Назначение
Стандарты частоты и времени водородные Ч1-1035 (далее - Ч1-1035) предназначены для формирования и хранения высокостабильных, высокоточных по частоте спектрально чистых синусоидальных сигналов 5, 10, 100 МГц и импульсных сигналов 1 Гц для проведения время-частотных измерений.
Описание
Принцип действия Ч1-1035 основан на фазовой синхронизации сигнала локального кварцевого генератора по сигналу, генерируемому водородным мазером.
Основной причиной, определяющей нестабильность частоты стандарта на длительных интервалах времени (более 1 суток), является нестабильность резонансной частоты СВЧ резонатора (частота резонатора). Поэтому для обеспечения требуемой нестабильности частоты (СКДО) для интервала времени измерения 1 сутки необходима система автоматической подстройки частоты резонатора на вершину спектральной линии излучения водорода (система АНР).
Для обеспечения требований к выходным сигналам в Ч1-1035 реализована система регулирования, выполняющая две основные функции:
- автоматическую подстройку выходной частоты стандарта 5; 10; 100 МГц по сигналу водородного мазера;
- автоматическую настройку частоты резонатора на вершину спектральной линии излучения водорода.
Основой Ч1-1035 является водородный мазер, где осуществляется генерация
-13
высокостабильного сигнала с частотой 1420,405 МГц и мощностью порядка 10 Вт.
Водородный мазер состоит из следующих основных элементов:
- СВЧ резонатора с накопительной колбой. Частота резонатора изменяется варикапом, на который подается управляющее напряжение, формируемое цифро-аналоговым преобразователем (ЦАП) блока водородного генератора (ВГ). Управляющий код для ЦАП формируется микропроцессором того же блока на основании команд, поступающих из местного терминала;
- системы формирования пучка возбужденных атомов водорода, осуществляющих излучение сигнала в СВЧ резонаторе.
Кроме собственно мазера в состав блока ВГ входит собственный микропроцессор, цепи управления и питания.
Пучок атомов водорода формируется следующим образом. В качестве источника водорода используется интерметаллическое соединение (LaNi5H)x, при нагревании которого выделяется молекулярный водород, поступающий в очиститель. Очиститель водорода представляет собой тонкостенную никелевую трубку, свернутую в спираль. Регулирование проницаемости трубки осуществляется путем ее нагрева электрическим током до 1 А (ток очистителя) при напряжении до 1 В.
После очистителя молекулярный водород подвергается диссоциации в разрядной колбе. Электрический разряд в колбе возбуждается высокочастотным генератором (ГВЧ), обеспечивающим электромагнитное поле с частотой от 100 до 120 МГц и напряженностью порядка 1000 В/см. Интенсивность разряда контролируется с помощью фотодатчика.
Из разрядной колбы атомы водорода через коллиматор попадают в поле квадрупольного магнита, осуществляющего сортировку атомов водорода по энергетическим состояниям.
Отсортированные возбужденные атомы водорода инжектируются в накопительную колбу, находящуюся в центре СВЧ резонатора. На колбу накладывается слабое продольное магнитное поле. Это поле обеспечивает расщепление сверхтонкой структуры основного состояния атома водорода, возникающей в результате взаимодействия спина электрона и спина ядра.
В накопительной колбе происходит вынужденное излучение атомов водорода. Полученный сигнал через петлю связи, ферритовый вентиль и коаксиальный разъем подается на малошумящий предусилитель системы ФАПЧ.
Для стабилизации пучка атомов водорода используется система автоподстройки давления молекулярного водорода в разрядной колбе, где в качестве датчика используется терморезисторный вакуумметр Пирани.
Для устранения зависимости частоты излучаемого сигнала от внешних магнитных полей и температуры используются системы термостатирования (внешний и внутренний термостаты) и магнитного экранирования, внутрь которых помещается СВЧ резонатор мазера. Коэффициент экранирования системы, состоящей из четырех магнитных экранов, составляет примерно 105.
Двухступенчатая, многозонная термостатирующая система обеспечивает поддержание температуры СВЧ резонатора с точностью 0,001 °С. Контроль температуры осуществляется с помощью датчиков, помещенных в разных точках системы.
