Акустооптический спектроанализатор-частотомер с временным интегрированием

 

Изобретение относится к области оптической обработки сигналов и может быть использовано для измерения частоты гармонических составлякщих низкочастотных сигналов. Цель изобретения - увеличение точности определения частоты гармонических составляющих спектра при максимальном числе разрешимых точек спектроанапизатора за счет увеличения числа точек отсчета SfO спектра. Полупроводниковый лазер 1 оптически связан с расширителем.2 лазерного луча, интерферометром,.состоящим из делительного кубика 3, призмы 4 и зеркала 5, акустооптическим модулятором 6 и интерферометром 7, Цилиндрическая линза 8 увеличивает размер выходного пучка до раз мера столбца двумерного матричного фотоприемника (МФП) 9. В плоскости МФП 9 происходит интерференция выходных световых пучков. Строки МФП 9 повернуты вокруг оптической оси относительно ультразвуковой, волны в акустооптическом модуляторе 6 на угол /1 arctg dx/M -dy, где d, d s, - шаги расположения элеь1ен ов в строке и столбце 9 соответственно; М - число строк 9. С помощью вторичной обработки выходного сигнала МФП 9 значения частот гармонических составляющих в спектре сигнала могут быть определены с точностью до точки отсчета спектра, 2 ил. I (Л с 4 о N9 ( О IffufI

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 01 R 23/17

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4146946/24-2! (22) 14.1 1.86 (46) 15.06.88. Бюл. У 22 (71) Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина (72) С.Y). Бондарцев и А. П. Лавров (53) 621.317.757(088.8) (56) Shin — Chun Lin. Optics Letters, 1982, V 7-, У 9, р. 448-450.

Shin — Chun Lin. Applied Optics, 1982, 7 21, Р 18, р. 3227-3229. (54) АКУСТООПТИЧЕСКИЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТ0Р-ЧАСТОТОМЕР С ВРЕМЕННЫМ ИНТЕГРИРОВАНИЕМ (57) Изобретение относится к области оптической обработки сигналов и может быть использовано для измерения частоты гармонических составляющих низкочастотных сигналов. Цель изобретения — увеличение точности определения частоты гармонических составляющих. спектра при максимальном числе разрешимых точек спектроанализатора за

Счет увеличения числа точек отсчета

„„SU„„1402960 А 1 спектра. Полупроводниковый лазер 1 оптически связан с расширителем.2 лазерного луча, интерферометром,.состоящим из делительного кубика 3, призмы 4 и зеркала 5, акустооптическим модулятором 6 и интерферометром

7. Цилиндрическая линза 8 увеличивает размер выходного пучка до размера столбца двумерного матричного фотоприемника (МФП) 9. В плоскости МФП 9 происходит интерференция выходных световых пучков, Строки МФП 9 повернуты вокруг оптической оси относительно ультразвуковой волны в акустооптическом модуляторе 6 на угол

= агctg dx,/1 d> ° где d„° d >,— шаги расположения элементов в строке и столбце МФП 9 соответственно; М— число строк МФП 9. С помощью вторичной обработки выходного сигнала МФП 9 значения частот гармонических составляющих в спектре сигнала могут быть определены с точностью до точки отсчета спектра. 2 ил.

1402960 (х, d= aretg

M dó, 45

)rpe 6)(, 6 > — шаги расположения эле)(, ментов МФП 9 по осям х, (по строке) и у„ (по столбцу) соотнет1 5Р ственно

М вЂ” число элементов н столбце (число строк

МФП 9).

АОСВИ работает следующим образом.

Расширитель 2 лазерного луча преобразу т промодулированное по интенсивности исследуемым низкочастотным

Изобретение относится к оптической обработке сигналов и может быть

Использовано для измерения частоты гармонических составляющих низкочас-, 5 тотных.сигналов, в частности, в звуковых и гидроакустических системах.

Целью изобретения является увеличение точности определения частоты гармонических составляющих спектра при максимальном числе разрешимых точек спектроанализатора за счет увеличения числа точек отсчета спектра.

На фиг. 1 представлена структурная

Схема акустоо11тического спектроанали- 15 затора-частотомера с временным интегрированием (АОСВИ); на фиг. 2 — положение двумерного фотоприемника в его выходной плоскости по отношению к направлению ультразвуковой волны н 20 акустооптическом модуляторе.

