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Hintergrund
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf die Erfassung verschiedener
Bandbreiten von Licht und insbesondere, jedoch ohne Beschränkung darauf, auf
eine Fotoempfängeranordnung
und ein Verfahren zur Verarbeitung eines Fotosignals eines Hochleistungslasersystem
in eine Mehrzahl von Bandbreitensignalen, insbesondere im Hochfrequenzbandbereich,
einschließlich
z. B. eines Ultraschallsignals.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Typischerweise
erleichtert ein Fotoempfänger
die Umwandlung fotonischer Energie in ein elektrisches Signal im
interessierenden Bandbereich. Im Allgemeinen können derzeitige Fotoempfänger keine ausreichende
Erfassung im Hochfrequenzbandbereich beim Ultraschalltesten von
zusammengesetzten Materialien, siehe z. B. EP-A-0 687 061, durchführen.
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Obwohl
es in der Messtechnik allgemein bekannt ist, extrahieren zur Illustration
Telekommunikationsfotoempfängersysteme
etwa 1,0 Milliwatt (mW)-Leistung, vielleicht 10 mW als Maximum,
zur Erfassung und Signalverarbeitung von Hochfrequenzbandbreite.
Als solches gibt die Messtechnik statt des Sendens von Datensignalen über optische und
elektrische Kanäle
Techniken zur Extraktion von Informationssignalen an, die zusammen
mit typischerweise größeren optischen
Signalen gehalten werden.
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Derzeitige
Fotoempfängersysteme
verwenden Ausgleichstechniken, die typischerweise Niederfrequenzsignale
mittels Phasenlöschung
auslöschen,
so dass ein einzelnen Hochfrequenzsignal aus dem optischen Träger extrahiert
wird. Diese Technik ist nachteilig, weil das Fotoempfängersystem die
vollständige
Löschung
des Niederfrequenzsignals ständig
und genau auszuführen
hat. Darüber
hinaus ermöglicht
es diese Technik nicht, gleichzeitig Information aus den Niederfrequenzsignalen
und den Hochfrequenzsignalen zu ziehen, weil das Niederfrequenzsignal
gelöscht
wird. Leider verwenden heutige Fotoempfängersysteme auch keine Messtechniken, um
Ultraschallsignale im Bereich von 0,5 MHz–10 MHz aus einem größeren optischen
Träger
zu extrahieren.
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Als
weiterer Nachteil arbeiten heutige Fotoempfängersysteme nicht bei optischen
Signalen, die sehr große
Lichtpegel aufweisen, um eine ausreichende Genauigkeit zu erreichen,
um kleine und/oder Hochfrequenzsignale zu erfassen, die auf einem
Niederfrequenzsignal aufgesetzt sind. Die Erhöhung der optischen Energie
eines optischen Signals, das von einem Fotoempfängersystem empfangen wird,
erhöht
als solches das Signal-Rausch-Verhältnis. Um die Güte des zu
interessierenden Hochfrequenzbandes zu verbessern, ist ein höheres Signal-Rausch-Verhältnis wünschenswert.
Im Allgemeinen verbessert sich das Signal-Rausch-Verhältnis mit
der Quadratwurzel der Lichtmenge, die durch einen Fotoempfänger gesammelt
wird.
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Heutige
Fotoempfängersysteme,
wie sie typischerweise in der Telekommunikationsindustrie verwendet
werden, erfassen oft Licht, um 1,0 mW optischer Leistung zur Verwendung
bei der Identifizierung von interessierenden Hochfrequenzbandbreiten abzugeben.
Entsprechend existiert kein Fotoempfängersystem, das eine ausreichende
Leistung zur Verfügung
stellt, um Ultraschallsignale im interessierenden Hochfrequenzbandbereich
zu erfassen. Z. B. können
heutige Fotoempfänger
kein Ultraschallsignal im Bereich von 0,5–10 MHz außerhalb des optischen Trägers für das Signal
erfassen.
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Kurze Zusammenfassung
der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung, wie sie in den unabhängigen
Ansprüchen
1 und 2 angegeben ist, trennt eine Fotoempfängeranordnung auf genaue Weise
wenigstens ein Hochfrequenzsignal, wie z. B. ein Ultraschallsignal,
von einem großen,
niederfrequenten Impuls. Die Fotoempfängeranordnung empfängt ein
Fotosignal von einer Quelle, wie einem Lasersystem, und erzeugt
einen Fotostrom. Dieser Fotostrom wird in zwei oder mehr separate
Stromkreise aufgeteilt und jeder Stromkreis wird innerhalb dieser
Kreistransimpedanzstufe verstärkt.
