SU938247A1 - Измеритель времени запаздывани сигнала в фотоприемниках - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к измеренШЕМ, св занным с определением временных параметров фотоэлектронных устройств, и может быть использовано в контрольно-измерительной технике.

Известно устройство, предназначенное дл  намерени  времен  задержки сигнала в фотслриемнЕке, содержащее усипитепь с подключенным к его выходу частотомером и последовательно включенные источник света, оптасческий модул тор, оптическую линию задержки, фотоприемник и аттенюатор, вход усилител  соединен с выходом аттешоато ра, его выход - с оптическим модул тором ij .

Недостатком такого устройства  вл етс  низка  помехозащищенность к точность измерений.

Наиболее близким по технической сущности к данному измерителю  вп &гс  устройство дл  измерени  времени запазпьгаашга сигнала в фотсотриемниках, содержащее последовательно включенные источник света, оптический модул тор.

отггическую линию задержки, фотоприемник , аттенюатор, балансный смеситель , широкополосный ус лвтель н вто{юй балансный смеситель, выход которого соеданба с элект|Я 1есквм вхопсм оптическо1 о модул тора. Кроме тстю, устройство содержит выссжочастофвый генератор, выход соедвве  одновременно со вторыми входами смесителей 2j .

Недостатком этого устройства  вл етс  низка  помехозалшщеввость aoiieetK ствве широкой полосы прсжусканв  кавеи лов перед рш инфqpмaaвoнныx автокоп бавий, что прйводат к сввженвю точнооти измереввй. Низка  ixmHOCTb вэмереВИЙ в устройстве обуслоеле а также валохчвем адпараггурного времвв  задери KB сшиала в отеческом модул торе   в оптической задервсвн.

Claims (2)

