифраторами и блоком индикации (секунда, минута, час) и установкой текущего времени.

Схема 5 выделения секунд точного времени (CTB) представляет собой селсктирующсс устройство, которое выделяет по длительности секундный радиосигнал точного времени.

Схема 6 формирования минутного коррсктирующего импульса представляст собой сслсктирующее устройство, которое выделяет по длительности минутный радиосигнал точного времени. Схема 7 управления предпаз0à÷åïа для управления устройством в зависимости от выбранного режима работы. Схема 8 памяти сигналов точного времени построена на счетчиках импульсов с К,;=10 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 К, =

=10 и счетчик по основанию 3 с дешифраторами и цифровой индикацией знака и величины погрешности привязки.

Схема 10 компенсации погрешности выполнена в виде дешифратора, преобразующего 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 разрешающий сигнал на схему 7 управления для формирования корректирующего импульса. В состав схемы

7 управления входят логические ключи 12—

16, элементы памяти 17 — 19, перекл1очатель

20 режима работы СИНХРОНИЗ СТВ переключатель 21 режима работы ИЗМЕРЕНИЕ, кнопка 22 ПУСК, переключатель 23 режима работы СИНХРОНИЗ. ABT., переключатель

24 ввода кода и усреднитель 25 для вычисления среднеарифметической погрешности привязки.

Устройство работает следующим 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 секунды хранимого времени (СХВ) и заданную сетку синхронизирующих импульсов. Схема 8 формирует секунды точного времени (CTB), синхронизируемые сигналами точного времени, поступающими со схемы 7 управления. Формирователь

3 и схема 8 представляют собой две псрссчст5

45 ные схемы с коэффициентом счета К;=10,, что позволяет получить на их выходах импульсы, следующие с частотой 1 Гц (секунды хранимого и точного времени) . Все счетчики построены на Т -триггерах, выполнены на интегральных микросхемах (транзисторно-транзисторная логика) и имеют цепи установки в ноль, позволяющие производить их синхронизацию в заданный момент времени. Формирователь 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 вы«о де временное положение секунды хранимого времени относительно секунды точного времени на выходе схемы 8. С вы«ода формирователя 3 секундный сигнал хранимого врем lilt поступает на формирователь 4 шкалы «ранимого времени, формирующий единицы и 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 поступают импульсы с частотами следования 10, 10, 104 103 Гц

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 привязки часов по формуле

10 х, Х,р — и

10 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.

Первый режим работы устройства позволяет вручную при помощи переключателя 24 вводить среднеарифметическое значение погрешности привязки, вычисленное оператором, а также компенсировать задержку радиосигнала па трассе распространения радиоволн

558258 и в радиоприемном устройстве. Для этого оператор переключателем 24 импульсом oIIроса со схемы вводит вычисленное среднеарифметическое значение погрешности привязки в формирователь 3 секунд хранимого времени.

Для осуществления автоматической синхронизации часов с сигналами точного времени, передаваемыми радиостанциями службы времени, служат схемы 5, 6, 7. Сигналы точного 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 текущего времени формируется из минутного сигнала точного времени, принимаемого радиоприемными устройствами. Схема 6 выделяет по длительности минутные радиоимпульсы из сигналов точного времени, поступающие на ее вход с выхода промежуточной частоты (ПЧ) радиоприемного устройства, и формирует импульсы прямоугольной формы длительностью

1 мкс, совпадающие по времени с их началом. Заполняющей частотой радиоимпульса является ПЧ приемного устройства. Форма огибающей радиои мпульса определяется параметрами приемного устройства и соотношением сигнал/шум на входе радиоприемника.

Промежуточная частота в радиоприемных устройствах выбрана 215 кГц, полоса пропускания 3 кГц. Таким образом, время нарастания переднего фронта составляет порядка

200 мкс. При выборе уровня привязки Uo=

=0,6 В при максимальной амплитуде сигнала 1,2 В точка привязки будет смещена на величину порядка 100 мкс относительно начала минутного сигнала точного времени.

Схема 5 выделяет секундные сигналы длительностью т=100 мс и формирует импульсы прямоугольной формы длительностью 1 мкс, соответствующие их началу.