Daher wird der Strom-zu-Spannungswandlungsprozess für jedes
resultierende Spannungssignal auf die Größe des interessierenden Signals
optimiert.
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Anders
als Stromausgleichstechniken, die schwer zu kalibrieren sind und
erfordern, dass alle interessierenden Signale vorhanden sind, führt die
vorliegende Erfindung eine vereinfachte Messkonfiguration ein, die
einen Fotodetektor und einen Splitter verwendet, um verschiedene
interessierende Bandbreiten zu isolieren. Die Fotoempfängeranordnung
enthält
einen Fotodetektor und einen Splitter, die mit dem Fotodetektor
gekoppelt sind. Der Splitter ist außerdem mit einer Mehrzahl von
Transimpedanzsignalwegen gekoppelt. Im Betrieb empfängt der
Splitter einen Strom vom Fotodetektor, trennt und richtet den Strom
auf die Mehrzahl der _ Transimpedanzsignalwege. Z. B. extrahiert
der Splitter ein Hochfrequenz-Ultraschallsignal
aus einem großen
niederfrequenten Signal und richtet das Ultraschallsignal auf einen
einer Mehrzahl von Transimpedanzsignalwegen, um dieses über eine
Transimpedanzamplituden-Verstärkeranordnung,
die aus den Weg gekoppelt ist, in ein Spannungssignal umzuwandeln.
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In
einem exemplarischen Ausführungsbeispiel
enthält
der Splitter ein T-Netzwerk-Übertragersystem.
Daher sendet das Übertragersystem
für eine Triggerbedienung
Fotostrom von der Primärseite
zur Sekundärseite
des Übertragers,
um eine Hochfrequenzsignalkomponente des Fotostroms von einer kleineren
Frequenzkomponente zu trennen, die die Sekundärseite umgeht. Wenn die Triggerbedingung nicht
erfüllt
ist, ist das Übertragersystem
jedoch ein Kurzschluss derart, dass Strom vom Fotodetektor direkt über eine
Nebenschlussananordnung zu einem Niederfrequenzregister schließt.
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Es
ist außerdem
darauf hinzuweisen, dass in dieser Beschreibung und den angehängten Ansprüchen der
Ausdruck „Triggerbedingung" sich auf wenigstens
einen Reiz bezieht, der auf Zeit oder physikalischen Bedingungen
beruht. Eine Triggerbedingung kann z. B. eine Zeitabfolge oder eine
Frequenzbandbreitenbedingung sein. Ferner enthält in einem exemplarischen
Ausführungsbeispiel
eine Triggerbedingung einen bestimmten Umstand.
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Mit
dem Hochfrequenzweg ist eine Hochfrequenzeinheit gekoppelt, die
eine Vorwärtsverstärkungsanordnung
und eine Hochfrequenz-Transimpedanzverstärkeranordnung
enthält.
Die Vorwärtswegverstärkung ist
so konfiguriert, dass sie einen Hochfrequenzstrom aus dem Übertragersystem empfängt, während ein
großes
Spannungssignal oberhalb der Nenn-Spannungsanforderung zum Betrieb des Übertragers
zur Verfügung
gestellt wird. Die Hochfrequenz-Transimpedanzverstärkeranordnung
wandelt die Hochfrequenzkomponente des Fotostroms in eine Signalspannung
um, wie z. B. eine Signalspannung, die ein Ultraschallsignal definiert.
Ferner kann entlang jedes Pfades ein gesteuerter Verstärker positioniert
sein, um die resultierende Signalspannung einzustellen. Diese kontrollierten
Verstärker
können in
einer Ausführungsform
computergesteuerte Verstärker
sein, in einer anderen Ausführungsform
Pufferverstärker
und eine Kombination einer Gleichtakt-Drosseleinheit und einer spannungsgesteuerten Verstärkeranordnung
in einer anderen Ausführungsform.
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Schließlich stellt
die Fotoempfängeranordnung
wenigstens zwei Spannunssignale zur Verarbeitung bereit, z. B. einen
Niederfrequenzimpuls sowie ein Hochfrequenzsignal, das aus diesem
Impuls extrahiert wird. Z. B. kann in Lasersystemen der Niederfrequenzimpuls
an ein Interferometerstabilisierungssystem geführt werden, das eine Rückkopplungssteuerung
zur Erhaltung der durch Laser induzierten Fotosignale in der interessierender
Bandbreite enthält.
