Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur auto matischen Regelung von Oszillatoren, ausgenommen in Zeit- messgeräten, sowie die Anordnung zum Durchführen dieses Verfahrens.
Zum Einstellen genauer frequenzstabiler Grundoszillato ren, deren Frequenz zum Steuern sekundärer Frequenz- oder Zeitnormale und dergleichen für die Gebiete der Elek trotechnik, Optik und Mechanik dient, werden Regelanlagen verwendet, welche entweder durch Rundfunksender im Be reich der Langwellen oder Längstwellen ausgestrahlt wer den oder durch andere Mittel zugeführt werden.
Zum Einstel len genauer frequenzstabiler Grundoszillatoren, deren Fre quenz zum Steuern sekundärer Frequenz- oder Zeitnormale und dergleichen dient, werden Regelanlagen verwendet, wel che auf den Oszillator derart einwirken, dass er mit bestän dig kohärenter Phase mit der Frequenz des Steuerfrequenz normales schwingt, selbstverständlich in Grenzen technisch erreichbarer Genauigkeit unter Einwirkung von Messfeh- lern, Übertragungsstörungen des Steuersignals, Alterung der Anordnung, vor allem des Quarzes und anderer äusserer Ein flüsse, wie Temperaturschwankungen und ähnlichem.
Diese Vorrichtungen bewirken dauernd und stetig die Abstim mungsorgane des geregelten Grundoszillators in Abhängig keit von der jeweiligen Grösse seiner Phasenabweichungen vom idealen Zustand, so dass jede Änderung der Parameter des Übertragungsweges des Normalsteuersignals (z. B. Fa ding usw.), der Eigenschaften des Empfängers und weiterer Teile der Regelanlage, welche sich als Änderung der Phasen lage des Normalsteuersignals im Vergleichungspunkt mit dem Signal des geregelten Oszillators ausübt, unerwünschte Regelvorgänge bewirkt. Die Frequenz des geregelten Oszilla- tors wird dadurch mit restlichen Tagesvariationen behaftet.
Die Übertragung von Normalfrequenzsteuersignalen im Be reich von Lang- und Längstwellen ist bekanntlich nur wäh rend des Tages verlässlich, wo die Phasenverschiebung an der Empfangsstelle gegenüber der Sendestelle verhältnismäs- sig beständig ist. Dagegen treten beim Sonnenaufgang und Sonnenuntergang wesentliche Änderungen dieser Verschie bung (auch um mehrere Perioden) und während der Nacht noch zufällige Fluktuationen auf, welche dann zu unerwünsch ten Regelungsvorgängen führen. Beim Ausfall des Normal steuersignals geht der gesamte Regelvorgang verloren. Anla gen, welche diesen Fall verhüten sollen, sind sehr kompli ziert, teuer und störanfällig.
Um grosse Zeitkonstanten des Reglers zu erreichen, ist es notwendig, ein elektromechani sches Prinzip im Regler anzuwenden, welches aber wegen der Forderung des Dauerbetriebes bei kleiner Leistung sehr kompliziert ist.
Die vorliegende Erfindung bezweckt ein Beheben der er wähnten Nachteile bestehender Regelverfahren von Oszilla toren und der betreffenden Anordnungen in einem grösse- ren als derzeit erreichbaren Masse, vor allem eine wesentli che Beschränkung der Möglichkeit des Auftretens einer ir reversiblen Phasenverschiebung der Grösse eines Vielfachen von 2 7c, der grossen Frequenzschwankungen des geregelten Oszillators beim stetigen Regelvorgang, der Abhängigkeit der Tätigkeit des Regelvorganges von zufälligen Änderun gen und Störungen der Übertragung des Normalfrequenz steuersignales.