Схема 5 построена и работает аналогично схеме 6. Сформированные импульсы со схем

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 сигналов точного времени для установки ее счетчиков в ноль.

Устройство работает в следующих режимах: синхронизация шкалы хранимого времени сигналов точного времени (переключатель

20, СИНХРОНИЗ. СТВ), измерения погрешности привязки и хода часов относительно сигналов точного времени (переключатель

21, ИЗМЕРЕНИЕ). Синхронизация шкалы хранимого времени автоматически без участия оператора по заданной программе коррекции часов (переключатель 23 СИНХРОНИЗ. АВТ) .

Режим работы СИНХРОНИЗ. СТВ необ ходим для осуществления привязки шкал ы

60 ьб хранимого времени к шкале еднного времени по минутному сигналу точного времени. С этой целью при замыкании переключателя 20 потенциал разрешения с элемента памяти 17 поступает на логические ключи 13, 15, а па 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, соответствующий переднему фронту минутного импульса, задержанного на секунду, поступает через открытый логический ключ 15 на элементы памяти 19 и 18, устанавливая пх в исходное состояние, и на установку в ноль счетчиков формирователя 3 и счетчиков единиц и десятков минут формирователя 4. (Часы и десятки минут формирователя 4 устанавливаются вручную по хронометру).

Таким образом, привязка шкалы хранимого времени устройства осуществляется по псреднему фронту минутного радиосигнала точного времени.

Задержка на одну секунду автоматпчсски компенсируется в схеме 4 путем ввода в разряд счетчика десятков секун у единицы.

Для повторной привязки устройства необходимо снова нажать кнопку 22.

Режим ИЗМЕРЕ1-11ЛЕ необходим для измсрения расхождения между секундными сигналами, формируемыми устройством, и сскундными радиосигналами службы 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 шкал времени при плохих условиях прохождения радиоволн и тем самым значительно повысить помехоустойчивость и надежность устройства. Для исключения ошибок, обусловленных помехамп, 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 разрешающий потенциал поступает на логические ключи 12 и 16, а на логические к, почи 13, 15— потенциал запрета. При нажатии на кнопку

22 с элемента памяти 18 разрсшающпй потенциал поступает на логичсскпй ключ 1 l. При этом со схемы 5 через логпчсскпе ключи 12

558258

10 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, поступают 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 на схему 9 поступает секундный импульс, соответствующий переднему фронту секунды точного времени, и секундный сигнал хранимого времени с формирователя 3. Третий режим работы устройства — синхронизация шкалы хранимого времени автоматически без участия оператора по заданной программе коррекции часов — СИНХРОНИЗ. АВТ. необходим для поддержания требуемой точности сведения шкал на неограниченно большом интервале времени без участия оператора. Этот режим позволяет использовать устройство в автоматизированных системах управления.

В режиме СИНХРОНИЗ. АВТ. переключатель 23 устанавливают в положение, при котором на схему 11 поступает разрешаюгций потенциал. Схема 11 автоматического управления включением радиоприемного устройства (РПУ) по заданной программе формирует разрешающий потенциал, поступающий на схему 7 управления для формирования минутного корректирующего импульса и к РПУ для его включения. B 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 погрешности, усреднителя и схемы автоматического включения РПУ вЂ” позволяет за время сеанса работы передачи сигналов точного времени вычислить среднеарифметиl5

25 зо

50 ческую поправку часов и через схему компенсации погрешности ввести эту поправку в шкалу формирования секунд хранимого времени.

В результате исключается неопределенность 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.

Фор мула 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 минутного корректирующего импульса, соединенную со схемой управления, схему измерения погрешности 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 изменения погрешности привязки и хода часов, с формирователем секунд хранимого времени и с формирователем шкалы хранимого времени, первый вход схемы измерения погрешности привязки и хода часов соединен 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 погрешности 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. «Измерительная техника» Л% 7, 1964, стр. 30 (прототип), 558258

Составитель А. Иванов

Техред М. Семенов Корректор Л. Брахнина

Редактор С. Хейфиц

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1163/8 Изд. ¹ 440 Тираж 560 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5