PL89689B1 - - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i urzadzenie do zwiekszania dokladnosci ruchu wahadla zegara wahadlowego powszechnie stosowanego w pomiarach i pracach geofizycznych. < Szereg pomiarów geofizycznych dokonuje sie rejestrujac przebiegi zmienne w czasie w taki sposób, aby istniala mozliwosc dokladnego okreslenia momentu czasu dla kazdego zarejestrowanego zjawiska. Osiaga sie to poprzez jednoczesna z badanym przebiegiem rejestracja znaczników, tzw. reperów czasu. Stosujac interpolacje mozna okreslic scisle moment czasowy kazdego punktu zarejestrowanego przebiegu. < Do celów generacji reperów czasowych wykorzystuje sie zegary wahadlowe i kwarcowe, przy czym te ostatnie, jakkolwiek bardzo dokladne, nietimoga byc stosowane w warunkach eksploatacji ciaglej, bowiem wymagaja specjalnych ukladów zasilania dla utrzymania pracy takie przy zanikach napiecia sieci oraz odznaczaja sie niedostateczna niezawodnoscia, a utrzymanie stalej, duzej dokladnosci tych zegarów udaje sie uzyskac poprzez okresowe porównywanie z wzorami czasu wyzszego rzedu. < Wad tych nie posiadaja zegary wahadlowe, kontrolowane radiowo sygnalami czasu, jednakze ich dosc duzy chód wlasny nie pozwala uzyskac dokladnosci wskazan wiekszych od 0,1 do 1 sekundy. Ze wzgledu na wzrost wartosci poprawek zegarów przy pracy ciaglej, istnieje koniecznosc zmudnego, rachunkowego ich uwzglednienia przy opracowywaniu rejestrowanych przebiegów. Przeprowadzane aktualnie pomiary geofizyczne wymagaja jednak zwiekszenia dokladnosci okreslenia momentów czasu, zatem i generacji reperów czasowych od 0,01 sekundy. < Bezposrednie wykorzystanie sygnalów radiostacji do generacji reperów czasowych lub do sterowania urzadzen zliczajacych lrnpulsy,takfch jak zegary, obnizacze czestotliwosci impulsów, w najwiekszej liczbie przypadków nie Jest mozliwe do zastosowania, poniewaz ciagi impulsów znieksztalcane sa szumami, zanikami i zaklóceniami przemyslowymi i atmosferycznymi.2 89 689 Celem wynalazkujest wyeliminowanie wad omówionych wyzej sposobów generacji reperów czasowych I urzadzen do stosowania tych sposobów. Cel ten osiagnieto przez opracowanie sposobu zwiekszania dokladnosci ruchu wahadla zegara wahadlowego. ¦ Istota wynalazku polega na tym ,ze synchronizuje sie w sposób ciagly ruch wahadla ze wzorcowymi impulsami czasowymi generowanymi przez radiostacje sluzb czasu. Sychronizacje przeprowadza' sie przez oddzialywanie impulsami radiowymi na pole magnetyczne wokól wahadla zmieniajacego sie w takt tych impulsów radiowych. Zfnianami pola magnetycznego wymusza sie okres wahan wahadla zegara. W. przypadku zaniku odbioru wzorcowych impulsów czasu, po wczesniejszym zapamietaniu okresu impulsów radiowych, poprzez uklad petli synchronizacji fazy doprowadza sie do utrzymania ciaglosci wartosci okresu wahan wahadla.