Weiter ermöglicht die Erfindung eine wesentliche Verein fachung der Konstruktion der nötigen Vorrichtungen, was sich günstig in einer beträchtlichen Absenkung des notwendi gen Aufwandes und der Störanfälligkeit der Apparatur wider spiegelt. Die Erfindung steigert die Zuverlässigkeit der Rege lung um einen sehr grossen Wert, Sie ermöglicht auch, dass genaue Oszillatoren geregelt werden können, deren Fre quenz von der Normalsteuerfrequenz verschieden ist, sogar nicht einmal in einem harmonischen Verhältnis mit ihr steht.
Das erfindungsgemässe Verfahren ist dadurch gekenn zeichnet, dass die gemessene Zeitverschiebung des geregel ten Oszillators im Vergleich zu einem Normalfrequenzsteuer signal in eine Grösse überführt wird, deren Wert in einem Speicher gespeichert werden kann und in im voraus bestimm ten, regelmässig mit einem konstanten Zeitintervall sich wiederholenden Ermittlungszeitpunkten eine Frequenzkorrek tur unter Anwendung eines gespeicherten Wertes der Zeit verschiebung im vorangehenden Ermittlungszeitpunkt festge stellten Wertes der Zeitverschiebung berechnet wird und nach dieser Berechnung im Speicher der zuletzt festgestellte Wert gespeichert wird und eine Änderung der Frequenz des geregelten Oszillators um eine berechnete Korrektur ausge führt wird, wobei die Korrektur nach der Gleichung
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erfolgt,
wobei fh die Nennfrequenz des geregelten Oszilla- tors ist.
Ferner kann die Zeitverschiebung aus dem Durchschnitts wert der Zeitverschiebung in der Nähe des Ermittlungsaugen blicks ermittelt werden.
Die Anordnung zum Durchführen des Verfahrens ist da durch gekennzeichnet, dass an den Ausgang eines Zeitverglei- chers eine Rechenvorrichtung mit einem Speicher ange schlossen ist, welche an eine Programmsteuereinheit ange schlossen ist, und gemäss dem im Patentanspruch 1 erwähn ten Algorithmus periodisch in den Ermittlungszeitpunkten in regelmässigen Intervallen durch Steuerimpulse am Eingang der Programmsteuereinheit arbeitet, und dass an den Aus gang der Rechenvorrichtung mit Speicher eine Betätigungs einheit angeschlossen ist, welche die Abstimmung des gere gelten Oszillators um eine Korrektur nachstellt.
Eine genaue Vergleichung von untereinander entfernten Normalen der Frequenz oder der Zeit ist wegen der Eigen schaften der gebräuchlichen Übertragungskanäle nur in genü gend langen Zeitabständen T möglich. In diesen Zeitabstän den (ein Tag und mehr) wir die mittlere Abweichung Af der Frequenz des geregelten Oszillators festgestellt. Dies ist mög lich in einfacher Weise, wenn die Frequenz des Steuernor- mals mit der Frequenz des geregelten Oszillators überein stimmt (f142). Sind diese Frequenzen verschieden (f142), kön nen beide oder nur eine von ihnen auf eine gelegene Fre quenz f3 transponiert oder umgerechnet werden.
Bei sehr ge nauen Oszillatoren wird die Frequenzabweichung durch Mes sen der Phasenabweichung A-9 am Anfang und am Ende des Ermittlungszeitabstandes T durchgeführt. Die Phasenverschie bung 014 eines Signales kann vorteilhaft durch eine Zeit- grösse (Zeitverschiebung Voreilen, Nacheilen)
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ausgedrückt werden, wo die Grösse der Konstante k unbe deutend für die Auswertung der Phasen- oder Frequenzabwei- chungen der verglichenen Normale ist.
Diese Ausdrucks weise ist angemessen, da Frequenz und Zeit physikalisch rezi proke Grössen sind und die Zeiteinheit in Periodenzahl einer genau bekannten Frequenz definiert wird, und ferner ist sie sehr vorteilhaft darin, dass sie leicht und einfach den Vergleich von Signalen mit ganz verschiedenen Frequenzen ermöglicht. Für eine angegebene Frequenz besteht zwischen der Phasenabweichung A.9 und der Zeitverschiebung i(t) prin zipiell kein Unterschied unter der Bedingung, dass beim Er mitteln der Phasenabweichung A9 eine ununterbrochene Inte gration der Teilabweichungen auch beim Überschreiten der Werte Ae = 2n, 4-c <B>...</B> usw. vorgeht.