In einem anderen Beispiel kann ein Ultraschallentspannungssignal
empfangen werden zur Signalverarbeitung und zur Bilderzeugung eines
Komponententeils, wenn dieses Teil einem Laserultraschall ausgesetzt
ist.
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Andere
Absichten, Zwecke, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung
ergeben sich dem Fachmann im Hinblick auf das Folgende.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Für ein vollständigeres
Verständnis
der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile sollte auf die folgende
detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen
Bezug genommen werden, in denen
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1 ein
schematisches Diagramm einer Fotoempfängeranordnung gezeigt ist,
die in Verbindung mit einem Hochleistungslasersystem arbeitet,
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2 ein
Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels
einer Fotoempfängeranordnung
ist, wobei die Fotoempfängeranordnung
wenigstens ein Signal an ein externes System abgibt,
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3 ein
Blockdiagramm einer anderen Ausführungsform
einer Fotoempfängeranordnung darstellt,
wobei die Fotoempfängeranordnung
wenigstens ein Signal an ein externes System abgibt, und
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4 ein
Schaltungsdiagramm einer Ausführungsform
von 2 ist.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Wie
erforderlich, werden hierin detaillierte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung angegeben, jedoch ist darauf hinzuweisen, dass die beschriebenen
Ausführungsformen
lediglich Beispiele der Erfindung darstellen, die in unterschiedlichen Formen
ausgeführt
sein kann. Die Figuren sind nicht maßstäblich und einige Merkmale sind
vergrößert, um
Details bestimmter Komponenten oder Schritte darzustellen.
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Allgemein
illustrieren die 1 bis 4 eine Fotoempfängeranordnung 50.
Die Fotoempfängeranordnung 50 empfängt ein
Fotosignal von einer Quelle und kann eine Mehrzahl von Signalen
aussenden.
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Zum
Zweck der Darstellung zeigt 1, obgleich
der Fachmann jegliche geeignete Quelle zur Abgabe eines Fotosignals
erkennt, eine Fotoempfängeranordnung 50 zur
Verwendung mit einem Lasersystem 10 zur Erzeugung und Verarbeitung
von Ultraschallsignalen. Laserultraschall bedeutet typischerweise
die Erzeugung und Erfassung von Ultraschalldaten, die mit Materialkomponenten über eine Laserausstrahlung
assoziiert sind.
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Häufig wird
Ultraschall-Laserenergie von einem Erzeugungslaser 16,
wie z. B. einem Pulslaser, zu einer Zielkomponenten 25 übermittelt.
Die Ultraschall-Laserenergie erzeugt kleine Verschiebungen an der
Oberfläche
des Teils 25. Wenn die Komponente 25 durch den
Erzeugungslaser 16 verschoben ist, reflektiert ein Laserstrahl 17 Licht
von der sich schnell bewegenden Oberfläche des Teils 25,
so dass ein Doppler- oder frequenzverschobenes Rückkehrsignal oder allgemein
ein Fotosignal entsteht.
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Das
gestreute Licht, dass das Fotosignal definiert, wird gesammelt und
durch ein Interferometer 18 verarbeitet und über eine
Datenerfassungseinheit 19 konvertiert. Das Interferometer
demoduliert die Phase oder die Frequenzmodulation aus dem Fotosignal
durch Umwandeln der Frequenzmodulation des Lasers in eine Strommodulation
der Laserintensität. Ferner
sind die Ultraschall- oder Basisbandsignale dem reflektierten Laserlicht
als Phasenmodulation oder Hochfrequenzseitenbänder der optischen Frequenz überlagert.
So wird das Ultraschallsignal von der optischen Frequenz des Lichts
durch Abtrennung des Basisbandsignals an einem Fotodetektor extrahiert,
wobei das Basisbandsignal durch den Fotodetektor in ein elektrisches
Signal im interessierenden Bandbereich umgewandelt wird. Die Empfindlichkeit der
Ultraschallverschiebungen einer Komponente 25 in einem
laserbasierten Erfassungssystem 10 ist typischerweise proportional
der Quadratwurzel der optischen Energie, die mit der sich bewegenden
Oberfläche
des Teils 25 interagiert, und die nachfolgend durch das
Erfassungssystem 10 gesammelt wird. Somit bildet in einem
Ausführungsbeispiel
das laserbasierte Erfassungssystem 10 ein Hochleistungsimpulslasersystem.