Istota wynalazku w zakresie urzadzenia^ do stosowania powyzszego sposobu, polega na tym, ie zegar wahadlowy ma na koncu wahadla nalozony element magnetyczny wykonany z materialu o duzej podatnosci magnetycznej lub magnes. Koniec wahadla znajduje sie w polu oddzialywania cewek umieszczonych prostopadle do plaszczyzny ruchu wahadla w miejscach odpowiadajacych maksymalnej amplitudzie wychylen a zasilanych uformowanym sygnalem z radiostacji, oraz na wahadle zegara jest umieszczona pamiec, zwlaszcza elektrochemiczna rteciowa z przesuwajacym sie slupkiem elektrolitu. Pamiec ta polaczona jest z wyjsciem znanego ukladu petli synchronizacji fazy, którego jedno wejscie polaczone jest z fotodioda reagujaca na ruch wahadla, zas cewka polaczona jest z odbiornikiem wzorcowych sygnalów czasu poprzez znany uklad formowania impulsów czasowych. < Sposób bedacy przedmiotem wynalazku pozwala na uzyskanie w dlugich okresach czasu nieprzerwanego ciagu impulsów, zwiazanego z czasem absolutnym z /dokladnoscia wzgledna rzedu 0,1 do 0,01 przy zachowaniu niezawodnosci zegarów wahadlowych.•• > Przedmiot wynalazku jest omówiony poniz&j z wykorzystaniem rysunku przedstawiajacego przyklad wykonania urzadzenia wedlug wynalazku gdzieufig. 1«przedstawia schemat blokowy ukladu elektronicznego, pr%y pomocy którego wykonuje sie pewne czynnosci sposobu wedlug wynalazku, fig. 2-widok zegara wahadlowego z elementami urzadzenia wedlug wynalazku, zas fig. 3 — widok z boku zegara z fig. 2.< Jak to pokazano na figurze 1 urzadzenie w swej czesci elektronicznej zawiera na wejsciu odbiornik 1 z detektorem 2. wyposazony w zmniejszajaca wplyw zaklócen zewnetrznych antena kierunkowa 3 ze wzmacniaczem 4.

Na wyjsciu odbiornika 1 znajduje sie uklad 5 formowania impulsów prostokatnych, zlozony z diodowego ogranicznika 6, integratora calkujacego 7 i wstepnego ogranicznika 8 polaczonego z komparatorem 9. Funkcje integratora calkujacego 7 pelni wzmacniacz odwracajacy faze, zawierajacy w petli ujemnego sprzezenia zwrotnego obwód RC.

Uklad formowaniaJmpulsów prostokatnych 5 polaczony jest w ukladzie równoleglym z cewkami 10 oraz zdetektorerh fazy 11, na wejsciu którego znajduje sie uklad wyjsciowy 12 calego urzadzenia sterowany wahadlem zegarowym 13 za posrednictwem zarówki 14 i fotodiody 15. Na wyjsciu detektora w ukladzie równoleglym dolaczone sa: wzmacniacz kompensujacy 16 sterujacy pamiecia elektrochemiczna rteciowa 17, regulujaca okres wahan wahadla oraz uklad 18 eliminujacy zewnetrzne sygnaly zaklócajace przez wylaczenie zasilania pamieci 17. Uklad ten zawiera filtr srodkowo-przepustowy 19 polaczony z detektorem szczytowym 20, który poprzez przerzutnik Schmidta 21 steruje przelacznikiem 22 wylaczajacym pamiec 17 w okresie czasu nieco wiekszym od czasu trwania zaklócen. Pamiec 17 regulujaca okres wahan wlasnych wahadla jest wykonana w postaci rurki szklanej osadzonej na osi wahadla 13, z dwoma slupkami rteci przedzielonymi slupkiem elektrolitu oraz dwoma elektrodami doprowadzajacymi prad do slupków rteci. Przeplyw pradu poprzez elektrolit przedzielajacy slupki rteci powoduje przemieszczanie sie slupka elektrolitu wzdluz osi rurki w kierunkujzaleznym od kierunku przeplywu pradu. Dzieki umieszczeniu opisanej pamieci na wahadle prostopadle dos osi obrotu wahadla, zmiana polozenia slupka elektrolitu powoduje zmiany momentu bezwladnosci, a zatem i zmiany okresu jego wahan swobodnych. < Uklad wyjsciowy^ 12, którego zadaniem jest formowanie impulsów wychodzacych z calego ukladu polaczony jest takze z jednym z dwu wejsc detektora fazowego 11, natomiast wejscie ukladu wyjsciowego polaczone jest zaciskami fotodiody 15 oswietlonej zarówka 14 przeslaniana okresowo poruszajacym sie wahadlem 13. ¦" Wahadlo 13 zegara wahadlowego 23 wyposazone jest w dodatkowy element ferromagnetyczny 24 znajdujacy sie w zasiegu dzialania pola magnetycznego cewek 10 sterujacych ruchem wahadla 13 za pomoca tegoz pola magnetycznego wytwarzanego poprzezsprzeplyw impulsów pradu przez cewki 10. Ponadto wahadlo 13 wyposazone jest w drugi dodatkowy element bedacy wspomniana elektrochemiczna pamiecia rteciowa 17 sterowana elektrycznie za posrednictwem gietkich doprowadzen 25. < Sterowanie wahadlem za pomoca wyzej omówionego urzadzenia odbywa sie w sposób nastepujacy.