В мазере используются две независимые вакуумные системы, состоящие из геттерного насоса и трех магниторазрядных насосов. Геттерный насос, в совокупности с первым магниторазрядным насосом, создает и поддерживает вакуум в системе формирования пучка атомарного водорода. Второй магниторазрядный насос обеспечивает вакуум в накопительной колбе, а третий в СВЧ резонаторе.
Активация адсорбента в геттерных насосах осуществляется на заводе изготовителе путем нагрева электрическими нагревателями до температуры 800 °С. Включение магниторазрядных насосов осуществляется в условиях высокого вакуума с давлением остаточных газов не более 210-3 мм рт.ст.
Уровень вакуума контролируется по величине тока магниторазрядных насосов.
Блок АПЧ в качестве основной функции обеспечивает формирование выходных сигналов стандарта с помощью фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) кварцевого генератора 5 МГц по сигналу водородного мазера. Кроме того, блок АПЧ содержит узлы системы АНР.
Общий вид Ч1-1035 представлен на рисунке 1.
Схема пломбировки от несанкционированного доступа, обозначение места нанесения знака поверки представлены на рисунке 2.
Программное обеспечение
Программное обеспечение (ПО) Ч1-1035 делится на встроенное и внешнее. Встроенное ПО записывается на предприятии изготовителе, конструкция Ч1-1035 исключает несанкционированный доступ к ПО.
Внешнее ПО поставляется на компакт диске и предназначено для контроля рабочего режима работы Ч1-1035, корректировки кода частоты при периодической поверке, а также получения измерительной информации со встроенного компаратора частотного.
Уровень защиты программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений «средний» в соответствии с Р 50.2.077-2014.
Таблица 1 - Идентификационные данные (признаки) метрологически значимой части ПО
| Идентификационные данные (признаки) | Значение |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Идентификационное наименование ПО | сервер | Стандарт частоты и времени Ч1-1035. Программа Менеджер | Компаратор частотный стандарта частоты и времени водородного |
| Номер версии (идентификационный номер) ПО | Не ниже v.20.16.35 | Не ниже 35.1.4 | Не ниже v.20.4.4 |
Технические характеристики
Таблица 2 - Метрологические характеристики
| Наименование характеристики | Значение |
| Номинальные значения частот выходных сигналов, Гц | 1; 5-106; 1>107; 1,0-108 |
| Среднее квадратическое значение напряжения выходных синусоидальных сигналов на нагрузке 50 Ом, В | от 0,8 до 1,2 |
| Параметры импульсного сигнала частотой 1 Гц на нагрузке 50 Ом: - полярность - период следования, с - амплитуда импульсов, В; - длительность импульсов, мкс; - длительность фронта, нс, не более | положительная 1 от 2,5 до 5,0 от 10 до 20 3,0 |
| Пределы допускаемой погрешности синхронизации сигнала 1 Гц относительно внешнего импульсного сигнала 1 Гц, нс | ±25 |
| Предел допускаемого среднего квадратического относительного двухвыборочного отклонения (СКДО) частоты выходного сигнала 5 МГц при интервале времени измерения: 1 с 10 с 100 с 1000 с 1 ч 1 сутки | 7.0 10-14 1.51014 4.0 1015 1.51015 1.51015 5,010-16 |
| Пределы допускаемого относительного среднего изменения частоты за 1 сутки, через год непрерывной работы | ±5,010-16 |
| Пределы допускаемой относительной погрешности по частоте при выпуске из поверки | ±3,010-13 |
| Пределы допускаемой относительной погрешности по частоте на | ±1,010-12 |
| интервале между поверками |
| Предел допускаемой спектральной плотности мощности фазовых шумов в одной боковой полосе сигнала 5 МГц при отстройке от несущей частоты, дБ/Гц: | |
| 1 Гц | -130 |
| 10 Гц | -148 |
| 100 Гц | -153 |
| 1 кГц | -158 |
| 10 кГц | -158 |
| 100 кГц | -158 |
| Предел допускаемого СКДО частоты входного сигнала 5 МГц, вносимого встроенным компаратором в полосе пропускания флуктуаций 10 Гц, при интервале времени измерения: | 1,0 10-13 |