Allgemein weisen Hochleistungsimpulslasersysteme große Spitzen
optischer Leistungen und eine geringe Durchschnittsleistung auf,
um das Verbrennen eines Teils zu vermeiden.
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Die
Fotoempfängeranordnung 50 extrahiert Ultraschallechos
aus dem Fotosignal einschließlich einer
großen
Niederfrequenzkomponente, der eine Hochfrequenzkomponente mit kleinem
Pegel überlagert
ist. Die Fotoempfängeranordnung 50 trennt
den großen
niederfrequenten optischen Impuls von dem Hochfrequenzultraschallsignal
und verarbeitet die beiden Signale parallel, um eine Optimierung
der Verstärkung,
der Bandbreite des Signal-Rausch-Verhältnisses
für jeden
der parallelen Pfade zu optimieren. In einer exemplarischen Ausführungsform
ist ein Prozessor 35 mit der Fotoempfängeranordnung 50 gekoppelt
und empfängt
das Ultraschallsignal zur weiteren Verarbeitung.
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2 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
der Fotoempfängeranordnung 50 im
Betrieb mit einem externen System 40. Das externe System 40 verarbeitet
wenigstens ein Signal, das von der Fotoempfängeranordnung 50 empfangen
wurde.
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Das
externe System 40 in dem Ausführungsbeispiel von 2 stellt
auch ein Rückkopplungskreissystem 37 zur
Verfügung,
dass auf wenigstens einem Signal basiert, das von der Fotoempfängeranordnung 50 empfangen
wurde. Z. B. kann das Rückkopplungskreissystem 37 ein
Interterometerstabilisierungssystem enthalten. Das Interferometerstabilisierungssystem 37 empfängt einen
großen
Niederfrequenzimpuls vom Fotoempfängersystem 50 und stellt
das Lasersystem 10 so ein, dass das reflektierte Laserlicht
von der sich schnell bewegenden Oberfläche der Komponente 25 zur
Sammlung durch das Interferometer 18 von 1 optimiert
ist.
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In
Bezug auf die exemplarische Ausführungsform
von 2 enthält
das externe System 40 ferner wenigstens einen Analogdigitalkonverter 33. Der
Analogdigitalkonverter 33 transformiert als solches die
Eigenschaft eines von der Fotoempfängeranordnung 50 empfangenen
Signals aus einer Spannung in ein digitales Signal.
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Die
Fotoempfängeranordnung 50 von 2 trennt
ein Hochfrequenzsignal mit niedrigem Pegel aus einem Niederfrequenzimpuls
und verstärkt
das extrahierte kleine Funksignal. Im Allgemeinen enthält die Fotoempfängeranordnung 50 in
dem Ausführungsbeispiel
in den 1–4 einen
Fotostromsplitter 55 zur Trennung eines Fotostroms, der
von dem Fotodetektor 53 erzeugt ist in zwei Stromkreise und
verstärkt
jeden Kreis mittels einer eigenen Transimpedanzstufe. Der Fachmann
erkennt leicht, dass der Fotostromsplitter 55 einen Fotostrom
in eine Mehrzahl von Kreisen aufteilen kann, um eine Mehrzahl von
Signalen zu erreichen. Daher ist jede Strom-zu-Spannungsumwandlung,
die durch die Fotoempfängeranordnung 50 durchgeführt wird,
in Bezug auf die interessierende Signalgröße optimiert. Wie nachstehend
diskutiert, enthält
in 4 der Fotostromsplitter 55 ein Übertragersystem.
Das Übertragersystem
enthält
einen Übertrager,
der in Reihe mit einem Nebenschlusswiderstand gekoppelt ist, um einen
fotoinduzierten Stromkreis vom Fotodetektor 53 in zwei
Stromkreise zu verhindern.
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Mit
besonderem Hinblick auf 1 und 2 reflektiert
eine Lichtquelle 15, wie z. B. ein Hochleistungslaser,
ein Fotosignal von einem Werkstück 25 auf
den Fotoempfänger 50.
In der bevorzugten Ausführungsform
von 2 weist die Fotoempfängeranordnung 50 eine
Vorspannung zur Aufnahme des Fotosignals auf. Die Vorspannung 51 bildet ein
Zeitraster des Fotosignals, wie es vom Fotoempfänger 50 erforderlich
ist.