АОСВИ (фиг. 1) состоит из последовательно оптически связанных полупроводникового лазера 1 с модулируемой исследуемым низкочастотным сиг- 25 налом интенсивностью излучения, расширителя 2 лазерного луча, первого интерферометра, состоящего из делительного кубика 3, призмы 4 и зеркала 5, акустооптического модулятора 30 ,(AOM) 6., второго интерферометра 7, аналогичного перному, цилиндрической линзы 8, двумерного матричного фотоприемника (МФП) 9, выход которого является выходом устройства, и генератора 10 сигнала с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ), выход которого подключен к электрическому входу

АОМ 6. При этом МФП 9 повернут вокруг оптической оси относительно волново-е го вектора К ультразвуковой волны (фиг. 2) на угол

+ К Не { е»р (- i

2(»)о т

+ у „einp)) {S(t)exp, -(i (x рее p + у р tiny ))1(2Ы1

V 11 (х, (os р+

1) (2 ) где(х ., у,„)1jэ координаты элемента, расположенного в 1-м столбце и К-й строке; интенсивность выходного излучения лазера; коэффициенты.пропорциональности; время накопления в элементах МФП 9; скорость распространения ультразвуковой волны в материалах звукопровода АОМ; средняя круговая частота ЛЧМ-радиосигнаК1 и К1 ла; скорость изменения круговой частоты ЛЧМрадиосигнала; исследуемый низкочастотный сигнал, Изменение частоты колебаний интерференционной картины от элемента к элементу фотоприемника вдоль строки равно

2a ):, созе

1 бГ

2)) сигналом излучение полупроводникового лазера 1 в плоский световой пучок.

В плоскости МФП 9 происходит интерференция выходных световых пучков, сформированных н связанных первом и втором интерферометрах. АОМ б модулирует интерференционную картину во времени при изменении мгновенной частоты ЛЧМ-генератора 10. Цилиндрическая линза 8 увеличивает размер выходного пучка второго интерферометра 7 в направлении, ортогональном волновому вектору К, до размера столбца

МФП 9. Каждый из элементов МФП 9 осуществляет детектирование и накопление продетектированного сигнала.

В системе координат (х„, у1), связанной с фотоприемником (фиг. 2), распределение величин накопленных в элементах МФП зарядов определяется выражением т

q (»,, у,„) = К, { Z(t)dt + о

1402960 а вдоль столбца

1

4<у 2 ) 2 dy, ° sinp

U (4) 5

При соблюдении условия (1) частота колебаний изменяется. равномерно от первого до последнего элемента в столбце и от последнего (М-го) элемента i-го столбца к первому элемен10 ту (i+1)-го столбца.

Для реализации максимального числа точек разрешения АОСВИ и повышения

15 точности определения частоты необходимо увеличить число точек от )чета спектра. В данном устройстве для этого используется вторая координата выходной плоскости АОСВИ. Из выражения (2) следует, что максимальный

20 сигнал накапливается в том элементе

МФП, в котором частота колебаний интенсивности интерференционной карти(. 2с t, 25 ны описывается членом ехр -х

У

Ч

«х,.ооа б а у,„sin б )), наиболее

1! близка к частоте исследуемого сигнала S(e). Общее число точек отсчета спектра равно М х N где N — число элементов МФП в строке. С помощью вторичной обработки выходного сигнала МФП значения частот гармонических составляющих в спектре сигнала могут быть определены с точностью до точки д1 отсчета спектра. В данном устройстве точность отсчета частоты в М раз выше по сравнению с известным спектроанализатором, использующим N-элемент- ный линейный фотоприемник того же 40 размера.

Формула изобретения

Акустооптический спектроанализатор-частотомер с временным интегрированием, содержащий последовательно оптически связанные полупроводниковый лазер с модулируемой анализируемым сигналом интенсивностью, расширитель лазерного луча, первый интерферометр, состоящий из делительного кубика, призмы и зеркала, акустооптический модулятор, к электрическому входу которого подключен выход генератора сигнала с линейной частотной модуляцией, второй интерферометр, аналогичный первому, и многоэлементный интегрирующий фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерения .частоты при максимальном числе pasрешимых точек, в нем установлен двумерный матричный фотоприемник, строки которого повернуты вокруг оптической оси относительно направления ультразвуковой волны в акустооптическом модуляторе на угол а„

"1

М и Jq где d „, d > — шаги расположения

"1 элементов в строке и столбце фотоприемника соответственно;

M — число строк фотоприемника, а между вторым интерферометром и фотоприемником установлена цилиндрическая линза, согласующая размеры выходного светового пучка спектроанализатора с размерами фотоприемника, 140?960

Составитель И. Коновалов

Редактор И. Рыбченко Техред Л.Сердюкова Корректор Г. Решетник

Заказ 2853/35

Тираж 772 Подписное

БПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113G35, Москва, %-35, Раушскав наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприя гие, г, Ужгород, ул. Проектная, ч