Приемное устройство оптического излучения

 

ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее фотоприемник , выход которого соединен с входом усилителя с автоматической регулировкой усиления, а вход - с выходом компенсирующего генератора, вход которого через усилитель низкой частоты соединен с выходом фильтра, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона , повышения чувствительности и помехозащищенности, в него введены пороговое устройство, формирователь импульсов, два аналоговых ключа и .расщепитель уровня,выходы которого соединены с входоманалоговых ключей , выходы которых соединены с входом фильтра, причем выход усилителя с автоматической регулировкой усиления , являющийся выходом устройства, сое динен с входом расщепителя уровня и с Входом порогового устройства, вы- Р S ход которого соединен с входом форми (Л рователя импульсов, два парафазных выхода которого соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(5D G 01 J 1/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3609815/18-25 (22) 27,06.83 .(46) 07.10.84. Бюл, 9 37 (72) Ф.A.Áàêàåâ, В.К.Коломников и А.Ш.Кильман (71) Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский уголь. ный институт (53) 621.383 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 712688, кл. G 01 Т 1/44, 1980.

2.Никонов Б.С. и др. Фотоприемное устройство с повышенной чувствительностью к фоновой засветке. — Приборы и техника эксперимента, 1981 ,Р 1, с. 192 (прототип). (54) (57) ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее фотоприемник, выход которого соединен с вхо-дом усилителя с автоматической регулировкой усиления, а вход — с выхо„„SU„,,1117459 А дом компенсирующего генератора, вход которого через усилитель низкой частоты соединен с выходом фильтра, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона, повышения чувствительности и помехозащищенности, в него введены пороговое устройство, формирователь импульсов, два аналоговых ключа и ,расщепитель уровня, выходы которого соединены с входом аналоговых ключей,, выходы которых соединены с входом фильтра, причем выход усилителя с автоматической регулировкой усиления, являющийся выходом устройства, соецинен с входом расщепителя уровня и с входом порогового устройства, вы-

tO ход которого соединен с входом формирователя импульсов, два парафазных / выхода которого соединены с управля- %У У ющими входами соответствующих анало- С говых ключей.

1117459

Изобретение относится к технической физике и может использоваться в технике связи по оптическому каналу в атмосфере.

Известно устройство для приема слабых оптических сигналов, которые 5 передаются через атмосферу и искажаются иэ-эа большого уровня фоновой освещенности Cl g

НедОстатком известного устройства является низкая помехозащищенность вследствие влияния помехи, создаваемой источниками .фоновой . засветки., на величину и форму принимаемого . информационного .сигнала.

Наиболее .близким техническим решением к предлагаемому является приемное устройство оптического излучения, содержащее фотоприемник, выход ,которого соединен с входом усилителя с автоматической регулировкой усиления, а вход соединен с выходом компенсирующего генератора, вход которого через усилитель низкой частоты соединен с выходом фильтра 523.

Известное устройство характеризуется наличием двух цепей отрицательной Обратной связи. Одна цепь — жесткая отрицательная обратная связь через омическое сопротивление большого номинала (порядка сотен мегаом). Другая цепь — частотно-зависимая (ком- 30 пенсирующая) отрицательная обратная связь. Выходной сигнал известного устройства в области высоких и средних частот входного сигнала определяется действием только жесткой отрицательной обратной связи, а в области низких частот — совместным действием двух цепей обратной связи: жесткой и частотно-зависимой отрицательной обратной связи.

Однако известное устройство имеет тот недостаток; что чувствительность

И запас устойчивости зависят от параметров фильтра низкой частоты.

Действительно, при скачкообразном изменении уровня помехи (включение посторонних устройств излучения фоновой засветки) и постоянной времени фильтра порядка 0,1-1 с операционный усилитель реагирует на действие компенсирующей частотно- . 50 зависимой обратной связи с запаздыванием, определяемым постоянной вре мени фильтра и частотными свойствами самого операционного усилителя.

Это приводит к тому, что при изменении уровня помехи в широком динамическом диапазоне известное устройство может потерять способность реагировать на полезный сигнал в интервале времени от момента возник- 60 новения помехи до момента вступления в действие цепи компенсирующей обратной .связи (операционный усилитель в этом интервале находится в области близкой к насыщению). При включении в качестве фильтра низкой частоты 65 фильтра высокого йорядка запаздывание действия компенсируккцей обратной связи уменьшается, но при большой чувствительности устройства (высокий коэффициент усиления) возможны автоколебания из-за потери устойчивости.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона, повышение чувствительности и.помехозащищенности устройства.

Для достижения указанной цели в известное приемное устройство оптического излучения, содержащее фото приемник, выход которого соединен с входом усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ), а вход с выходом компенсирующего генератора, вход .которого .через усилитель низкой частоты соединен с выходом фильтра,. введены пороговое устройство, формирователь импульсов, два аналоговых ключа и расщепитель уровня, выход которого соединен с входом аналоговых ключей, выходы которых соединены с входом фильтра, причем выход усилителя с автоматической регулировкой усиления, являющийся выходом устройства, соединен с входом расщепителя уровня и с входом порогового устройства, выход которого соединен с входом формирователя импульсов, два парафаэных выхода которого соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — диаграммы а, б, в, ь, д, е,, в, и, поясняющие его работу.