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Im
Beispiel der 2 wandert der Fotostrom von
der Vorspannung 51 zu einem Strombegrenzer 52.
Der Gleichspannungsstrombegrenzer 52 sichert, dass das
Fotosignal eine bestimmte Wellenformcharakteristik vor Eintritt
in den Fotodetektor 53 behält.
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Der
Fotodetektor 53 wandelt die Fotoenergie, die das Fotosignal
definiert und den Detektor 53 trifft, in ein elektrisches
Signal im interessierenden Bandbereich um. Ein Fachmann erkennt
leicht, dass jeder geeignete Fotodetektor von in der Industrie bekannten
Typen zur Umwandlung des Fotosignals in einen Fotostrom geeignet
ist, wie z. B. eine Halbleiter PIN-Fotodiode. Beispiele von Halbleiter
PIN-Fotodioden schließen
YAG-44A oder TAG-100 Halbleiter PIN-Fotodioden ein, die von EG&G Optoelectronics Group
of Canada und eine G5832-02 InGo-As PIN oder S1223 Halbleiter PIN
von Hammamatsu Corp. Japan hergestellt werden.
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Der
Splitter 55, der mit dem Fotodetektor 53 gekoppelt
ist, empfängt
den Strom vom Fotodetektor 53. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel
der 1–4 enthält der Splitter 55 ein
T-Netzwerk, um den vom Fotodetektor 53 erhaltenen Strom
in eine Mehrzahl separater Stromkreise zu trennen. Obgleich ein
Fachmann erkennt, dass der Splitter 55 den Strom in jede
beliebige Anzahl von Stromkreisen aufteilen kann, teilt der Splitter 55 für die exemplarischen
Ausbildungsformen der 1 – 4 den Strom
des Fotodetektors 53 in zwei separate Stromkreise 81, 82.
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Im
Speziellen enthält
der Splitter 55 ein Übertragersystem.
Das Übertragersystem
enthält
einen Übertrager,
der mit einem Nebenschlusswiderstand in Reihe geschaltet ist. Darüber hinaus
ist der Splitter 55 mit einer Mehrzahl von Transimpedanzsignalwegen 81, 82 gekoppelt.
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In
einem Ausführungsbeispiel
dient der Übertrager
unter allen Bedingungen an oder unterhalb einer Triggerbedingung
als Kurzschluss mit einem gewissen Widerstand, so dass jede Frequenzinformation
vom Fotodetektor direkt durch den Übertrager in die Nebenanschlussanordnung
fließt.
Das Nebenschlussregister enthält
einen Widerstand und kann eine Kapazität enthalten, die parallel geschaltet ist,
um einen Wechselspannungsnebenschluss zu bieten und ferner, um die
Bandbreite des Niederfrequenzweges 81 fein einzustellen.
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In
allen anderen Zuständen
oberhalb einer Triggerbedingung leitet der Separator 55 ein
Hochfrequenzsignal von dem großen
Impuls ab, wenn der große
Impuls in den Nebenschluss und den Niederfrequenztransimpedanzweg 81 fließt. Insbesondere wandert
oberhalb der Triggerbedingung der Strom vom Fotodetektor 53 zum Übertrager
innerhalb des Splitters 55. Das Übertragersystem als solches
sendet den Strom von der Primär-
zur Sekundärseite
des Übertrages.
Beim Einreichen der Sekundärseite
wird die Hochfrequenzkomponente des Stroms einer Transimpedanzstufe
unterworfen, wenn er durch den Hochfrequenzweg 82, der
mit der Sekundärseite
gekoppelt ist, fließt.
Es sollte hinzugefügt
werden, dass in einem exemplarischen Ausführungsbeispiel die Triggerbedingung
einen bestimmten Umstand enthält.
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Kurz
gefasst fließt
innerhalb des Splitters 55 der Strom zunächst in
die Primärseite,
derart, dass der Übertrager
nicht unter oder bei einer bestimmten Bandbreite arbeitet, so dass
die Primärseite
als Kurzschluss arbeitet. Oberhalb der Grenzfrequenz richtet der Überträger eine
gewünschte
Frequenz über
die Sekundärseite
auf einen Transimpedanzweg. Zur Illustration kann in dem exemplarischen
Ausführungsbeispiel
der 1–4 die
Triggerbedingung eine Grenzfrequenz von 100 KHz enthalten oder den
Bereich zwischen 10 KHz oder 100 KHz.
