Калибратор фазовых сдвигов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5ц 4 G 01 R 25/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4126375/24"21 (22) 24.06.86 (46) 23.12.88 Бюп, М 47 (72) Н.В.Гелашвили, И.С.Манукян, А.Г.Данелян, Б.К. Кочергин, Н.Н.Подорожняк, В.Н.Анисимов и Б.Р.Налбандов (53) 621. 317, 77 (088. 8) (56) Авторское свидетельство СССР

N - 1213433, кл. G 01 R 25/04, 1986.

Данелян А.Г. и др. Измерительная техника, 1980, - 7, с. 51-52. (54) КАЛИБРАТОР ФАЗОВЫХ СДВИГОВ.(57) Изобретение относится к технике фазометрии и может быть использовано в метрологической практике для проведения поверочных работ в качестве источника колебаний с заданным сдвигом фаз. Цель изобретения — повышение точности задания фазовых сдвигов и упрощение устройства. Устройство содержит преобразователь 1 электрического напряжения в свето„„SU „„3446575 А 1 вой поток, светоделитель 2, оптически последовательно связанные устройства

3 и 11 ввода оптического излучения в оптическое волокно, оптические волокна 4 и 12, оптические переключатели 5 и 7, блок 6 оптических волокон, фотопреобразователи 8 и 13, оптически последовательно связанные поворотная призма 9, зеркало 10, переключатели 14 и 15, измеритель 17 частоты, генератор 18 исходных электрических гармонических колебаний. Повьппение надежности состоит в исключении интерферометрического канала контроля перемещения поворотной призмы, а также системы коммутации рабочих оптических каналов на фотопреобразователи. К упрощению приводит реализация перемещения поворотной призмы 9 на расстояние, равное длине волны гармонического колебания в блоке 6. Устройство не требует массивного виброзащитного основания .и может быть реализовано в переносном варианте. 1 ил.

1446575

Изобретение относится к технике фазометрии и может быть использовано в метрологической практике для проведения поверочных работ в качестве ис- > точника колебаний с заданным сдвигом фаз.

Целью изобретения является повышение точности задания фазовых сдвигов и уирощение устройства. Ы

На чертеже приведена схема калибрзтеяю °

Калибратор фазовых сдвигов содержит преобразоватеяь 1 электрического напряжения в световой поток, опти- 5 чески евязанньй с входом светодели"теля 2е Один из ВыходОВ светодели тетя. 2 оптически соиужкен с оптически последовательно связаыции нервым устройством авода оптического излуче- 20 нйя в оптическое вадокио 3, первым оитическии волокном 4, первым оптическим переключателем 5, бдоком 6 оитйчесщис волокон,вторим оптическим йщ еключателем .7 и перРым фотОщмоб разователем 8, злектрачеаиий выход Х ке и4кео является первым вьжодом -калибратора сдВига фаэ, Дрых Ой.. Йыиод

- e,seyojjearr errs 2 оцтически сопряжен с ейтически посл цоаатеаьио связанными иоворотной призмой 9, вьптолиен.НОЙ 6 ВозмОщностью линЖйого и(@жмеще жщ Йо направпению падения - отражения света И-И, зеркалом fG, вторым устрайством ввОда оптического излучения в оптическое волокно t1- вторим оптичМким Йолокном 32 н вторым

Фотонреобразователем 3 3, электричес» кий Выход ХХ которого является вторым выходом калибратора сдвига фаз. 40 . Вйкод первого фотопреобразователя 8 соединен с одним иэ входов nepsего переключателя t4, выход которого через инвертор 15 подключен к одному из входов второго переключатапя 1б, выход которого. соединен па раанельно с входами арйобразователя t. .электрического напряиенйя в световой поток и измерителя 37 частоты.Выход второго фотопреобразовйтеля t3 соеди-50 неи с другrer входом иервого переключателя 14, другой вход второго переключателя 36 подключен к выходу генератора 38 исходных электрических гарконических колебаний. H

Устройство работает следующим об- . разом.