Es heisst also, dass die Werte AS = α ... AS = 2n + α usw. unterschieden werden. Aus den Gründen der allgemeinen Gültigkeit wird weiter aus- schliesslich der Begriff der Zeitverschiebung i (t) angewen det, ohne Rücksicht darauf, ob es sich um Vergleichung von Frequenznormalen oder Zeitnormalen handelt.
Die Erfindung wird anhand eines Regelvorganges und der Wirkungsweise der Anordnung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 ein Blockschaltbild der Regelvorrichtung; Fig. 2 ein idealisiertes Zeitdiagramm des Verlaufes der Zeitverschiebung in zwei Ermittlungsintervallen und des da zugehörigen Frequenzverlaufes des geregelten Oszillators.
Gemäss Figur 1 gibt der geregelte Oszillator 1 ein Signal mit der Frequenz fh an seinen Ausgang 10 sowie über die Lei tung 13 auf den Eingang 31 der Zeitvergleichervorrichtung 3. Der zweite Eingang 32 der Zeitvergleichervorrichtung 3 ist mit dem Ausgang 23 der Quelle 2 der Normalfrequenz fe verbunden. Diese Quelle 2 ist ein Rundfunkempfänger für Lang- oder Längstwellen. Es ist jedoch selbstverständlich, dass das beschriebene Verfahren nicht ausschliesslich nur für die Regelung von sekundären Frequenz-oder Zeitnorma len durch Lang- oder Längstwellensendung bestimmt und brauchbar ist. Dieses Verfahren kann in allen Fällen angewen det werden, wo es nötig ist, eine periodische Abhängigkeit der Phase des Steuersignals von der Tageszeit auszuschalten (z.
B. bei einer Übertragung des Steuersignals über eine Tele phonleitung, deren Parameter im Laufe des Tages und der Nacht veränderlich sind), oder wo eine ununterbrochene Übertragung des Steuersignals während des ganzen Tages aus ökonomischen oder technischen Gründen nicht möglich ist (z. B. kann die Tonfrequenz 1 kHz benutzt werden, wel che durch manche Rundfunksender während einiger Minu ten täglich regelmässig gesendet wird). Als Quelle 2 der Eich- frequenz fe kann auch ein gleichwertiger Oszillator dienen, falls es sich um Erhaltung beider Oszillatoren im konstanten Frequenzverhältnis handelt.
Die mechanische oder elektri sche Ausgangsgrösse am Ausgang 34 wird dem Eingang eines einfachen Rechners 4, mit Speicher zugeleitet. An den zweiten Eingang 45 dieses Rechners 4 ist der Ausgang 54 der Funktionssteuereinheit 5 geschaltet, an deren Eingang 50 der Anlassimpuls zugeführt wird. Der Ausgang 46 des Rechners 4 ist mit dem Eingang 64 des Servogerätes 6 ver bunden, das mittels der Kopplung 61-16 mit dem geregelten Oszillator 1 so verbunden ist, dass es das Abstimmen seiner Frequenz fe bewirkt.
Die einzelnen Elemente der Anordnung haben die folgen den Eigenschaften: Der auf die erforderliche genaue Fre quenz fh abgestimmte Oszillator ist ein sehr frequenzstabiler Oszillator, der durch einen Kristall, gegebenenfalls durch Quantenprozesse gesteuert wird. Der Ausgang 10 des Oszillators kann zum Steuern von Frequenzsynthesatoren, elektronischen Zählern und derglei chen verwendet werden. Die Zeitvergleichervorrichtung 3 ist im allgemeinen an sich eine bekannte Vorrichtung, deren Ausgang 34 eine der Zeitverschiebung i (t) des Signales fn des geregelten Oszillators 1 vom Steuersignal fe der Normal frequenzquelle 2 proportionale Grösse liefert. Diese Zeitver gleichervorrichtung 3 kann auf verschiedene Art Bekannter weise ausgeführt werden.