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Zur
Lichterfassung führt
die Fotodiode 55 einen Strom in die Fotoempfängeranordnung 50.
Um diesen Strom zur Signalverarbeitung in ein Spannungssignal umzuwandeln,
ist ein Transimpedanzverstärker
mit wenigstens einem Pfad 81, 82, der in Verbindung
mit dem Splitter 55 steht, gekoppelt. Entsprechend enthält für den großen niederfrequenten Weg 81 der
Transimpedanzverstärker
einen Niederfrequenztransimpedanzverstärker 58. Der Niederfrequenztransimpedanzverstärker 58 wandelt
den abgeleiteten Strom vom Splitter 55 und dem Fotodetektor 53 in
eine Niederfrequenztransimpedanzspannung. Diese Signalspannung wird
durch einen Pufferverstärker 59 empfangen,
um dieses Spannungssignal vom Effekt der Belastungsimpedanzvariation
zu isolieren. Vom Pufferverstärker
wird das Spannungssignal zur Verwendung durch ein externes System 40,
wie z. B. dem Interterometerstabilisierungssystem 37 gemäß 2,
aufgenommen.
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In ähnlicher
Weise enthält
der Transimpedanzverstärker
für den
Hochfrequenzweg 82 eine Hochfrequenztransimpedanzeinheit 56.
Grundsätzlich
vergrößert die
Hochfrequenzeinheit die Widerstandsspannung so weit, dass der Strom
von der Sekundärseite
in ein proportional großes
Spannungssignal umgewandelt wird. Die Transimpedanz wird in Teilen
durchgeführt,
indem der Fotostrom maskiert wird, und als kleinere Impedanz erscheint,
so dass das Wandlersystem des Splitters 55 ordnungsgemäß weiterarbeitet.
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Entsprechend
enthält
die Hochfrequenztransimpedanzeinheit 56 eine Vorwärtsverstärkeranordnung.
Im Ergebnis trennt die Vorwärtsverstärkeranordnung
die Eingangsimpedanz so, dass sie dem Widerstand gleicht, geteilt
durch die Verstärkung
des Vorwärtsweges.
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Es
sei z. B. in 4 ein Hochfrequenzwiderstand über dem
Widerstand 72 betrachtet. Während der Transimpedanzstufe
teilt der Vorwärtswegverstärker die
Eingangsimpedanz so, dass sie wie ein Widerstand über dem
Widerstand 72 erscheint, geteilt durch die Verstärkung entlang
des Vorwärtsweges 82.
Zur Illustration sei z. B. auf den Vorwärtsweg 82 in 4 verwiesen,
der einen ersten Verstärker 75 und
einen zweiten Verstärker 76 enthält, welche eine
Verstärkung
von 27,2 und von 1,4 und damit eine Gesamtverstärkung von 38 aufweisen. Dabei kann
im Betrieb der Widerstand von 1,9 kΩ des Widerstands 72 als
50 Ω-Belastung
arbeiten, so dass der Übertrager
in der Vorwärtsweganordnung
entsprechend funktionieren kann. Schließlich erlaubt die Vorwärtswegverstärkeranordnung,
dass der Übertrager
den Strom mit einer großen
Verstärkung
spiegelt und ein optimales Signal-Rausch-Verhältnis ergibt.
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Die
Hochfrequenzeinheit enthält
ferner einen Hochfrequenztransimpedanzverstärker, der mit dem Vorwärtswegverstärker gekoppelt
ist. Der Hochfrequenztransimpedanzverstärker wandelt die Hochfrequenzkomponente
des Stroms in eine Signalspannung, einschließlich der Signalspannung, die
das Ultraschallsignal definiert. Die Signalspannung wird von der
Hochfrequenztransimpedanzeinheit 56 zu einem computergesteuerten
Verstärker 57 zur
Pufferung des Signals gesendet. Alternativ wandert in der exemplarischen
Ausführungsform
der 4 das Spannungssignal von der Hochfrequenztransimpedanzeinheit 56 zu
einer Gleichtakt-Drosseleinheit 66. Die Gleichtakt-Drosseleinheit 66 ermöglicht eine
gute Unterdrückung
elektromagnetischer Interferenz, Netzstörungen und Brummschleifen.
Die Gleichtakt-Drosseleinheit 66 kompensiert
das relativ schlechte Gleichtaktunterdrückungsverhältnis, das durch den spannungsgesteuerten
Verstärker 57 gegeben
ist.
