Главная Измерительная установка - комплекс средств измерений



Структурная схема типовых рубидиевых ТКЧ (рис. 9.3) содержит четыре основных функциональных узла: рубидиевый стандарт частоты, делитель частоты, вторичные электрические часы и блок питания.

Формирование ШВ осуществляется на основе высокостабильного сигнала частотой 5 МГц рубидиевого стандарта частоты следующим образом. Сигнал кварцевого генератора частотой 5 МГц преобразуется умножением в п раз (и = 1638) до частоты микроволнового перехода в атомах Rb*, равной 6834, 6826 МГц. Ввиду некратности частот кварцевого генератора и частоты перехода в атомах Rb* для получения микроволнового поля требуемой частоты /„ер к умноженному сигналу частоты /„ер подме-щивается частота синтезатора /синт = = 5,3174 МГц, и в резонаторе ячейки поглощения вьщеляется сигнал частотой

/пер = и/к. г ~ /синт-

В канале умножения осуществляется фазовая модуляция с частотой /„ = 170 Гц сигналом с модулирующего генератора. Свет от спектральной лампы проходит через оптический фильтр, ячейку поглощения с парами Rb* и попадает на фотодиод. Ячейка поглощения, помещенная в резонатор, является высокодобротным контуром. Поглощение света накачки атомами Rb* в ячейке поглощения изменяется в зависимости от отклонения частоты СВЧ сигнала, равной п/к,г - - /синт, от частоты перехода в атомах Rb*. Так как СВЧ сигнал промодулирован частотой /м = 170 Гц, то и световой поток, падающий на фотодиод, промодулирован этой же частотой. На выходе фотодиода образуется сигнал с частотой 170 Гц, синфазный с сигналом модулирующего генератора, если частота СВЧ поля п/к.г -/синт</пер> т.е. находится слева от вершины линии спектрального перехода, и противофазный, если и/к.г-/синт>/пер- При переходе через вершину линии фаза сигнала ошибки меняется скачком на 180°, а амплитуда проходит через нуль. Сигнал с фотодиода через предварительный усилитель подается на блок усилителя низкой частоты и фазовый детектор, где сравнивается с сигналом модулирующего генератора. Выходное напряжение с фазового детектора через интегрирующий усилитель подается на управляющий элемент кварцевого генератора. Таким образом, частота кварцевого генератора синхронизируется по частоте атомного перехода в Rb*.

Высокостабильный сигнал частотой 5 МГц с кварцевого генератора идет по двум каналам: на резонансный усилитель.

с которого он поступает на выходной разъем прибора, а также на формирователь схемы деления частоты. С формирователя короткие импульсы поступают на делитель частоты 5-1 МГц, а затем на делитель, понижающий частоту до 1 Гц. Импульсы частоты 1 Гц подаются на вход установки О триггера-селектора. На вход установки 1 подаются импульсы частоты 100 кГц. Триггер-селектор осуществляет привязку импульсов частотой 1 Гц к импульсам частотой 100 кГц для уменьшения нестабильности делителя 100 кГц - 1 Гц. Срезом выходного импульса триггера-селектора запускается ждущий мультивибратор выходного формирователя. Сформированные по длительности и амплитуде импульсы в виде шкалы времени выдаются на выход прибора. Со второго выхода триггера-селектора импульсы отрицательной полярности подаются на формирователь-усилитель для электромеханических часов. Для коррекции ШВ прибора внешним синхронизирующим импульсом предусмотрена схема синхронизации, включающая в себя входное устройство, два мультивибратора и инвертор.

Ход часов при транспортировании в чемодане при установке номинального значения частоты по эталонному генератору с погрешностью + 1-10- составляет не более 5 мкс за сутки. Индикация и счет текущего времени в секундах, минутах и часах осуществляются с помощью стрелочных электромеханических часов.

9.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕРВАЛОВ ВРЕМЕНИ

По способу измерения и отображения информации измерители временных интервалов (ИВИ) делятся на осциллографические и цифровые.

При осциллографическом способе наиболее распространены следующие методы измерения временных параметров: калиброванных разверток; калиброванных временных меток; сравнения с эталонной задержкой развертки.

