SU883857A1

SU883857A1 - Устройство дл измерени времени запаздывани сигнала в фотоприемниках

Info

Publication number: SU883857A1
Application number: SU802894814A
Authority: SU
Inventors: Евгений Сергеевич Колесник
Original assignee: Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского
Priority date: 1980-03-18
Filing date: 1980-03-18
Publication date: 1981-11-23

Description

Изобретение относится к измерению временных параметров фотоэлектронных устройств и может быть использовано в контрольно-измерительной технике. · ^э

Известно устройство, предназначенное для измерения времени задержки сигнала в фотоприемнике и содержащее последовательно включенные источник света, оптический модулятор, оптичес- ’О кую линию задержки и фотоприемник, а также генератор опорных колебаний подсоединенный к оптическому модулятору и фазометр, входа которого соединены с генератором опорных колебаний и 15 выходом фотоприемника. Определение времени, запаздывания в фотоприемникё в таких устройствах производится путем измерения разности фаз сигналов, поступающего на оптический модулятор 20 с генератора опорных колебаний и снимаемого с выхода фотоприемника. Время запаздывания вычисляют по измеренной разности фаз при известных значениях частоты опорных колебаний и 25 времени задержки в оптической линии задержки .

Однако эти устройства имеют низкую точность измерений вследствие того, что существующие фазометры не 30 позволяют измерять разность фаз сигналов с высокой точностью.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее усилитель с подключенным к его выходу частотометром и последовательно включенные источник света, оптический модулятор, оптическую линию задержки, фотоприемник и аттенюатор. При выполнении условий самовозбуждения в нем возникают автоколебания измеряя частоту которых с помощью частотомера, определяют время задержки сигнала в фотоприемнике р).

Однако известное устройство имеет ограниченную точность измерений изза низкой чувствительности к различным значениям измеряемого времени запаздывания.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения времени запаздывания сигнала, в фотоприемниках, содержащее широкополосный усилитель, первый выход которого подсоединен ко входу частотомера, и последовательно соединенные источник света, оптический модулятор, оптичес кую линию задержки, фотоприемник и аттенюатор, дополнительно введены два смесителя и высокочастотный генератор, причем выход аттенюатора 'соединен со входом первого смесителя, выход которого подключен ко входу широкополосного усилителя, второй выход которого подсоединен ко входу второго смесителя, а выход последнего - ко входу оптического модулятора, при этом гетеродинные входысмесителей соединены с выходами высокочастотного генератора.

На чертеже показана структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит источник све- та, например, оптический квантовый генератор 1, излучение которого, пройдя через оптический модулятор 2, поступает через оптическую линию 3, задержки на фотоприемник 4. С выхода фотоприемника 4 сигнал через управляемый аттенюатор 5 подают на вход первого однополосного смесителя 6. Выход первого смесителя 6 соединен со входом широкополосного ‘усилителя 7, второй выход которого соединен со . входом второго однополосного смесителя 8. Сигнал с выхода смесителя 8 подают на оптический модулятор 2.

Кроме того, на гетеродинные входы смесителей б и 8 поступают колебания с высокочастотного генератора 9. Первый выход широкополосного усили^ теля 7 соединен со входом частотомера 10. Устройство представляет собой генератор с преобразованием частоты колебаний в цепи задержанной обратной· связи.

Цепь обратной связи широкополосного усилителя 7 состоит из последовательного соединения второго однополосного смесителя 8, оптического модулятора 2, оптической линии» 3 задержки, фотоприемника 4, управляемого аттенюатора 5.и второго смесителя б, причем оптический канал цепи задержанной обратной связи замыкается излучением-источника света, проходящим через оптический модулятор 2, оптическую линию 3 задержки и поступающим на фотоприемник 4. Однополосные смесители 6 и 8 с помощью высокочастотного генератора позволяют произвести преобразование частоты автоколебаний, повышая ее в цепи обратной связи.

Устройство работает следующим образом.

При определенном значении коэффициента усиления широкополосного усилителя Ί выполняется условие самовозбуждения (условие амплитуд), и в контурной цепи, образованной оптическим модулятором 2, оптической линией 3 задержки, фотоприемником 4, аттенюатором 5,- “первым смесителем 6, усилителем 1 и вторым смесителем 8, возникают автоколебания, модулирую- .

Щие по интенсивности оптический луч. Частота возникающих автоколебаний <? с помощью второго смесителя 8 и высокочастотного генератора 9 преобразуется в более высокую частоту, равную си_в = , где _ постоянная частота колебаний высокочастотного генератора.