При„установке первого переключателя 14 в положение, когда выход последнего соединяется с выходом фотопреобразователя 8, а второй переключатель

t6 установлен в положение, когда его выход соединяется с выходом инвертора t5 и оптические переключатели 5 и

7 установлены в положение, когда их выходы соединены с первым отрезком оптического волокна блока 6 онтических волокон. При этом образуется замкнутый контур, состоящий из последовательно соединенньк преобразователя Ф электрического напряжения в световой поток, светоделителя 2, первого устройства ввода оптического ,излучения в оптическое волокно 3, on-! тического волокна 4, первого оптического переключателя 5, первого отрезка оптического волокна блока б онти.ческих волокон второго оптического переключателя 7, @отонреобразователя 8, первого переключателя М, инвертера- t5, второго переключателя 16„ выход котоРого сощинен с объединенными входами преобразователя 3 электрического наиряжения в световой поток и измФрителя 37 частоты, В этом контуре наличие инвергора 15 необхщ(имо для выполнения условия, при котором во время поступления на фотощеобрязователь 8 излучения с преобразователя 3 эдектрйческога напряжения в световой поток, прошедшего оптический путь через .аитичес-. кое волокно 4 и первый отрезок оптического волокна блока 6 оптических волокон, срывалась -ters psalm .излучения преобразователя f элактрическо» го напряжения в световой ноток. И наоборот, преобразователь 3 электрического напряжения в световой моток генерирует при отсутствии излучения на фотоиреобразоватеяе 8, т.е, из-за конечйой величины скорости распространения излучения в оптическом волокне,. в этом замкнутом контуре возникает генерация прямоугольных световых импульсов со скважностью два, частота которых однозначно связана с общей длиной отрезка оптического soлокна блока 6 оптических волокон, плюс путь, проходимый излучением от преобразователя 1 электрического напряжения в световой поток до оптического волокна 4, длина которого определяет верхний предел границы диапазона измерений измерителя 17 частоты. При включении устройства {поскольэу еще нет никакого излучения

1446575. на фотоприемнике 8) начинает излучать преобразователь 1 электрического напряжения в световой поток и тем самым начинается генерация нрямоуголь5 ных световых импульсов, в описанном выще контуре, с некоторой частотой значение которой определяется с помощью измерителя 17 частоты.

При установке первого переключа- р теля 14 в положение, когда выход последнего соединяется с выходом фотопреобразователя 13, а второй переключатель 16 остается в предыдущем положении и оптические переключате- 15 ли 5 и 7„также, как и в первом случае, устанавливаются в положение, когда их выходы соединены с первым отрезком оптического волокна блока 6 оптических волокон. образуется друго" 2р замкнутый контур, при этом ранее образованный контур разрывается. Новый контур состоит из последовательно соединенных преобразователя 1 электрического напряжения в световой по2, поворотнои призмы 9, зеркала 10, второго у"тройства ввода оптического излучения в оптическое волокно 11, второго оптического волокна 12, фотопреобразова- ЗО теля 13, первого переключателя 14, инвертора 15 и второго переключателя 16, выход которого соединен с объединенными входами преобразователя 1 электрического напряжения в световой поток и измерителя 17 частоты.

В этом замкнутом контуре тоже возникает генерация прямоугальных светоьых импульсов со скважностью два и 40 некоторой другой часто-;ой f . Подбирая соответствующие длину второго оптического волокна 12 и положение поворотной призмы 9 по оси N-N устанавливают значения частот 6< и равными, т.е. выравниваются пути, проходимые электромагнитной волной в рабочих каналах. После этого переключатель 16 устанавливается в положение, когда выход последнего соеди- rp няется с выходом генератора 18 исходных электрических гармонических колебаний, при этом ранее образованные замкнутые контуры разрываются.

Первый рабочий канал устройства (канал опорного сигнала) образован элементами 2-8, а второй рабочий канал устройства (канал сигнала с переменной фазой) образован элементами

2, 9- 13.

Иодулированный по интенсивности с частотой f, генератора 18 световой поток посла светоделителя 2 распространяется по двум указанным вьппе рабочим каналам калибратора фазовых сдвигов, а по достижении фотопреобразователей 8 и 13 преобразуется в последних в электрические сигналы и полаете на выходы I u II устройства.

Так как предварительно выравнены пути прохождения электромагнитной волной в обоих рабочих каналах (установлено равенство значений частот, генерируемых в обоих контурах импульсов), на выходе предлагаемого калибратора фазовых сдвигов будем иметь лва электрических гармонических колебания частоты fr с нулевым фазовым сдвигом. Требуемый сдвиг по фазе задаегся выбором соответствующего отрезка калиброванного оптического волокна в блоке 6 путе установки оптических переключателей 5 и 7 в требуемое положение (дискретная установка разнос- ти фаз) и соответствующей установкой: поворотной призмы 9 (перемещение призмы 9 вдоль оси ИН обеспечивает плавное изменение разности фаз). При этом разность задержек в каналах есть а сдвиг фаз гармонического сигнала на выходах устройства

q =М f ° 360 = - — — — — 180,(2) а (fч Е2)fr О

f, т.е. оперируя частотами Е„(генератора 18) и f< f»определяемыми оптической длиной соответствующего канала, дискретно и плавно устанавливается любая разность фаз.