Sie kann aber auch aus Verstär kern des Steuersignals; aus Kreisen für eine Transformation (Synthese) und Kombination der Frequenzen des geregelten Oszillators und des Steuersignals, aus einem Phasendiskrimi- nator und einem servomechanisch gesteuerten Phasenschie ber bestehen, dessen Welle 34 stetig durch. seine Drehung allen Änderungen der Zeitverschiebung (Phasenverschie bung) im nötigen Bereich, z. B. 50 s, folgt. Die Zeitver gleichervorrichtung 3 ist aber auch ohne elektromechani- \ sche Kreise realisierbar, z. B. durch Gebrauch der Elemente der Analog- oder Digitaltechnik.
Die Angabe der Zeitverschiebung c (t), welche als mecha nische oder elektrische Grösse ermittelt werden kann, muss fähig sein, im Speicher des Rechners 4 aufgenommen zu wer den. Der Rechner 4 ist ein einfacher Einzweckrechner, der nach einem einfachen, später erwähnten Algorithmus arbei tet. Er muss fähig sein, in seinem Speicher den Wert der Zeit verschiebung Ti-1 im vorangehenden Zeitpunkt ti-1 für das Feststellen bis zum vorliegenden Zeitpunkt t; aufzubewahren und nach beendeter Berechnung der Korrektur der Fre quenz Fko aus dem Wert ti-1 und aus dem ti der Zeitverschie bung im Zeitpunkt ti diesen letzten Wert Ti im Speicher zu behalten. Das Ausführen dieser Operation wird durch die Programmsteuereinheit 5 gesteuert. Als Befehl zur Ausführung dient ein dem Eingang 50 zugeführter Impuls.
Dieser Impuls kann beliebig ausgelöst werden, z. B. von Hand, am besten jedoch selbsttätig durch eine beliebige Uhr, die vorteilhaft durch den Oszillator 1 gesteuert wird. Am Ausgang 46 des Zählers 4 ist ein Korrektursignal vorhan den, das mittels des Steuergerätes 6 die Korrektur der Ab stimmung des Oszillators 1 um den Wert Fko vornimmt.
Zum Ableiten des Algorithmus des Rechners 4 mit Spei cher dient Figur 2. Hier ist in A der Verlauf der Zeitverschie bung i (t) des geregelten Oszillators gegenüber dem Normal steuersignal in Abhängigkeit von der Zeit dargestellt. Es sei vorausgesetzt, dass die Ermittlungspunkte in regelmässigen Zeitintervallen der Länge T aufeinanderfolgen. Die Zeit T kann beliebig gewählt werden. Für sehr genaue Oszillatoren ist z. B. die Zeitspanne eine Tages, das ist T = 24 Stunden, ge eignet. Es genügt nämlich eine Tageszeit zu wählen, in wel cher der Empfang des Normalsteuersignals voll gesichert ist und da die Korrektur vorzunehmen. Falls gleichzeitig eine graphische Aufzeichnung der Zeitverschiebung u (t) vorge nommen wird, kann ihr entnommen werden, ob der gere gelte Oszillator eine oder mehrere Perioden der Normalsteu erfrequenz fe übersprungen hat.
Es sei vorausgesetzt, dass im Ermittlungszeitpunkt ti-1 der geregelte Oszillator verstimmt ist und eine gewisse Zeit verschiebung (ti-1 = 0) besitzt. Nach Figur 2 ist der Zeit punkt ti-1 die Zeitverschiebung ii-1 = i (ti-1), die mit einer durch die Vorrichtung gegebenen Genauigkeit festgestellt wurde (was in Figur 2 durch den Toleranzbereich Ai ange deutet ist). In diesem Zeitpunkt besteht die Frequenzabwei chung Fi-1 (wie in B angedeutet ist), die theoretisch für die ganze Zeit T bis zum weiteren Ermittlungszeitpunkt ti kon stant bleibt (die eigene Unstabilität des Oszillators 1 wegen der Vereinfachung der Erklärung nicht berücksichtigt). Der Wert ti-1 ist im Speicher des Rechners 4 gespeichert.