| 1 с |
| 10 с | 1,0 10-14 |
| 100 с | 1,51015 |
| 1 ч | 5,010-16 |
Таблица 3 - Основные технические характеристики
| Наименование характеристики | Значение |
| Рабочие условия эксплуатации: - температура окружающего воздуха, °С - изменение температуры окружающего воздуха в любой точке диапазона рабочих температур, °С - относительная влажность окружающего воздуха при температуре 30 °С, %, не более - атмосферное давление, кПа | от 10 до 30 ±1 90 от 60 до 106,7 |
| Параметры электропитания: - напряжение переменного тока, В - частота переменного тока, Гц - напряжение питания от сети постоянного тока, В | от 198 до 242 от 49 до 51 от 22 до 30 |
| Потребляемая мощность от сети переменного тока, В • А, не более | 150 |
| Габаритные размеры, мм, не более: длина ширина высота | 550 550 1010 |
| Масса, кг, не боле | 105 |
Знак утверждения типа
наносится на титульный лист руководства по эксплуатации и формуляр типографским способом и на самоклеющуюся наклейку на переднюю панель Ч1-1035, обеспечивающим четкое изображение знака, его стойкость к внешним воздействующим факторам, а также сохранность его изображения в течение всего установленного срока службы Ч1-1035
Комплектность
Таблица 4 - Комплектность стандарта частоты и времени водородного Ч1-1035
| Наименование | Обозначение | Количество |
| Стандарт частоты и времени водородный Ч1-1035 | ЯКУР.411141.046 | 1 шт. |
| Кабель питания 220 В | Кабель питания, 5 м, евростандарт | 1 шт. |
| Кабель интерфейсный | ЯКУР.685670.026-01 | 1 шт. |
| Переход интерфейсный | UC232R-10 | 1 шт. |
| Комплект ЗИП-О стандарта частоты и времени в составе: Розетка 2РМ14КПН4Г1В1 Вставка плавкая Вставка плавкая Вставка плавкая Вставка плавкая Вставка плавкая | | |
| ГЕ0.364.126 ТУ | 2 шт. |
| ВП2Б-1В 2 А 250 В ОЮ0.480.005ТУ-Р | 2 шт. |
| ВП2Б-1В 3,15 А 250 В ОЮ0.480.005ТУ-Р | 2 шт. |
| ВП2Б-1В 5 А 250 В ОЮ0.480.005ТУ-Р | 2 шт. |
| ВП1Б-1В 1 А 250 В ОЮ0.480.003ТУ-Р | 2 шт. |
| ВП1Б-1В 2 А 250 В ОЮ0.480.003ТУ-Р | 2 шт. |
| Руководство по эксплуатации | ЯКУР.411141.046РЭ | 1 шт. |
| Инструкция пользователя | ЯКУР.411141.046РЭ1 | 1 шт. |
| Методика поверки | 411141.046-714-19 МП | 1 шт. |
| Формуляр | ЯКУР.411141.046ФО | 1 шт. |
| Программное обеспечение стандарта частоты и времени водородного Ч1-1035 | RU.ЯКУР.00159-01 | На CD- диске |
| Упаковка | ЯКУР 411915.023 | 1 шт. |
Поверка
осуществляется по документу 411141.046-714-19 МП «Стандарты частоты и времени водородные Ч1-1035. Методика поверки», утвержденному ФГУП «ВНИИФТРИ» 28.08.2019 г.
Основные средства поверки:
- Государственный первичный эталон единиц времени, частоты и национальной шкалы времени ГЭТ 1-2018;
- компаратор частотный VCH-314 (регистрационный номер 35266-07 в Федеральном информационном фонде)
- частотомер универсальный CNT-90 (регистрационный номер 41567-09 в Федеральном информационном фонде)
- анализатор фазовых шумов TSC 5120А (регистрационный номер 30822-05 в Федеральном информационном фонде)
- осциллограф цифровой DS0-X3012A (регистрационный номер 48998-12 в Федеральном информационном фонде);
Допускается применение аналогичных средств поверки, обеспечивающих определение метрологических характеристик поверяемого Ч1-1035 с требуемой точностью.
Знак поверки наносится на переднюю панель корпуса Ч1-1035 и на свидетельство о поверке в виде наклейки или оттиска поверительного клейма.
Сведения о методах измерений
приведены в эксплуатационном документе.
Нормативные документы
Государственная поверочная схема для средств измерений времени и частоты (Приказ Росстандарта № 1621 от 31.07.2018г.)
Стандарт частоты и времени водородный Ч1-1035. Технические условия. ЯКУР.411141.046ТУ
77190-19: Методика поверки 411141.046-714-19 МПСкачать7.2 Мб