Sygnaly radiowe, odebrane, wzmocnione i wyprostowane w odbiorniku przekazywane sa w postaci ciagu89689 3 lmpubów quasi prostokatnych do ukladu formowania 5, gdzie diodowy ogranicznik 6 zmniejsza wplyw impulsów zaklócajacych o duzych amplitudach i krótkim czasie trwania. Sygnal zagranicznika calkowany jest w integratorze 7, co redukuje dodatkowo wplyw zaklócen, zwlaszcza pochodzenia przemyslowego. Sygnal napieciowy na wyjsciu integratora doprowadzony jest do ogranicznika wstepnego 8, wykonanego jako. wzmacniacz, w^którego petli ujemnego sprzezenia zwrotnego znajduja sie dwie przeciwstawnie spolaryzowane diody. Na wyjsciu ogranicznika 8 otrzymuje sie sygnal napieciowy o przebiegu zblizonym do prostokatnego, który podawany jest do komparatora 9, na wyjsciu którego otrzymuje sie ciag ostatecznie uformowanych prostokatnych impulsów, których ksztalt praktycznie nie zalezy od wartosci napiecia sygnalu wejsciowego. Jak uformowane impulsy zasilaja cewki synchronizujace 10, które wytwarzaja pole magnetyczne przyspieszajace lub opózniajace ruch wahadla w zaleznosci od zgodnosci faz i w ten sposób powoduja wymuszo/ia synchronizacje wahadla 13.

Pole magnetyczne cewek oddzialuje na element ferromagnetyczny 24, umieszczony na wahadle 13.

Szerokosc impulsów synchronizujacych w stosunku do ruchu wahadla jest dobrana w taki sposób, ze istnieje zakres zmiennosci, w którym pomimo wymuszonej synchronizacji, przesuniecie fazowe zalezy przede wszystkim od róznicy okresu drgan swobodnych wahadla i okresu impulsów wzorcowych. Toprzesuniecie fazowe mierzone jest elektrycznie w detektorze fazy 11 poprzez sterowanie jednego wejscia uformowanymi impulsami wzorcowymi, a drugiego wejscia impulsami odwzorowujacymi ruch wahadla, dotrzymanymi za posrednictwem fotodiody 15 i ukladu wyjsciowego 12. Sygnaly na wyjsciu detektora fazy 11 charakteryzuja sie srednia wartoscia napiecia wyjsciowego, proporcjonalna do róznicy faz polozenia wahadla i impulsów z ukladu formujacego. Zaleznie od znaku tej róznicy wartosc srednia napiecia wyjsciowego jest dodatnia lub ujemna.

Sygnal z detektora fazy 11 podawany jest do filtru kompensacyjnego 16 korygujacego charakterystyke fazowa calego ukladu wedlug znanych zasad. Na wyjsciu filtra kompensacyjnego 16 w warunkach ustalonych powstaje napiecie dodatnie lub ujemne o wartosciach proporcjonalnych do róznicy faz wahadla i sygnalów wzorcowych.

Sygnal napieciowy podawany jest dalej do pamieci elektrochemicznej rteciowej 17, w której przeplywajacy pod wplywem przylozonego napiecia prad powoduje przesuwanie sie elektrolitu pomiedzy slupkami rteci w kierunku zaleznym od kierunku przeplywajacego pradu. Powstajaca w wyniku tego zmiana rozkladu mas w pamieci rteciowej zmienia moment bezwladnosci wahadla i jego okres wahan. Kierunek zmian jest taki, ze powoduje wyrównanie faz.i okresów wahan swobodnych wahadla z impulsami radiowymi.