Im Zeitpunkt ti hat die Zeitverschiebung des Oszillators 1 gegenüber dem Normalsteuersignal den Wert ti = t (ti), der wieder durch den Zeitvergleicher 3 im Bereich der Ge nauigkeit Ai des Gerätes festgestellt wurde. Der Verlauf des Wertes der Zeitverschiebung i (t) zwischen diesen Punkten ist in Wirklichkeit nicht linear, wie gezeichnet, sondern be sitzt im allgemeinen zufällige Werte, inbegriffen die Alte rungskomponente; zwecks Erklärung genügt es jedoch, einen theoretisch linearen Verlauf, wie gezeichnet, anzuneh men.
Falls im Zeitpunkt ti keine Korrektur ausgeführt wor den wäre, wird vorausgesetzt, dass der Verlauf der Ände rung der Zeitverschiebung i (t) gemäss der strichlierten Linie des Verlaufes die Fortsetzung der Verbindungslinie der Punkte (ti_l, ii_1) und (ti, ii) sein würde, und der Wert der Verschiebung würde im Zeitpunkt 4;+l den Wert ii+l = 2ii - ii_1 erreichen.
Da man jedoch die Verschiebung ii-1 = 0 erreichen will, muss eine Korrektur Fko der Frequenz fh ein geführt werden, die proportional dem Wert 2ii - Ti-, ist.
Es gilt die Beziehung, dass
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in Worten, dass die Änderung der Zeitverschiebung (t) in glei chem Verhältnis zur Länge des Ermittlungsintervalles T ist, wie die Verschiebung der Frequenz Fi-1 in diesem Intervall zum Frequenz-Nominalwert fh ist.
Ähnlich ist es für das Inter vall ti------- ti+1
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Die Frequenzkorrektur, die im Zeitpunkt ti ausgeführt werden muss, damit im folgenden Ermittlungsaugenblick ti+1 eine Zeitverschiebung ti+l entsteht, muss nach (1) und (2) sein Fk = Fi = Fi-1 =fh 1/T (ti+1 - 2 ti + ti-1) Die relative Frequenzkorrektur ist somit
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Falls im Zeitpunkt ti+1 der Wert Ti+1 Null erreichen soll, beträgt die nötige Frequenzkorrektur des geregelten Oszilla- tors
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Gemäss dieser Beziehung muss der Rechner 4 mit Speicher arbeiten. Eine Verwirklichung eines gemäss diesem Algorith mus arbeitenden Rechners ist auf verschiedene Weise mög lich und ist nicht Gegenstand dieser Erfindung.
In einer Reihe von Fällen ist es vorteilhafter, den durch schnittlichen Wert der Zeitverschiebung T (t) in der Nähe des Ermittlungszeitpunktes ti statt des augenblicklichen Wer tes festzustellen, wodurch die Wirkung von zufälligen Fluk tuationen behoben wird. Da Vorrichtungen, die als Zeitver gleichen 3 verwendet werden können, üblicherweise mit Inte grierelementen ausgestattet sind, ist diese Forderung üblicherweise erfüllt.
Durch das Verfahren und die Anordnung wird gesichert, dass die Frequenzkorrekturen, die für die Erhaltung der Ver schiebung der Phase des geregelten Oszillators in den erfor- derlichen bzw. feststellbaren Grenzen nötig sind, in ihrer ab soluten Grösse kleiner sind als bei anderen Nachstimm-Me thoden bei gleichen Grenzen der zulässigen Phasenabwei chungen. Diese Korrekturen sind bekannt und während eines Intervalls konstant und ein derart geregelter 0szillator kann z. B. auch besser zum genauen Messen von Frequen zen dienen als bekannte Typen dar geregelten Oszillatoren.