1. Цель взо ретевв  - повыше ие пом хдэвпЦццеШид гД устройства в точыосш взмерсввй. 9 Поставленна  цепь достигаетс  тем, что Б устройство, содервкащее высокочастотный генератор и последовательно включенные источник света, оптический модул тор, оптическую линию задержки и фотоприемник, последовательно соединенные первый балансный смеситель, (Широкополосный усилитель и второй балансный смеситель, входы высокой частоты смесителей подключены к выходу высокочастотного генератора, введены включенный между выходом фотоприемника и входом первого балансного смесител  узкополосный фильтр, опорный генератор, генератор линейно измен ющегос  напр жени , фазовый детектор, фильтр Ш1ЖНИХ частот, узкополосный уси литель, ключ, сумматор и блок управлени , причетл выходы у; ополосного усилител  подключены соответственно к одному из входов оптического модул тора и к первому входу фазового детектора, второй вход которого соешшен с выходом опорного генератора, а выход через фильтр нижних частот - с первым входом сумматора и управл ющим входом ключа, второй вход которого подключен к выходу гетсератора линейно иамен киде с  нахф жени , а выход - к второму входу сумматора, выход «xncfporo через блок управлени  подключен к у1фавл ющему входу высокочастотного генератор выход второго балансного смесител  соеданен со входом узкополосного усилител . На черт-еже представлена функционал на  схема устройства. Устройство содержит источник 1 сжета, например, саггический квантовый генераторг излуч еэЕШе которого происходит через оптический модул тор 2 и поступает через оптическую пинию 3 за дершси на фот  фи€9шшк 4, врем  задержки сигнала в котором подлежит на мерению. С выхода фотощшемника 4 сигнал через узксшопос ый фильтр 5 по ступает на вход первого одаопо осисвхз балансного смесител  6, выход которог соединен со входом широкополосного усилител  7, выход которого подключен к входу второго балансного смесител  с выхода которого сигнал поступает на вход узкопопосного усхлвтел  9, выход которого соединен с одним из входов оптического модул тора 2, выход усюш . теп  9 подключен также к первому вхо ду фазового детектора. 10, к второму TBSBQOy которого подсоединен опорный 74 генератор 11. Выход фазового детектора 10 через фильтр 12 нижних частот соединен с входом сумматора 13, генератор 14 линейно измен ющегос  напр жени , выход которого подключен через электронный ключ 15 к второму входу сумматора 13. Управл ющий вход электронного ключа 15 соединен с выходом фильтра 12 нижних частот, выход сумматора 13 через блок 16 управлени  подключен к управл ющему входу перестраиваемого высокочастотного генератора 17, выход генератора 17 соединен с частотометх м 18. Устройство работает следующим образом . Последовательно соединенные фотОприемник 4, узкополосный фильтр 5, первый смеситель 6, широкополосный усшштель 7, второй смеситель 8 и усилитель 9 образуют измерительную автоколебательную систему с аапаздьгеаюшей обратной св зью, замыкаемой лучем оптического квантового генератора 1, проход щим через оптический модул тор 2 и оптическую линию задержки 3 и попадающим на фотоприа 1ник 4. Частота настройки узкополосного усилител  9 совпадает с частотой колебаний опорного генератора 11. Пусть в начальный момент в автоколебательной системе, образованной последовательно соединенными сатгическим модул торе 2, оптической линией задержки 3, фотоприемкиком 4, узкополосным фильтром 5, первым смесителем 6, широкополосньпм усилителем 7, вторым смесителем 8 и усилителем 9, автоколебани  отсутствуют и на вход фазового детектора 1О с выхог да усилител  9 сигнал не поступает. В этом случае с генератора 14 линейно нзмен к ц0хх;  напр жени  через электронный ключ 15, который находитс  в OTKjaoTOM состо нии, поступает сигнал управлени  на вход сумматора 13. На аругой вход сумматора 13 в это врем  сигнал не поступает, так как в измерительной автоколебательной системе автоколебани  отсутствуют и на выходе фазового детктора 1О сигнала нет. Следовательно , на выходе сумматора 13 будет сигнал с линейно измен кшошсс  напр жишем. Этаг сигнал поступает на блок 16 управлени , который, будучи подсоединен к высокочастотному генератору 17, измен ет частоту этого генераггора от минимального значени  fймии сторону ее увеличени . Это происходит до тех пор, пока в измерительной автоколебательной системе, образо ванной последовательно соединенными оптическим модул тором 2, оптической лшшей 3 задержки, фотоприемником 4, узкополосным фильтром 5, первым смес телем 6, широкополосным усилителем 7 вторым смесителем 8 и узксшолосным усилителем 9, не возбуд тс  автоколебани , модулирующие оптическое иэлучение , замыкающее цепь обратной св зи Автоколебани  в измерительной автоколебательной системе возбуждаютс  при условии выполнени  баланса амплитуд, обеспечиваемогю при достаточно высоком значетпш коэффициентов усилени  усилителей 7 и 9. При этом режим работы смесителей таким образсм что на выходе первого смесител  6 существуют колебани  с частотой 51 где Cjfpi - частота ахг ал ка выходе уэкополосного усилител  9; часто та сигнала на выходе перестраивави:ого высокочастотного геиератора 17. Ш выходе вторс  о смесител  8 в это врем , 1дел5потс  колебани  с част той UJp 3. + . . В момент воэикновени  автоколебаний частота сигна ла на выходе усилител  9 может не быть в точности равной частоте настройки этого усилител . В этом :вучае на выходе фазового детектора 1О по вл етс  управл