Фазометрическое устройство

 

Изобретение относится к технике фазовых измерений и предназначено для использования в калибраторах фазы и фазометрах. Фазометрическое устройство содержит преобразователь 2 электрического напряжения в световой поток, электрический вход которого соединен с первым входом устройства, а оптический выход сопряжен с первым светоделителем 3, первый выход которого через оптический клин 4 и первую призму 5 сопряжен с оптическим входом первого фотопреобразователя 6, электрический выход которого подключен к первому выходу устройства . Второй выход светоделителя 3 через переменную оптическую задержку, состоящую из последовательно оптически связанных подвижной призмы 7, механически соединенной с интерфференционным лазерным измерителем перемещений 8, и неподвижной призмы 9, сопряжен со вторым светоделителем 10, первый выход которого через вторую призму 11 сопряжен с оптическим входом второго фотопреобразователя 12, электрический выход которого подключен ко второму выходу устройства . Второй выход светоделителя 10 сопряжен с оптическим входом фотоприемника 13, электрическим выходом подключенного к нуль-индикатору 14. С целью упрощения и повышения надежности устройства в него введен переключатель 1, выход которого через последовательно соединенные усилитель 16 и фазоинвертор 15 подключен к электрическому управляющему входу фотоприемника 13. Каждый из четырех входов переключателя 1 соединен с одним из входов или выходов устройства . Введение элементов 1,15,16 с их функциональными связями позволяет исключить из оптической схемы устройства для источника модулированного излучения, пять светоделителей, шесть зеркал и три поляризатора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1

„„SU„„1476404 (51)4 G 01 R 25/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4326307/24-21 (22) 29.09 ° 87 (46) 30.04.89. Бюл. ¹ 16 (71) A.Ã.Äàíåëÿí, Р.С.Манукян, В.Н.Анисимов, Л.Л.Склифосовская, .Б.К.Кочергин, Н.Н.Подорожняк и Н.Н.Ставцев (53) 621.317.77 (088. 8) (56) Данелян А.Г. и др, Образцовый двухфазный оптоэлектронный генератор. — Измерительная техника, 1980, № 7, с. 51 52.

Авторское свидетельство СССР № 1275322, кл. G 01 R 25/04, 1986. (54) ФАЗОЖТРИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ,(57) Изобретение относится к техни ке фазовых измерений и предназначено для использования в калибраторах фазы и фазометрах. Фазометрическое устройство содержит преобразователь 2 электрического напряжения в световой поток, электрический вход которого соединен с первым входом устройства, а оптический выход. сопряжен с первым светоделителем 3, первый выход которого через оптический клин 4 и первую призму 5 сопряжен с оптическим входом первого фотапреобразователя 6, электрический выход которого подключен к первому выходу устройства. Второй выход светоделителя 3 через переменную оптическую задержку, состоящую из последовательно оптически . связанных подвижной призмы 7, механически соединенной с интерференцион- . ным лазерным измерителем 8 перемещений, и неподвижной призмы 9, сопряжен со вторым.светоделителем 10, первый выход которого через вторую призму 11 сопряжен с оптическим входом второго фотопреобразователя 12, электрический выход которого подключен ко второму выходу устройства. Второй вы- ® ход светоделителя 10 сопряжен с опти- фр ческим входом фотоприемника 1 3, электрическим выходом подключенного к нуль-индикатору 14. С целью упроще ния и повышения надежности устройства в него введен переключатель 1, выход которого через последовательно соединенные усилитель 16 и фазоинвертор 15 подключен к электрическоС5

1476404 му управлякщему входу фотоприемника

l3. Каждый из четырех входов переключателя 1 соединен с одним из входов или выходов устройства. Введение элементов I 15, 16 с их функциональныИзобретение относится к технике фазовых измерений и может использоваться для получения двух электрических сигналов, сдвинутых один отно,сительно другого по фазе на заданную

5 величину, а также для измерения относительных фазовых сдвигов двух: электрических сигналов.