The present invention relates to a method for the automatic control of oscillators, except in timing devices, and the arrangement for performing this method.
To set precise frequency-stable basic oscillators whose frequency is used to control secondary frequency or time standards and the like for the areas of electrical engineering, optics and mechanics, control systems are used, which are either broadcast by radio transmitters in the field of long waves or long waves who or through other funds are supplied.
To set precise frequency-stable basic oscillators, the frequency of which is used to control secondary frequency or time standards and the like, control systems are used, which act on the oscillator in such a way that it oscillates with constant dig coherent phase with the frequency of the control frequency normal, of course in Limits of technically achievable accuracy under the influence of measurement errors, transmission disturbances of the control signal, aging of the arrangement, especially of the quartz and other external influences such as temperature fluctuations and the like.
These devices cause the tuning organs of the controlled basic oscillator to be tuned continuously and depending on the respective size of its phase deviations from the ideal state, so that any change in the parameters of the transmission path of the normal control signal (e.g. threading, etc.), the properties of the receiver and other parts of the control system, which acts as a change in the phase position of the normal control signal in the comparison point with the signal of the controlled oscillator, causing undesired control processes. The frequency of the controlled oscillator is affected by the remaining daily variations.
The transmission of normal frequency control signals in the area of long and long waves is known to be reliable only during the day, when the phase shift at the receiving point is relatively constant compared to the transmitting point. In contrast, significant changes in this shift occur at sunrise and sunset (even by several periods) and random fluctuations occur during the night, which then lead to undesirable control processes. If the normal control signal fails, the entire control process is lost. Systems designed to prevent this fall are very complicated, expensive and prone to failure.
In order to achieve large time constants of the controller, it is necessary to use an electromechanical principle in the controller, which is very complicated because of the requirement for continuous operation at low power.
The present invention aims at eliminating the disadvantages of existing control methods of oscillators and the relevant arrangements to a greater extent than currently achievable, above all a substantial restriction of the possibility of an irreversible phase shift of the magnitude of a multiple of 2 7c occurring , the large frequency fluctuations of the controlled oscillator in the continuous control process, the dependence of the activity of the control process on random changes and disturbances in the transmission of the normal frequency control signal.
The invention also enables a substantial simplification of the construction of the necessary devices, which is reflected favorably in a considerable reduction in the effort required and the susceptibility of the apparatus to failure. The invention increases the reliability of the regulation by a very large value, it also enables precise oscillators to be regulated, the frequency of which is different from the normal control frequency, not even a harmonic relationship with it.
The method according to the invention is characterized in that the measured time shift of the regulated oscillator compared to a normal frequency control signal is converted into a variable, the value of which can be stored in a memory and which repeats regularly at a constant time interval determined in advance Determination times a frequency correction is calculated using a stored value of the time shift in the previous determination time established value of the time shift and after this calculation the last determined value is stored in the memory and a change in the frequency of the controlled oscillator is carried out by a calculated correction, where the correction according to the equation
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he follows,
where fh is the nominal frequency of the controlled oscillator.
Furthermore, the time shift can be determined from the average value of the time shift in the vicinity of the determination instant.
The arrangement for carrying out the method is characterized in that a computing device with a memory is connected to the output of a time comparator, which is connected to a program control unit and, according to the algorithm mentioned in claim 1, periodically in the determination times in works at regular intervals by control pulses at the input of the program control unit, and that an actuation unit is connected to the output of the computing device with memory, which adjusts the tuning of the regulated oscillator by a correction.
An exact comparison of mutually distant normals of frequency or time is only possible at sufficiently long time intervals T due to the properties of the common transmission channels. In these time intervals (one day and more) the mean deviation Af of the frequency of the controlled oscillator is determined. This is possible in a simple manner if the frequency of the control standard corresponds to the frequency of the controlled oscillator (f142). If these frequencies are different (f142), both or only one of them can be transposed or converted to a located frequency f3.
