Метод круговой развертки с модуляцией яркости

Этот метод применяют в случаях, когда сравниваемые частоты кратны, но отношение их велико.

Если измеряемая частота выше частоты образцового генератора , то напряжение частоты подается одновременно на оба входа осциллографа со сдвигом по фазе на 90°, достигаемым с помощью фазорасщепителя. Усиления обоих каналов регулируют так, чтобы луч вычерчивал на экране окружность. Напряжение измеряемой частоты подают в канал электрода управления яркостью.

Частоту образцового источника перестраивают до получения на экране неподвижного изображения, состоящего из ярких отрезков окружности с одинаковыми темными промежутками между ними (рис. 8.10). Число ярких дуг или темных промежутков между дугами однозначно определяет отношение : (8:1 на рис. 8.10).
	Рис. 8.10. Измерение частоты гармонического напряжения развертки с модуляцией яркости

При дробно-рациональных отношениях частот вращающийся луч вычерчивает либо сплошь засвеченную окружность, либо пунктирную окружность, для которой характерны меньшая яркость дуг и меньшие промежутки между ними, чем при кратных частотах.

Если частоты и немного отличаются от кратного отношения, т. е. (частота сравнительно мала), то фигура, состоящая из дуг, вращается, причем направление вращения показывает знак расхождения частот.

Рис. 8.11. Интерференционные фигуры (напряжение частоты

опережает по фазе напряжение частоты )

Аналогичным способом можно измерить и частоту следования импульсов. В этом случае напряжением генератора известной частоты осуществляется круговая развертка, а импульсное напряжение измеряемой частоты подается в канал управляющего электрода трубки. Получающаяся на экране картина зависит от полярности измеряемых импульсов.

Меры частоты

В соответствии с общей классификацией средств измерений по их метрологическим функциям меры частоты делят на эталоны, образцовые и рабочие меры, а согласно принципу действия различают квантовые меры и кварцевые генераторы (иногда в качестве рабочих мер частоты используют измерительные генераторы сигналов без кварцевой стабилизации частоты).

У квантовых мер частоты в качестве опорной частоты используют одну из спектральных линий атомов или молекул вещества и соответственно квантовую меру частоты называют атомной или молекулярной. Если в квантовой мере частоты в качестве опорной используется частота излучения электромагнитных волн одного из переходов атомов или молекул, то такую меру называют активной квантовой мерой. Когда же опорной частотой служит частота поглощения электромагнитных волн одного из переходов атомов или молекул, квантовую меру называют пассивной.

В зависимости от применяемого вещества различают рубидиевые, цезиевые и водородные квантовые меры.

Частота электрических колебаний меры не остается постоянной с течением времени. Изменения частоты могут быть систематическими (монотонными) и случайными. Систематические изменения характеризуют относительной (по отношению к номинальному значению частоты) вариацией частоты, а случайные изменения – относительной нестабильностью частоты. Последняя характеристика определяется как среднеквадратическое относительное отклонение действительного значения частоты, причем усреднение проводится за интервал времени, намного больше интервала выборки (интервал усреднения обязательно указывается). Принято различать долговременную (за 30 дней; сутки; 1 ч; 10 мин) и кратковременную нестабильность (за 10 с; 1 с; 0,1 с; 0,01 с и 0,001 с).

Кварцевые генераторы применяют в современной измерительной технике преимущественно в качестве образцовых мер частоты. Они обладают достаточно высокими характеристиками (например, у кварцевого генератора Ч1-53, служащего источником образцовых частот 0,1; 1 и 5 МГц, относительная суточная вариация частоты , а относительная нестабильность частоты за 10 с и 1 с не превышает ). Основным недостатком кварцевых мер частоты является продолжительное время вхождения в режим, когда величина старения не будет превышать допускаемого значения (оно составляет от 24 часов до 6 месяцев для различных типов приборов).

Квантовые меры частоты лишены указанного недостатка и обладают многими достоинствами: практической независимостью частоты от внешних условий и параметров установки (она определяется атомной постоянной), минимальной шириной спектральной линии, малой погрешностью воспроизведения, простотой, надежностью и устойчивостью при весьма продолжительной работе. Основу квантовой меры частоты составляет кварцевый генератор, синхронизируемый по частоте квантового генератора (водородная мера) или квантового дискриминатора (рубидиевая, цезиевая меры). Долговременная нестабильность частоты квантовой меры определяется главным образом нестабильностью частоты квантового генератора или частоты настройки дискриминатора, а кратковременная нестабильность – характеристиками кварцевого генератора и цепей систем частотной или фазовой автоподстройки.

Ниже приводятся основные характеристики рубидиевой (Ч1-50), цезиевой (Ч1-47) и водородной (Ч1-44) мер частоты. Каждая из них вырабатывает напряжения 1 В (на нагрузке сопротивлением 50 Ом), частоты которых 0,1; 1 и 5 МГц. Остальные характеристики соответственно таковы: погрешность воспроизведения действительного значения частоты , и ; систематические изменения частоты (за 30 сут), (за год); относительная нестабильность частоты за сутки и , а за 1 с , и .

Для сличения частот сигналов двух мер между собой применяют специальные приборы, называемые частотными компараторами. Принцип действия компаратора основан на умножении частот напряжений сличаемых сигналов, смешении напряжений, выделении напряжения разностной частоты, измерении последней и ее изменений во времени электронно-счетным частотомером.

Единство измерений времени и частоты в высшем звене поверочной схемы обеспечивается с помощью государственного и группы вторичных эталонов времени и частоты. Государственный первичный эталон состоит из группы водородных генераторов (водородных атомихронов), воспроизводящей единицы времени и частоты, группового кварцевого хранителя времени (кварцевых часов), контрольно-измерительного комплекса и системы обеспечения. Этот эталон систематически сличается с лучшими национальными эталонами времени и частоты.

Для поверки частоты местных мер по радио передаются сигналы образцовых частот. Сличение с этими сигналами осуществляется с помощью приемников-компараторов. Например, прибор Ч7-29А сравнивает частоты 0,1; 1; 2; 5 и 10 МГц местных мер с образцовыми частотами 66,6; 18,6; 25 и 16 кГц сигналов, передаваемых радиостанциями национальных служб частоты и времени. Он измеряет отклонение частоты поверяемого источника от образцовой, измеряет уходы частоты выходного сигнала источника, корректирует ее по образцовой частоте. Относительные погрешности сличения частоты: за 1 ч и за сутки. Ведутся работы, направленные на повышение точности национальных эталонов и снижение погрешностей их сравнения.