Оптоэлектронное измерительное устройство

 

09) СИ) СОЮЭ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3333853/18-21 (22) 04.09.81 (46) 23.05,83, Бюл, N 19 (72) А.А. Визнер и В,М, Лукашев (71) Институт электроники АН Белорусской .ССР (53) 621.317.7(088.8) (56) 1.. Патент Великобритании

N 2033601, кл. G 02 F 1/09, 1980.

2. Патент США N 4117399, 324-96, 1981. (54)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее установленные друг за другом оптически связанные источник излучения, поляризатор, электрооптический модулятор и анализатор, выход которого через согласующий оптический блок и световод соединен с входом фотоприемника, усилитель, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника, и регистрирующий прибор, о т л и ч а io щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и надежности работы путем компенсации непреднамеренных изменений уровня оптического сигнала, з<ю G 01 R 13/40; G Of R 15/07 в него введены дополнительные световод, фотоприемник и усилитель, два интегратора, четыре дифференциальных усилителя, блок опорного напряжения, а анализатор выполнен с дополнительным выходом, составляющим с основным выходом систему лучей со взаимно ортогональной поляризацией, причем дополнительный выход анализатора через со-. гласующий оптический блок и дополнительный световод соединен с входом дополнительного фотоприемника, выход которого подключен к сигнальному входу дополнительного усилителя, одни разноименные входы первого и второго дифференциальных усилителей через ин- : теграторы соединены с выходами соот-. ветствующих фотоприемников, другие разноименные входы - с выходом блока опорного напряжения, а выходы - с входами третьего дифференциального

O усилителя, управляющие входы усилителей подключены к выходу третьего дифференциального усилителя, а выходык входам 4Ътвертого дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом регистрирующего прибора.

1019343

Изобретение относится к электроизмерительной технике и .предназначено для использования при создании комплексов измерения электрических параметров, например импульсного напряжения, с полной гальванической развязкой контролируемого объекта регистрирующей аппаратуры.

Известно оптоэлектронное измерительное устройство, содержащее источник излучения, связанный через согласующий оптический блок с оптическим световодом, имеющим активную область с эффектом Фарадея и размещенным внут.ри электромагнитного преобразователя, фотоприемник, установленный на противоположном конце оптического световода и соединенный через усилитель с входом регистрирующего прибора fl).

Недостатки устройства, предусматри-2О вающего предварительное преобразование измеряемого параметра в магнитное поле, сопряжены с ограниченным рабочим диапазоном, низкой точностью измерения и неудовлетворительной эксплуата- 25 ционной надежностью. Ограничение рабочего диапазона устройства обусловлено зависимостью реактивного сопротивления обмотки электромагнитного преобразователя от частоты и формы . 30 контролируемого сигнала. Указанная зависимость, конечные геометрические размеры магнитного поля в активной области оптического световода, и наконец, флуктуация мощности источника 35 излучения, наряду с изменениями степени затухания сигнала.в оптическом световоде, оказывают существенное отрицательное влияние на точность измерения и эксплуатационную надежность 4р устройства.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптоэлектронное измерительное устройство, содержащее установленные друг за дру- 45 гом оптически связанные источник излучения, поляризатор, электрооптический модулятор и анализатор, выход которого через согласующий оптический блок и световод соединен с входом фотоприемника, усилитель, сигнальный вход которого подключен к выходу фо" топриемника, и регистрирующий прибор, вход которого соединен с выходом усилителя (2).

Недостатки указанного устройства также определяются невысокой точностью измерения и низкой эксплуатационной надежностью. На результаты измерения влияют флуктуация мощности источника излучения, изменения степе. ни затухания оптического сигнала на трассе источник излучения - фотоприемник, колебание оптических потерь в электрооптическом модуляторе, и при вводе излучения в световод - изменение соотношения пикового и среднего значений измеряемого параметра.

Любой из перечисленных факторов в равной степени снижает точность измерения, поскольку на стороне фотоприемника невозможно установить причину отклонения уровня оптического сигна-, ла, подвергаемого одновременно модуляции измеряемым параметром. Пониженная эксплуатационная надежность устройства объясняется тем, что действие отмеченных факторов может привести к потере его общей работоспособности, Целью изобретения является повы шение точности измерения и надежности работы устройства путем компенсации непреднамеренных изменений уровня оптического сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронное измерительное устройство, содержащее установленные друг за другом оптически связанные источник излучения, поляризатор, электрооптический модулятор и анализатор, выход которого через согласующий оптический блок и световод соединен с входом фотоприемника, усилитель, сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника, и регистрирующий прибор, введены дополнительные световод, фотоприемник и усилитель, два интегратора, четыре дифференциальных усилителя, блок опорного напряжения, а анализатор выполнен с дополнительным выходом, составляющим с, основным выходом систему лучей со взаимно ортогональной поляризацией, причем дополнительный выход анализатора через согласующий оптический блок и дополнительный световод соединен с входом дополнительного фотоприемника, выход которого подключен к сигнальному входу дополнительного усилителя, одни разноименные входы первого и второго дифференци-альных усилителей через интеграторы соединены с выходами соответствующих фотоприемников, другие разноименные входы - с выходом блока опорного напряжения, а выходы - с входами третьего дифференциального усилителя, управляющие входы усилителей подключены

3 101934 к выходу третьего дифференциального усилителя, а выходы - к входам четвертого дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом регистрирующего прибора.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного оптоэлектронного измерительного устройства.