In the case of very accurate oscillators, the frequency deviation is carried out by measuring the phase deviation A-9 at the beginning and at the end of the determination time interval T. The phase shift 014 of a signal can advantageously be given by a time parameter (time shift leading, lagging)
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be expressed where the size of the constant k is insignificant for the evaluation of the phase or frequency deviations of the compared standards.
This expression is appropriate, since frequency and time are physically related quantities and the unit of time is defined in terms of the number of periods of a precisely known frequency, and it is also very advantageous in that it enables the easy and simple comparison of signals with completely different frequencies. For a given frequency, there is in principle no difference between the phase deviation A.9 and the time shift i (t), provided that when determining the phase deviation A9 there is an uninterrupted integration of the partial deviations even when the values Ae = 2n, 4- c <B> ... </B> etc. takes place.
Thus, it is said that the values AS =? ... AS = 2n +? etc. can be distinguished. For reasons of general validity, the term time shift i (t) will continue to be used exclusively, regardless of whether it is a matter of comparing frequency standards or time standards.
The invention is explained in more detail using a control process and the mode of operation of the arrangement in connection with the drawing. 1 shows a block diagram of the control device; 2 shows an idealized time diagram of the course of the time shift in two detection intervals and the associated frequency course of the controlled oscillator.
According to Figure 1, the controlled oscillator 1 gives a signal with the frequency fh at its output 10 and via the line 13 to the input 31 of the time comparator device 3. The second input 32 of the time comparator device 3 is connected to the output 23 of the source 2 of the standard frequency fe connected. This source 2 is a radio receiver for long or long waves. It goes without saying, however, that the method described is not intended and usable exclusively for the regulation of secondary frequency or time norms by long or long wave transmission. This method can be used in all cases where it is necessary to switch off a periodic dependence of the phase of the control signal on the time of day (e.g.
B. when the control signal is transmitted via a telephone line, the parameters of which are variable during the day and night), or where uninterrupted transmission of the control signal throughout the day is not possible for economic or technical reasons (e.g. can the audio frequency of 1 kHz, which some radio stations broadcast regularly for a few minutes every day). An equivalent oscillator can also serve as the source 2 of the calibration frequency fe, if both oscillators are to be kept in a constant frequency ratio.
The mechanical or electrical cal output variable at output 34 is fed to the input of a simple computer 4 with a memory. The output 54 of the function control unit 5 is connected to the second input 45 of this computer 4, to whose input 50 the starting pulse is fed. The output 46 of the computer 4 is connected to the input 64 of the servo device 6, which is connected by means of the coupling 61-16 to the controlled oscillator 1 so that it effects the tuning of its frequency fe.
The individual elements of the arrangement have the following properties: The oscillator, tuned to the required exact frequency fh, is a very stable frequency oscillator that is controlled by a crystal, possibly by quantum processes. The output 10 of the oscillator can be used to control frequency synthesizers, electronic counters and the like. The time comparator device 3 is generally a known device, the output 34 of which supplies a quantity proportional to the time shift i (t) of the signal fn of the regulated oscillator 1 from the control signal fe of the normal frequency source 2. This Zeitver equalization device 3 can be carried out in various known ways.
But you can also amplify the control signal core; consist of circles for a transformation (synthesis) and combination of the frequencies of the regulated oscillator and the control signal, of a phase discriminator and a servomechanically controlled phase shifter, the shaft 34 of which goes through continuously. its rotation all changes in the time shift (phase shift environment) in the necessary range, z. B. 50 s, follows. The time comparison device 3 can also be implemented without electromechanical circuits, e.g. B. by using the elements of analog or digital technology.
