一个钟表校准仪电路

    1　概述

    现有钟表校准仪是对机械钟表摆的振动声音进行记录并与标准量进行对比,然后借助于纸带上的打印记录,通过调整钟表上的快慢针位置(即调整参与振荡的游丝长度)进行钟表的校准。它有很多缺点,如结构复杂、功能单一、价格太高、无法对流行的石英晶体振荡的钟表校准、调校的结果欠直观且手续繁杂等。为此,笔者设计了一个成本低廉的线路,利用测周期的原理实现各类钟表的校准,由于仪表的读数采用了类似平衡电桥的“零示法”读数原理,故校准精度很高。利用此仪表可以迅速、准确地调好机械钟表的快慢针位置和石英钟表的微调电容的容量。另外,为方便使用,该校准仪比以往的校准仪内部还多设置了消磁、烘干电路。下面我们就此仪器对不同钟表的校准原理、电路自身的工作原理及误差作一分析。 

    2　校准原理

    现今民用钟表按时基来源划分主要有机械式和石英晶体振荡式两大类。若借用电路术语来讲的话,机械式钟表是靠“摆”及擒纵机构获得较高频的时基后,再通过齿轮传动对其分频获得精确计时的。其走时的快与慢是靠调整一个套在游丝上的可动框架,截取游丝长度来实现的。国内外机械钟表常用的摆频主要有10800、18000、21600和36000次/小时,(3)其中最常用者为21600次/小时。按以上摆频,机械钟表在每秒内能被听到的“嗒、嗒…”声依次为3、5、6和10次。通过电路检拾放大这种声音并分别计数3、5、6、10次即可得到这几类钟表待校准的秒信号,把此信号做为计数电路的闸门开启时间,打开计数闸门,同时,输入精度很高的100kHz振荡脉冲给计数电路。若被校钟表准确,则示数必为100000,反之,可通过调整该钟表的快慢针使其示数为100000。这样就可以达到校准的目的。这里需说明的是:由于机械钟表本身摆频太低,若采用常规的测频方法直接测试,则会因为量化误差而严重影响准确度。对于石英类钟表,由于其中液晶式是无声的,故秒信号的获得采用了不同的方式。它利用高输入阻抗的电路,在不干扰钟表运行的情况下直接从电路中32768Hz等晶振的引脚处取出高频信号,通过“模2n”数字分频获得秒信号。此后按上述读数原理,对晶振引脚上的校时微调电容进行调整即可。

    3　电路原理

    基于上述测试原理,拟定原理框图如图1,仪器的主要电路部分(数字单元)电路原理图如图2所示。限于篇幅,对比较简单的模拟信号处理部分的电路图(如框图中拾音、阻抗匹配和放大单元)以及消磁和烘干部分的电路图不再绘出。由框图可见,电路的后半部分就是一个典型的计数、译码、显示单元。