Устройство содержит источник 1 излучения (лазер), поляризатор 2 (призму Глана), электрооптический модулятор 3 со вспомогательным согласующим четырехполюсником 4 (например, трансФорматором), анализатор 5 (призму Волластона) согласущий оп тйческий блок 6, световоды 7 и 8 (оптические волноводы), фотоприемники 9 и

l0, усилители 11 и 12, блок 13 опорного напряжения, интеграторы 14 и 15, .дифференциальные усилители 16- 19, регистрирую1ций прибор 20 (стробосколический осциллограф с аналого-цифровым преобразователем}.

Устройство работает следующим образом. 25

Измеряемый параметр через согласую-. щий четырехполюсник 4 подводится кэлектрооптическому модулятору 3. Назначение согласующего четырехполюсника 4 заключается. в согласовании уров ня сигнала, подаваемого на электрооптический модулятор 3 с его полувол.-, новым напряжением. Электрооптический .модулятор 3 осуществляет фазовую мо.дуляцию когерентного оптического излучения источника 1 е соответствии с сигналом на его электрическом входе. Фавовая модуляция преобразуется в амплитудную при помощи анализатора

5, ось которого располагается перпендикулярно оси поляризатора 2. На вь«ю ходе анализатора 5 образуются два луча со взаимно ортогональной поляризацией, каждый из которых модулирован по амплитуде в соответствии с величиной измеряемого параметра.

Оптические сигналы посредством световодов 7 .и 8 направляются в фотоприемники 9 и 10, где вновь преобразуются в электрические. С выходов фотоприемников 9 и 10 через интегра- 50 торы 14 и 15 электрические сигналы поступают -на разноименные входы дифференциальных усилителей 16 и 17 (соответственно на инвертирующий и неинвертирующий входы, либо наоборот); 55 к другим разноименным входам которых подводится опорное напряжение с выхода блока 13. Назначение дифференциальных усилителей 16 и 17 состоит в анализе характера изменения сигналов на выходах фотоприемников 9 и 10.

В зависимости от причины, вызывающей это изменение, на выходе дифференциального усилителя 18 вырабатывается или не вырабатывается выходной компенсирующий сигнал.

Изменение мощности источника J из" лучения, степени затухания оптическо" го сйгнала на трассе источник 1 излучения - электрооптический модулятор 3 - световоды 7 и 8, коэффициента отражения от торцов кристалла модуля" тора 3 приводит к одновременному изменению сигналов на обоих выходах анализатора 5, причем синфазно в лучах с ортогональной поляризацией.

При одновременном увеличении или уменьшении уровней оптических сигналов на выходах анализатора 5, соответственно изменяются электрические сигналы на .выходах фотоприемников 9 и 10. Например, уменьшение мощности источника 1 излучения приводит к одновременному уменьшению выходных сигналов Фотоприемникс1в 9 и 10. Один из этих сигналов подается на неинвертирующий вход дифференциального усили» теля 16, а другой - на инвертирующий вход дифференциального усилителя 17.

В связи с этим уровень сигнала на выходе дифференциального усилителя

16 уменьшается, а уровень сигнала на выходе дифференциального усилителя

17 увеличивается. В результате происходит противоположное изменение уровней на размещенных входах дифференциального усилителя 18, которое вызывает появление на его выходе сиг. нала рассогласования. Под действием этого сигнала одновременно изменяют" ся коэффициенты передачи усилителей

11 и 12 и происходит компенсация изменения уровня оптического сигнала, вызванного уменьшением мощности ис" точника 1 излучения. Аналогичным образом отрабатываются и другие непреднамеренные изменения уровня оптического сигнала. Электрические сигналы на выходах усилителей ll и 12 имеют противоположные фазы, поскольку фото приемники 9 и 10 связаны с ортогонально поляризованными лучами анализатора 5. Эти сигналы подаются на входы дифференциального усилителя 19 и далее на регистрирующий прибор 20.:

Если же изменение уровня электэического сигнала на выходе одного

ВНИИПИ Заказ 3694/38 Тираж 710 . Подписное филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

S 101934 из фотоприемников 9 и 10 вызывается изменением измеряемого параметра (например, изменением соотношения пе.ременной и постоянной составляющих, среднего уровня, формы), оно непременно сопровождается противоположным изменением сигнала на выходе другого фотоприемника. В частности, увеличение среднего уровня измеряемого параметра приводит к одновременному 10 увеличению среднего уровня сигнала на выходе одного фотоприемника и уменьшению на выходе другого. Соот.ветственно в одинаковой степени и с одинаковым знаком изменяются уровни сигналов на выходах дифференциальных усилителей 1б и 17. Уровень выходного, сигнала дифференциального усилителя 18 не изменяется, сигнал рассогласо3 6 вания отсутствует и информация об изменении измеряемого параметра поступает на дифференциальный усилитель 19 и далее на регистрирующий прибор 20.

Таким образом, в предложенном устройстве исключено влияние на точность измерения различного рода дестабилизирующих факторов, носящих характер синфазных помех в парафазном канале .передачи информации. В связи с этим точность и надежность работы устройства оказываются высокими. Представление информации в дифференциальной форме также способствует повышению технических показателей устройства вследствие уменьшения вероятности ухода погрешности измерения за пределы допустимого уровня..