The indication of the time shift c (t), which can be determined as a mechanical or electrical variable, must be capable of being recorded in the memory of the computer 4. The computer 4 is a simple single-purpose computer that works according to a simple algorithm mentioned later. It must be able to store the value of the time shift Ti-1 in the previous time ti-1 for the determination up to the present time t; and after the calculation of the correction of the frequency Fko from the value ti-1 and from the ti of the time shift at time ti to keep this last value Ti in the memory. Execution of this operation is controlled by the program control unit 5. A pulse fed to input 50 is used as the execution command.
This pulse can be triggered at will, e.g. B. by hand, but preferably automatically by any clock that is advantageously controlled by the oscillator 1. At the output 46 of the counter 4, a correction signal is IN ANY that, by means of the control device 6, corrects the tuning of the oscillator 1 by the value Fko.
FIG. 2 serves to derive the algorithm of the computer 4 with memory. Here, A shows the course of the time shift i (t) of the regulated oscillator with respect to the normal control signal as a function of time. It is assumed that the determination points follow one another at regular time intervals of length T. The time T can be chosen arbitrarily. For very precise oscillators z. B. the time span a day, that is T = 24 hours, ge suitable. It is sufficient to choose a time of day in which the reception of the normal control signal is fully secured and then to make the correction. If at the same time a graphical recording of the time shift u (t) is made, it can be seen whether the regulated oscillator has skipped one or more periods of the normal control frequency fe.
It is assumed that at the time of determination ti-1 the controlled oscillator is out of tune and has a certain time shift (ti-1 = 0). According to FIG. 2, the time ti-1 is the time shift ii-1 = i (ti-1), which was determined with an accuracy given by the device (which is indicated in FIG. 2 by the tolerance range Ai). At this point in time there is the frequency deviation Fi-1 (as indicated in B), which theoretically remains constant for the entire time T until the further determination time ti (the own instability of the oscillator 1 is not taken into account due to the simplification of the explanation). The value ti-1 is stored in the memory of the computer 4.
At time ti, the time shift of the oscillator 1 compared to the normal control signal has the value ti = t (ti), which was again determined by the time comparator 3 in the range of the accuracy Ai of the device. The course of the value of the time shift i (t) between these points is in reality not linear, as shown, but has generally random values, including the aging component; for the sake of explanation, however, it is sufficient to assume a theoretically linear course as shown.
If no correction had been carried out at time ti, it is assumed that the course of the change in time shift i (t) according to the dashed line of the course is the continuation of the connecting line of points (ti_l, ii_1) and (ti, ii) would, and the value of the shift would reach the value ii + l = 2ii - ii_1 at time 4; + l.
However, since one wants to achieve the shift ii-1 = 0, a correction Fko of the frequency fh must be introduced, which is proportional to the value 2ii - Ti-.
The relationship that applies
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in words that the change in the time shift (t) is in the same ratio to the length of the determination interval T as the shift in the frequency Fi-1 in this interval to the nominal frequency value fh.
It is similar for the interval ti ------- ti + 1
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The frequency correction that must be carried out at time ti so that a time shift ti + l occurs in the following determination instant ti + 1, must be Fk = Fi = Fi-1 = fh 1 / T (ti +) according to (1) and (2) 1 - 2 ti + ti-1) The relative frequency correction is thus
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If the value Ti + 1 should reach zero at time ti + 1, the necessary frequency correction of the controlled oscillator is
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According to this relationship, the computer 4 must work with memory. A computer operating according to this algorithm can be implemented in various ways, including and is not the subject of this invention.
In a number of cases, it is more advantageous to determine the average value of the time shift T (t) in the vicinity of the determination time ti instead of the current value, which eliminates the effect of random fluctuations. Since devices that can be used as Zeitver same 3, are usually equipped with integrating elements, this requirement is usually met.
The method and the arrangement ensure that the frequency corrections that are necessary to maintain the shift in the phase of the controlled oscillator within the required or ascertainable limits are smaller in their absolute size than with other retuning measurements methods with the same limits of the permissible phase deviations. These corrections are known and are constant during an interval and such a controlled oscillator can e.g. B. also better for precise measurement of Frequen zen serve as known types of regulated oscillators.