Колебания с суммарной частотой щ проходят через оптический канал устройства, состоящий из оптического модулятора 2, оптической линии 3 задержки и фотоприемника 4 через управляемый аттенюатор 5 поступают'на ,вход первого смесителя 6. С помощью этого смесителя и высокочастотного генератора 9 суммарная частота колебаний преобразуется в разностную, равную частоте автоколебаний

В установившемся режиме частота автоколебаний в таком устройстве определяется из фазового условия самовозбуждения ^ш1⁺^-(Ьф_П ⁺'Ьод'5)⁺5?.-Ь^^ =131, где Гф_П - время задержки сигнала в фотоприемнике;

^tOA^lJ “ ^вР^емя задержки сигнала в оптической линии задержки, t£₃ - время задержки сигнала в электрической цепи устройства, состоящей из последовательного соединения аттенюатора 5, первого смесителя б, ширикополосного усилителя 7, второго смесителя 8.·

Таким образом, измеряя частоту автоколебаний с помощью частотомера 10, можно определить величину времени задержки сигнала в фотоприёмнике. Аттенюатор 5 позволяет поддержать амплитуду сигнала на входе первого смесителя б постоянной, что приводит к устарению зависимости частоты автоколебаний из.-за нелинейности характеристик усилительных элементов в широкополосном усилителе.

При измерении времени задержки сигналов в фотоприемнике 4 происходит изменение фазового набега сигнала в цепи обратной связи(шо+Я)(5ф_П++_ол^, Условие фаз при этом выполняется на новой уаСтоте. Следовательно, частота 'автоколебаний изменяется, и по изменению частоты автоколебаний, регистрируемому частотомером 10,можно определить величину изменения времени задержки сигнала в фотоприемнике.

Погрешность определения времени задержки сигналов в фотоприемнике зависит от крутизны К, зависимости частоты автоколебаний Q. , от времени запаздывания сигнала в фотоприемнике и определяется-зависимостью.

где - дисперсия флуктуаций частоты автоколебаний. Крутизна зависимости й=£(-£ф_П) в предлагаемом устройстве равна ' ,

В известном устройстве крутизна зависимости определяется формулой ν - Ω._______ ^п

Следовательно, при одинаковой стабильности частоты автоколебаний предлагаемое устройство позволяет уменьшить погрешность измерения времени запаздывания сигнала в фотоприемнике в -3-= -j^j- раз. Повышение точности измерений обусловлено повышением частоты колебаний в цепи обратной связи.