Число отрезков оптического волокна в блоке 6 выбирается таким, чтобы дискретно обеспечить требуемую величину фазового сдвига на выходе устройства в пределах 0-360 (или от -180 до +180 }. Так, если число отрезков оптического волокна в блоке 6 равно n=l3, тогда и число положений в оптических переключателях 5 и 7 равно 13, то с учетом ну5 1ч465 левого сдвига фаз в блок 6 включаются отрезки оптического волокна с такой длиной, чтобы обеспечить разность фаз между двумя соседними галаженнями переключателя,360 /и-1=30О а перемещением поворотной призмы 9 (И-0) обеспечивается фазовый сдвиг о в пределах этих 30

Если, например, требуется полу 1ить -0 на выходе предлагаемого устройства два гармонических сигнала, сдвинутых один относительно другого па фазе -1а

160, тогда с помощью оптических переключателей 5 и 7 выбирается 6-й отрезок оптического волокна блока 6, который обеспечи-, величину сдвига о фазы 150, а с помощью перемещения поворотной призмы 9 задается сдвиг фазы еще íà 10 . В итоге на выходах предлагаемого калибратора фазовых сдвигов будут гармонические колебания с разностью фаз 160

Точность задания фазового сдвига в предлагаемом калибраторе определя- 26 ется точностью установления Ь 1:(1), т.е. точностью измерения частот f„, f и составляет 10 — 10 . Kpo»e то7 и

8 ro, как следует иэ (2), величина запаваемого сдвига фаз не зависит ат Зо . показателя преломления среды, т, е, точность задания фазового сдвига не ограничена точностью определения показателя преламленля среды, в которой распространяется оптическое излучение.

Упрощение по сравнению с известным калибратором, а значит и повьыение надежности состоит. в исключении интерферометрическога канала контроля 10 перемещения поворотной призмы 9, а также системы коммутации рабочих оптических каналов на фатопреабразават ели. Кроме того, приводит к упрощению и тот факт, что в предлагаемом калиб- 45 раторе необходима реализовать перемещение поворотной призмы 9 на расстояние, равное длине волны гармони:ческого колебания, деленное на числа отрезков оптического волокна в блс*" 60 ке 6, т.е. деленное на число не менее десяти, а в известном калибраторе перемещение поворотной призмы производится на расстояние, равное длине волны того же гармонического колебания °

Предлагаемый калибратор не требует массивного виброзащитного основа1п1я. что позволяет реализовать калибратор фазовых сдвигов в переносном варианФормулаизобретения

Калибратор фазовых сдвигов, содержащий г реабразаватель электрического напряжения в сьетовой поток, оптически сопряженный с входом светоделителя, первый выход которого через поворотную призму, выполненную с возможностью линейного перемещения по наиравлению падения — отражения света, оптически связан с зеркалом, генератор исходных электрических гармонических колебаний и два фотопреобразователя, электрические выходы которых соединены с выходами калибратора, отличающийся тем, что с 1хелью повыления точности зада ния сдвига фаз и повышения надежности в него введены блок оптических волокон, два оптических гереключателя, два устройства ввода оптического излучения в оптическое волокно, два оптлческих волокна, два переключателя, инвертар и измеритель частоты, причем электрический выход каждого фотопреабразавателя соединен с соответствующим входом первого переключателя, выход которого через инвертор соединен с одним из входов второ;

-o переключателя, к другому входу которога подключен выход генератора исходных электрических гармонических колебаний, а выход второго переключателя соединен параллельно с вхо" дами преобразователя электрического напряжения в световой поток и измерителя частоты, при этом второй выход светоделителя оптически сопряжен через последовательна оптически соединенные первое устройство вводя оптического излучения в оптическое волокно, первое оптическое волокно, первый оптический переключатель, блок оптических волокон и второй оптический переключатель с оптическим входом первсга фотопреобразователя, а зеркала через последовательна оптически соединенные второе устройство ввода оптического излучения в оптическое волокно и второе оптическое волокна сопряжено с оптическим входом второго фотопреобразователя.