Приемное устройство оптическогс излучения содержит последовательно соединенные усилитель 1 с АРУ, фотоприемник 2, компенсирующий генератор

3, усилитель 4 низкой частоты, фильтр

5, а также подключенные к вь-;ходу усилителя с АРУ последовательно соединенные пороговое устройство б и формирователь 7 импульсоз. Хроме того, к выходу усилителя 1 с АРУ подключен вход расщепителя 8 уровня, а парафаэные выходы формирователя 7 импульсов и выходы расщепителя 8 уровня подключены соответственно к управляющим и информационным входам аналоговых ключей 9 и 10. Выходы ключей объединены и подключены к входу фильтра 5, выход которого через блоки 4 и 3 соединен с входом фотоприемника 2.

Оптический сигнал состоит из информационного сигнала и помехи, обусловленной, в частности,. действием фоновой освещенности (осветительная аппаратура, питающаяся от промжи1енной сети с частотой 50 Рц), причем величина этой помехи может быть соизмерима по интенсивности с информа, ционным сигналом. Все эти составляющие представлены в электрическом сигнале, снимаемом с фотоприемника, 1117459 на диаграмме с . Усилитель с АРУ (фиг. 1) производит обработку выходных сигналов фотоприемника, причем наличие АРУ позволяет поддерживать постоянным уровень выходного сигнала (фиг. 2, диаграмма 6 ). 5

Устройство б отсекает также сигналы низкого уровня, находящиеся вне диапазона регулирования схемы APJJ и являющиеся следствием действия шумов информационного тракта. Формиро- 30 ватель 7 импульсов имеет парафазный выход, сигналы с которого. поступают на управляющие входы аналоговых ключей 9 и 10 (диаграммы Е, ) .

Расщепители 8 уровня на своих вы- 15 ходах формируют сигналы одинаковой амплитуды и моменты коммутации аналоговых ключей 9 и 10 (Фиг. 2, диаграммы Э, е).

На входе ф ьтра 5 (Фиг 1) су и 20 руются сигналы, поступающие с выходов с расщепителя уровня, .при этом осу- . ществляется выделение огибающей.ин-. формационного сигнала, .пропорциональной сигналу помехи (диаграмма x.).

Таким образом, осуществляется операция отделения низкочастотного сигнала огибающей от высокочастотной составляющей информационного сигнала, являющегося в данном случае несущей.

Фильтр 5 является заградительным и необходимым для уменьшения коммутационных всплесков (диаграмма з ).

Выходной сигнал с фильтра 5, усиленный по мощности усилителем 4 низкой частоты (диаграмма ), управляет компенсирующим генератором 3 (Фиг.1), представляющим собой резистивный оптрон, резистор которого включен в цепь смещения фотоприемника.

Устройство работает следующим об- 40 разом.

При отсутствии помехи в информационном тракте высокочастотный информационный сигнал воспринимается фотоприемником 2 и усиливается .уси- 45 лителем 1 с АРУ, причем на принимаемый сигнал не воздействует помеха, так как нет низкочастотной помехи, обусловленной, например, фоновой освещенностью. Сигнал с выхода уси лителя с АРУ, пройдя через расщепители 8 уровня и ключи 9 и 10, управляемые сигналами с формирователя 7, выделяется на входе фильтра 5 в виде постоянного напряжения с наложенными коммутационными всплесками.

Коммутационные всплески устраняются

Фильтром 5, но сигнал постоянного напряжения с выхода фильтра не из меняет величину выходного сигнала усилителя 4 низкой частоты. Следо- 60 вательно, не создается приращение величины выходного сигнала компенсирующего генератора, т.е. компенсирующий генератор не вызывает изменения тока в цепи смещения фотоприемника (цепь обратной связи разомкнута).

При наличии помехи в информационном тракте, обусловленной фоновой освещенностью, сигнал, принимаемый фотоприемником 2, пропорциональный интенсивности помехи. В этом случае сигнал с фотоприемника 2 усиливается по амплитуде усилителем 1 с АРУ.

Сигнал с выхода усилителя одновременно поступает на вход порогового устройства б и на вход расщепителя 8 уровня.

На выходе последовательной цепи, состоящей из порогового устройства б и формирователя 7, формируются парафазные импульсы управления коммутацией аналоговых ключей 9 и 10, причем импульсы управления формируются по фронту и спаду высокочастотной составляющей информационного сигнала (несущей}, а длительность и пауза импульсов управления совпадают с частотой следования информационного сигнала. На выходах расщепителя уровня формируются сигналы, амплитуды которых одинаковы в моменты коммутации аналоговых, ключей.

На объединенном выходе ключей выделяется сигнал, пропорциональный интенсивности помехи, в виде низкочастотной огибающей с коммутационными выбросами. Далее, проходя через заградительный фильтр 5 и усилитель низкой частоты 4, этот сигнал, сглаженный и усиленный по мощности, поступает на вход компенсирующего генератора 3. Выходной сигнал компенсирующего генератора, таким образом, в каждый момент времени получает приращение, пропорциональное помехе, но отличающееся по фазе на 180 от сигнала помехи, принимаемого фотоприемником (обратная связь замкнута}.

В результате в цепи смещения фотоприемника происходит компенсация низкочастотной составляющей информационного сигнала эа счет действия отрицательной обратной связи.

В сравнении с известным предлагаемое устройство имеет то преимущество, что достигнуты принципиально большие чувствительность и помехозащищенность устройства в диапазоне, расширенном в области низких частот, при регистрации слабых оптических информационных сигналов на фоне низкочастотных засветок различных интенсивностей.

1l17456

1117459

Фиг.2

Составитель A.×óðáàêoâ

Редактор Е.Папп Техред T. óáèÿ÷àê Корректор C.ØåêìàÐ

«с

Заказ 7184/24 Тираж 822 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП Патент, r.Óæãîðoä, ул.Проектная,4