Claims

Изобретение относитс к измерению временных параметров фотоэлектронных устройств и может быть использовано в контрольно-измерительной технике. : Известно устройство, предназначенное дл измерени времени задержки сигнала в фотоприемнике и содержащее последовательно включенные источник света, оптический модул тор, оптическую линию задержки и фотоприемник, а также генератор опорных колебаний под соединенный к оптическому модул тору и фазометр, входы которого соединены с генератором опорных колебаний и выходом фотоприемника. Определение времени, запаздывани в фотоприемникё в таких устройствах производитс путем измерени разности фаз сигналов, поступающего на оптический модул тор с генератора опорных колебаний и сни маемого с выхода фотоприемника. Врем запаздывани вычисл ют по измерен ной разности фаз при известных значени х частоты опорных колебаний и времени задержки в оптической линии задержки l. Однако эти устройства имеют низкую точность измерений вследствие то го, что существующие фазометры не позвол ют измер ть разность фаз сигна .riOB с высокой точностью. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс устройство, содержащее усилитель с подключенным к его выходу частотометром и последовательно включенные источник света, оптический модул тор, оптическую линию задержки, фотоприемник и аттенюатор. При выполнении условий самовозбуждени в нем возникают автоколебани измер частоту -которых с помощью частотомера, определ ют врем задержки сигнала в фотоприемнике 2 . Однако известное устройство имеет ограниченную точность измерений изза низкой чувствительности к различным значени м измер емого времени запаздывани . Цель изобретени - повышение точности измерени . Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл измерени времени запаздывани сигнала в фотоприецниках , содержащее широкополосный усилитель, первый выход которого подсоединен ко входу частотомера, и последовательно соединенные источник света, оптический модул тор, оптическую линию задержки, фотоприемник и аттенюатор, дополнительно введены два смесител и.высокочастотный гене ратор, причем выход аттенюатора соединен со входом первого смесител , выход которого подключен ко входу широкополосного усилител , второй выход которого подсоединен ко входу второго смесител , а выход последнего - ко входу оптического модул тора , при этом гетеродинные входысмесителей соединены с выходами высо кочастотного генератора. На чертеже показана структурна схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник света , например, оптический квантовый генератор 1, излучение которого, про д через оптический модул тор 2, поступает через оптическую линию 3, задержки на фотоприемник 4. С выхода фотоприемника 4 сигнал через управл емый аттенюатор 5 подают на вход первого однополосного смесител 6. Выход первого смесител 6 соединен со входом широкополосного усилител 7, второй выход которого соединен со входом второго однрполосного смесител 8. Сигнал с выхода смесител 8 подают на оптический модул тор 2. Кроме того, на гетеродинные входы смесителей б и 8 поступают колебани с высокочастотного генератора 9 Первый выход широкополосного усили тел 7 соединен со входом частотоме ра 10. Устройство представл ет собой генератор с преобразованием частоты колебаний в цепи задержанной обратной- св зи. Цепь обратной св зи гчирокопойосного усилител 7 состоит из последо вательного соединени второго однополосного смесител 8, оптического модул тора 2, оптической линии 3 задержки, фотоприемника 4, управл е мого аттенюатора 5,и второго смесител б, причем оптический канал цепи задержанной обратной св зи замыкает с излучением-источника света, проход щим через оптический модул тор 2, оптическую линию 3 задержки и поступающим на фотоприемник 4. Однополосные смесители б и 8 с помощью высокочастотного генератора позвол ют произвести преобразование частоты автоколебаний, повыша ее в цепи обратной св зи. Устройство работает следующим об разом. При определенном значении коэффи циента усилени широкополосного уси лител 7 выполн етс условие самовозбуждени (условие амплитуд), и в контурной цепи, образованной оптическим модул тором 2, оптической линией 3 задержки, фотоприемником 4 аттенюатором 5,- первым смесителем 6 усилителем 1 и вторым смесителем 8, возникают автоколебани , модулирующие по интенсивности оптический луч. Частота возникающих автоколебаний с помощью второго смесител 8 и высокочастотного генератора 9 преобразуетс в более высокую частоту, равнуюси гШг + й , где jj,- посто нна частота колебаний высокочастотного генератора. Колебани с суммарной частотой tv, проход т через оптический канал устройства , состо щий из оптического модул тора 2, оптической линии Ззадержки и фотоприемника 4 через управл емый аттенюатор 5 поступаютна ,вход первого смесител 6. С помощью этого смесител и высокочастотного генератора 9 суммарна частота колебаний ш, преобразуетс в разностную, равную частоте автоколебаний )j,-uO,j в установившемс режиме частота автоколебаний в таком устройстве определ етс из фазового услови самовозбуждени 1-() где гфр - врем задержки сигнала в фотоприемнике; врем задержки сигнала в оптической линии задержки, - врем задержки сигнала в электрической цепи устройства , состо щей из последовательного соединени аттенюатора 5, первого смесител б, ширикополосного усили- тел 7, второго смесител 8.Таким образрм, измер частоту автоколебаний с помощью частотомера 10, можно определить величину времени задержки сигнала в фотоприемнике. Аттенюатор 5 позвол ет поддержать амплитуду сигнала на входе первого смесител б посто нной, что приводит к устарению зависимости частоты автоколебаний из.-за нелинейности характеристик усилительных элементов в широкополосном усилителе. При измерении времени задержки сигналов в фотоприемнике 4 происходит изменение фазового набега сигнала в цепи обратной cв зи(aJ|l -йXtфp4i(JдJ, Условие фаз при этом выполн етс на новой уаЬтоте. Следовательно, частота автоколебаний измен етс , и по изменению частоты автоколебаний, регистрируемому частотомером 10,можно определить величину изменени времени задержки сигнала в фотоприемнике . Погрешность определени времени задержки сигналов в фотоприемнике зависит от крутизны К, зависимости частоты автоколебаний SJ. , от времени запаздывани сигнала в фотоприемнике tjk и определ етс зависимостью. 1 -. к где }л - дисперси флуктуации частоты автоколебаний. Крутизна зависимости () предлагаемом ус ройстве равна dSl / SI . аьфп 1Чп олг+Ч (Фп олг+Чэ) В известном устройстве крутизна зависимости определ етс формулой К Д ,+tJ Следовательно, при одинаковой стабильности частоты автоколебаний -пред лагаемое устройство позвол ет умень шить погре иность измерени времени запаздывани сигнала в фотоприемнике в -3- - раз. Повышение точности измерений обусловлено повышением частоты колебаний в цепи обрат ной св зи. . Формула изобретени Устройство дл измерени времени запаздывани сигнала в фотоприемник содержащее широкополосный усилитель первый выход которого подсоединен к входу час±отомера, и последовательно соединенные источник света, оптический модул тор, оптическую линию задержки , фотоприемник и аттеньюатор, о тличающеес тем, что, с целью повышени точности измерений, в него дополнительно введены два смесител и высокочастотный генератор, причем выход аттеныбатрра соединен со входом первого смесител , выход которого подключен ко входу широкополосного усилител ., второй выход которого подсоединен ко входу второго смесител , а выход последнего - ко входу оптического модул тора, при этом гетеродинные входы смесителей соединены с выходом высокочастотного генера .тора. . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Волков С. В. и др. Зависимости задержки сигнала ФЭУ от длины волны светового сигнала. - Приборы и техника эксперимента, 1970, № 6, с. 168-170.
2.Авторское свидетельство СССР 536465, кл. G 04 F 10/04, 1976.