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Nach
Pufferung und Verstärkung
wird das Hochfrequenzspannungssignal von der Fotoempfängereinheit 50 an
ein externes System 40 gesendet. Das Spannungssignal wird
als solches für
die Information 36 verarbeitet. Ferner kann das Spannungssignal
von dem externen System über
einen Bildgenerator 36 angezeigt werden.
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Bezug
nehmend auf das exemplarische Ausführungsbeispiel der 3 ist
die Fotoempfängeranordnung
identisch mit der Fotoempfängeranordnung der
Ausführungsform
von 2. Im Gegensatz dazu vollzieht das externe System
der 3 die Signalverarbeitung und die Bilderzeugung 36 des
Niederfrequenzspannungssignals.
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Die
exemplarische Ausführungsform
der Fotoempfängeranordnung 50 gemäß 4 bezieht sich
auf eine Hardwareausbildung der vorliegenden Erfindung. Als solche
zeigt 4 einen Fotodetektor 53, der mit einem
Splitter 55 gekoppelt ist. Der Splitter 55 enthält einen Übertrager
mit einer Primärseite 73 und
einer Sekundärseite 74 und
enthält
einen Durchlassnebenschluss-Widerstand 71. Die Ausführungsform
von 4 enthält
ferner einen Niederfrequenztransimpedanzweg 81 und einen
Niederfrequenztransimpedanzverstärker 62,
der mit dem Weg 81 gekoppelt ist. Ähnlich dem Niederfrequenztransimpedanzverstärker und
dem Pufferverstärker
für die
Ausführungsformen
der 2 und 3 erzeugt und bestimmt der Niederfrequenztransimpedanzverstärker 62 von 4 ein
Spannungssignal. Das Spannungssignal wird auf eine Belastung 44 geschickt,
die durch das externe System 40 gebildet ist. Die Belastung 44 kann
einen Eingang für
eine Signalverarbeitung oder den Eingang eines Analog-Digitalwandlers
darstellen.
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Ein
Hochfrequenzweg 82 trennt wenigstens ein Funksignal von
dem Niederfrequenzimpuls ab. Das Register 82 enthält eine
Hochfrequenztransimpedanzeinheit 61. Die Einheit 61 enthält eine
Vorwärtswegverstärkeranordnung
und eine Hochfrequenztransimpedanzweganordnung, die mit dem Vorwärtsverstärker gekoppelt
ist. Während
die Fotoempfängeranordnung
der 2 und 3 einen computergesteuerten
Verstärker 57 enthält, bietet der
Hochfrequenzpfad 82 der 4 alternativ
eine Gleichtaktdämpfereinheit 66,
die mit einem spannungsgesteuerten Verstärker 57 gekoppelt
ist. Daher wird ein resultierendes Hochfrequenzspannungssignal an
die externe Belastung 44 geschickt, typischerweise zur
Signalverarbeitung.
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Zusammengefasst
enthält
der Betrieb einer exemplarischen Ausführungsform der Fotoempfängeranordnung
das Aussenden eines Fotosignals, z. B. durch Laserenergie, von einer
Quelle zu einer Fotoempfängeranordnung.
Der Fotodetektor des Fotoempfängers
empfängt
das Fotosignal und erzeugt einen Strom, der auf dem Fotosignal basiert.
Der Splitter seinerseits extrahiert ein gewünschtes Signal, wie z. B. ein
Hochfrequenz- oder ein Ultraschallsignal, aus der optischen Frequenz
des Lichtes. Das elektrische Signal und die interessierende Bandbreite
werden dann auf einen Weg einer Mehrzahl von Transimpedanzsignalwegen
zur Umwandlung in ein Spannungssignal über einen Transimpedanzverstärker, der
mit dem Weg gekoppelt ist, gerichtet. Das Spannungssignal wird dann
von der Fotoempfängeranordnung
zur Signalverarbeitung gesandt.
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Obgleich
die vorliegende Erfindung an Ausführungsbeispielen erläutert ist,
dient eine solche Beschreibung lediglich der exemplarischen Beschreibung.
Dem Fachmann erschließen
sich viele Alternativen, Äquivalente
und Abweichungen im Rahmen der Erfindung. Der Schutzbereich ist
entsprechend nicht durch die vorstehende Beschreibung beschränkt, sondern
der Schutzumfang ist durch die Ansprüche wie folgt definiert.