Первые два метода широко используются в осциллографах различного класса и подробно рассматриваются в осциллографиче-ской технике. Третий метод положен в основу построения всех специализированных осциллографических ИВИ.

Диапазон измерения временных интервалов осциллографическими ИВЙ - от долей наносекунды до нескольких секунд. По-



Внешняя синхр.

Схема

синхронизации

Мультивибратор 12-14 мкс

Инвертор

I

Уст О

Делитель частоты 100 кГц-1 Гп

Уст. О

Делитель частоты 1 МГц-100 кГц

Входное устройство

Мультивибратор 1,5 мкс

Триггер -селектор

Вых.0

Схема пуска

Вых. 1

Формирова-тель-усили тель

Выход Шкала времени

Формирователь-усилитель

Буферный каскад

Делитель частоты 5-1 МГц

Формирователь

Мульта-Бибратор 3 мкс

♦ » t

Схема контроля

Выход 5 МГц

Усилитель

резонансный

Внеш.синх.

Генератор одиночных импульсов -

Пуск

Корр. +

Корр. О

Корр. -

Контроль + бат. L

Контроль бат.П

Блок питания

Контрйль 4 В

Контроль 6,3 В

Контроль 16 Б

грешность измерения во всем диапазоне длительности 10~ -10~%, а при использовании в генераторах задержки этих приборов внешней высокостабильной временной базы она уменьшается до 10"*%. Погрешность измерения временных интервалов с помошью универсальных осциллографов в таком широком диапазоне составляет 2 -10 %.

Осциллографические ИВИ позволяют измерять амплитуду сигналов и устанавливать любой уровень начала и конца измерения в диапазоне 0,1-0,9 от высоты изобра-

Рис. 9.3. Функциональная схема

жения сигнала на экране ЭЛТ ступенями, через 0,1. Погрешность установки уровня измерений 1-3%. Таким образом, по сравнению с универсальными осциллографами ИВИ позволяют более точно измерять как временньге, так и амплитудные параметры импульсных электрических сигналов.

Осциллографические ИВИ отличаются от универсальных осциллографов рядом особенностей, среди которых следует отметить наличие собственного высокостабильного кварцевого генератора, использующегося не



["Источник спектральный ~1 1Е.

Контроль Т.1

Управление термостатом

Возбудитель спектральной лампы

Генератор импульсов запуска

Фильтр кварцевый

Коррекция кварца

5,317 МГц


-Г" Дискриминатор I

Пред-усилитель

Контроль Т.2

Блок комбинированный

Стабили-

Управле-

затор

ние термо-

тока

статом

Коррекция поля

90 МГц

Контроль 5,31 МГц

Синтезатор частоты

Блок комбинированный

Умножитель! Контроль 90 МГц частоты I

1 5 МГц

-ИНТ

Усилитель интегрирующий

Усилитель низкой, частоты

Детектор фазовый

170 Гц

170 Гц

Контроль 12,6 В

± I

Генератор

Усилитель

Блок

модули-

селектив-

стабили-

рующий

заторов

L IT J

I Контроль Стандарт частоты рубидиевый

типовьк рубидиевых ТКЧ

только для заполнения измеряемых временных интервалов метками времени, но и для синхронизации работы всего прибора. Другой особенностью ИВИ является возможность одновременно наблюдать кали-брационные метки различной дискретности, причем они могут быть не только яркостны-ми, но и в виде амплитудных отметок.

Принцип работы осциллографического ИВИ поясняется следующей схемой (рис. 9.4). Основой прибора, определяющей его метрологические характеристики, являет-

ся кварцевый генератор. На выходах каналов формирования калибрационных меток выдаются метки времени с интервалами между ними порядка десятых и сотых долей микросекунды. Эти метки в зависимости от режима работы могут подаваться либо на подсвет ЭЛТ, либо на вертикально отклоняющие пластины. Для исследования интервалов большой длительности в приборе предусмотрена возможность плавного изменения времени задержки начала развертки относительно начала измеряемого сигнала. Переме-



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 [110] 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168


0.0142