Uklad 18 do eliminacji zaklócen, w przypadku pojawienia sie ich, odlacza przy pomocy przelacznika 22 zasilanie pamieci. Charakterystyka filtru 19 ukladu 18 jest dobrana w taki sposób, ze zadzialanie ukladu 18 nastepuje w przypadku pojawienia sie gwaltownych zmian fazy pomiedzy ruchem wahadla a impulsami otrzymanymi z ukladu formujacego 5, co zachodzi w przypadku zaniku w odbiorze sygnalów, powodujac sterowanie ukladu formujacego 5 szumem, lub tez w przypadku bardzo silnych zaklócen w odbiorze. W ten sposób w czasie braku odpowiednich sygnalów wzorcowych, wahadlo 13 zegara 23 zachowuje okres wahan swobodnych na poziomie ustalonym poprzednio.

Zastosowanie urzadzenia wedlug wynalazku umozliwia zatem uzyskanie* zgodnosci ruchu wahadla, a w nastepnej kolejnosci zgodnosci okresu wahan wlasnych wahadla wzgledem sygnalów wzorcowych z radiostacji.

Zgodnosc ruchu wahadla nastepuje poprzez wymuszona synchronizaqe wahadla uformowanymi impulsami wzorcowymi, natomiast wyrównanie okresu drgan wlasnych wzgledem impulsów wzorcowych poprzez zmiane okresu wahan swobodnych wahadla spowodowana dzialaniem pamieci elektrochemicznej rteciowej.

Dokladnosc tak sterowanego zegara jestl rzedu 0,01 lub lepsza, pogarszac sie jednak moze w czasie dlugotrwalych przerw wodbiorze sygnalów wzorcowych. Zmiany chodu wahadla w czasie takiej przerwy zaleza jedynie od powstalych wówczas zmian warunków zewnetrznych takich, jak zmiany temperatury, zmiany cisnienia itp. wystepujacych w pomieszczeniu, w którym znajduje sie zegar. Sprawdzono, ze dlugotrwale przerwy, na przyklad rzedu 3 godzin w odbiorze sygnalów wzorcowych powoduja niedokladnosci nie wieksze od kilku setnych sekundy, a zaniki krótkotrwale nie wywieraja mierzalnego wplywu na dokladnosc impulsów wyjsciowych ukladu.ft,

Claims (3)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób zwiekszania dokladnosci ruchu wahadla zegara wahadlowej), zna m i en ny ty m, H synchronizuje sie w sposób ciagly ruch wahadla ze wzorcowymi impulsami czasowymi generowanymi pkez radiostacje sluzb czasu.

2. Sposób zwiekszania dokladnosci ruchu wahadla zegara wahadlowego, wedlug zastrz. 1,znamitnnV tym, ze synchronizacje przeprowadza sie przez oddzialywanie impulsami radiowymi na pole magnetyczne wokól wahadla zmieniajace sie^w takt tych impulsów radiowych, a zmianami pola magnetycznego .wymusza sie4 89689 okres wahan wahadla zegara, zas w przypadku zaniku odbioru wzorcowych impulsów czasu, po wczesniejszym zapamietaniu okresu impulsów radiowych, poprzez uklad pefH synchronizacji fazy doprowadza sie do utrzymania ciaglosci wartosci okresu wahan wahadla.

3. Urzadzenia do zwiekszania dokladnosci ruchu wahadla zegara wahadlowego, zawierajace zegar wahadlowy, zn,amle,nne tym, ze zegar wahadlowy ma na koncu wahadla (13) nalozony element magnetyczny (24) wykonany z materialu o duzej podatnosci magnetycznej lub magnes i koniec wahadla znajduje tte wpokj oddzialywania cewek (10) umieszczonych prostopadle do plaszczyzny ruchu wahadla w miejscach odpowiadajacych maksymalnej amplitudzie wychylen, a zasilanych uformowanym sygnalem z radiostacji, oraz na wahadle zegara jest umieszczona pamiec, zwlaszcza elektrochemiczne rteciowa (17) z przesuwajacym sie slupkiem elektrolitu, przy czym pamiec ta polaczona jest z wyjsciem znanegp ukladu petli synchronizacji fazy, którego Jedno wejscie polaczone jest z fotodioda reagujaca na ruch wahadla, zas cewka (10) polaczona jest i odbiornikiem wzorcowych sygnalów czasu (1) poprzez znany uklad formowania impulsów czasowych (5). FIG. 180689 24/ FIG. 2 M fiq. 3