попшй сигнал, ююступак дий через фговьтр 12 нижних част щл вход управлени  злектроннс го ключа is и на вход сумматора 13. Это пргаво 1|ргг к закрыванюо цепи прохождени  с г jSB с r iepaTOpa 14 линейно измшшюще1ЖСЯ напр жени , и на выходе: сумматор 13 по вл етс  напр жение, пропорционвпьное величине расстройки частоты автоколебаний U)p относительно резонансной частоты усилтгел  9. Под воздействием этого напр жени  частота перестраиваемого генератора 17 устанавливаетс  такой, что на выходе усили тел  9 существукуг колебани  с частото равной частоте его настройки В установивша с  режиме эначенне частоты перестраиваемого генерапгора 1 ( EI зависхгг от величины времени запаздывани  сигнала в фотсшрсс лнике и может быть опреде еио из услови  ба панса фаз. ап-Чп 5 5э--Н, где , - аппаратурное врем  задержки сигнала в с ггическом модул  торе 2 и в оптической лини  3 задержки; фУ, - врем  задержки шгнала в фотоп{жемнике 4; - Брем  задерискн сигнала в широкопспос мом усюштвле 7; при ноошергарукхпвх усилитеТ л х 7 и 9 и щ  инвертировании фазы в одном из усилителей. Узкопо осный.усил гель 9 и фильтр 5 настроены на резонансную частоту Wo поэтому фазовый сдвиг сигнала в этих ента равен нулю и на условие баланса .фаз не вли ет. Учитыва , что 51 Clt-W ai словие баланса фаз можно представить в виде уравнени , () -. Если резонансный усилитель 9 настроен а частоту /,/ - / о г РЕ частота колебаний ааареюго генератора 11равна то как следует из уравйеи  (2), частота колебаний перестраиваем ого генератора 17 установитс  равно - ««а-« о-; Измер   частоту колебаний на выходе перестраиваемого генератора 17 с помошью 4acTOT«viepa 18, можно опредепить величину измер емого времени за- паа ьгоани  сигнала в фотоприемнихе 4. При изменении времени сигналов в фстоприемнике 4 на величину дТ происходЕгг изменение фазового сдвига сигнала на выходе фйт щр&емника 4 на величину , что приведех к изменению частоты автоколебаний иа выходе усилител  9. На выходе фазового детектора 10 по витс  управл к цее напр жение, поступающее через фвошгр 12нижних частот и сумматор 13 иа блок 16 управлени . При этом частота копебаиий генератора 17 будет измен тьс  таким образом, что частота колебаний на выходе усхлител  9 будет приближатьс  к частоте Wo По взмв- нению частоты копебаиий перестраиваемого генератора 17, рвг стркру юму частотс  ером 18 можно суд(пь о величине вэмевешш взмер емого расстоавок . Пограпиость взмерваи  рремени за- . лаздывавни сигнала в фотопрвемввхе 4 с помощью данного устройства опредеп  етс  из выражени  ( У - . п SceJa. Чэ где (Tctia среднеквадратическое значение погрешности определени  частоты перестраиваемого генератора 17, определ емое в основном средаеквадрат ч ееКИМ значением флуктуации частоты этого генератора в силу высокой точности измерени  частоты, с помощью современных частотомеров} S(SJ д 2|д iilЬ|C - крутизна завис мости частоты колебаний перестраиваемого генератора от величины времени запаздьгааки  i определ емой выражением (4). При относительной Нестабильности частоты, колебаний j (SJ погрешность измерени  времени запазды вани  определ етс  выражением Таким образом, данное устройство позвол ет повысить точность измерени  времени запаздывани  сигнала в фотоприемниках , так как сужение полосы пропускани  в измерительной автоколебательной системе пршаводнт к увелзнЧ1 ию ее помехозащищенности и к повышению стабильности частоты автоколебаний. При выборе частот опорного генератора 11 и уоапитеп  9 так, как это определе в выражении (З), величина аппаратурного времени задержки не сказываетс  на псхгрешиости . Кроме того, вследствие линейности функциональной зависимости частоты колебаний U)2. от в шчины измер емого времени запаздывани  сигнала данном устройств сочзугствуют ошибки из-за нелинейности зависимости измер емой частоты ст которые имеютс  в известном устройств Формула изобретени  Измеритель времени запаздывани  сигнала в фотоприемниках, содержащий высокочастотный генератор и последовательно включенные источник света, оптический модул тор, оптическую линию задержки и фотоприемник, последователв ио соединенные первый балансный смеситель , широкополосный усгаштепь и второй балансный смеситель, входы высокой частоты смесителей подключены к выходу высокочастотного генератора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  помехозащгаценности устройства и точности измерений, в него введены включенный между выходом фотоприемника и входом первого балансного смесител  узкополосный фшштр, опорный генератор, генератор линейно измен ющегос  напр жени , фазовый детектор, фильтр нижних частот, узкополосный усшштель, ключ, сумматор и блок управлени , причем выходы узкополосного усилител  подключены соответственно к одному из входов оптического модул тора и к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, а выход через фильтр нижних частот - с первым входом сумматора и управл ющим входсп ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора линейно измен ющегос  напр жени , а выход - к второму входу сумматора, выход которого через блок управлешс  подключен к управл ющему входу высокочастотного генератора, выход второго балансного смесител  соединен с входом узкополосного усилител . Источники инфс кмашш, пршштые во внимание првес экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 536465Гкл. G04 F 1О/О4, 1975.
2. 2.Авторское свидетельство СССР по за вке № 2894814/18-21, 18.03.80 (прототип).