11ель изобретения — упрощение и по-Ið вышение надежности фазометрического устройства °

На чертеже изображена структурнофункциональная схема фаэометрического устройства. 15

Фазометрическое устройство содержит преобразователь 1, первый вход которого соединен с объединенными первым входом устройства и входом преобразователя 2 электрического на- 20 пряжения в световой поток, а второй вход переключателя 1 соединен со вторым входом устройства. Преобразователь 2 через первый светоделитель 3, оптический клин 4 и призму 5 оптичес-25 ки сопряжен с первым фотопреобразователем 6, выход которого соединен с первым выходом устройства и третьим входом переключателя 1. Светоделитель 3 также оптически сопряжен с пе-30 ременной (регулируемой) оптической задержкой, состоящей из подвижной призмы 7, которая механически соединена с интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений, оптически

35 сопряженной с последовательно установленной неподвижной призмой 9.

Переменная регулируемая оптическая задержка через выход призмы 9 оптически сопряжена последовательно с вторым светоделителем 10, призмой 11 и вторым фотопреобразователем 12, выход которого соединен со вторым выходом устройства и четвертым входом переключателя 1. Светоделитель 10 также сопряжен с оптическим входом ми связями позволяет исключить из оптической схемы устройства два источника модулированного излучения, пять светоделителей, шесть зеркал и три поляризатора. 1 ил.

2 фотоприемника (лавинного фотодиода)

13, электрический выход которого соединен с нуль-индикатором 14, а электрический управляющий вход (вход напряжения смещения) лавинного фотодиода 13 через фаэоинвертор 15 и усилитель 16 соединен с выходом переключателя 1, Фазометрическое устройство работает следующим образом.

В режиме автоповерки производится устранение ошибок, вносимых положением подвижной призмы 7 переменной оптической задержки и положением призм 5 и 11, и осуществляется контроль соответствия нулей переменной оптической задержки и нуль-индикатора 14.

Переключатель 1 устанавливается в положение, при котором усилитель 16 соединяется с объединенными первым входом устройства и входом преобразователя 2. На вход преобразователя 2 подается напряжение с первого входа устройства. Выходящий из преобразователя 2 модулированный по интенсивности световой поток, отражаясь от первого светоделителя 3, проходит призмы 7 и 9 переменной оптической задержки и, пройдя второй светоделитель 10,попадает на оптический вход лавинного фотодиода 13, сигнал с которого поступает на нуль-индикатор

14.

Напряжение с первого входа устройства через переключатель 1, усилитель 16 и фазоинвертор 15 подается также на электрический вход . вход напряжения смещения,лавинного фотодиос да 13,чувствительность которого очень сильно зависит от напряжения смещения.

Перемещением подвижной призмы 7 переменной оптической задержки добиваются минимального показания нуль1476404 индикатора 14. Положение призмы 7 фиксируется при этом, как соответст-. вующее нулевому показанию нуль-индикатора 14.

Затем переключатель 1 устанавлива5 ется в положение, при котором усилитель 16 соединяется с объединенными вьмодом фотопреобразователя 6 и первым выходом устройства. На вход преобразователя 2 подается напряжение с первого входа устройства. Выходящий из преобразователя 2 световой поток, пройдя первый светоделитель 3, оптический клин 4 и призму 5, поступает на вход первого фотопреобразователя

6. Сигнал с выхода первого фотонреобразователя 6 подается на первый выход устройства,,а затем через переключатель 1, усилитель 16 и фазоинвертор

15, поворачивающий фазу сигнала на

180, поступает на вход напряжения смещения лавинного фотодиода 13, сигнал которого регистрируется нуль-индикатором 14. 25

t 1

Отраженный от светоделителя 3 световой поток проходит призмы 7 и 9 переменной оптической задержки и светоделитель 10 и попадает на другой вход лавинного фотодиода 13. Нуль-индика-! тор 14 регистрирует показание, отличное от минимального. Перемещением призмы 5 добиваются минимального показания нуль-индикатора 14. Положение призмы 5 регистрируется при этом, как нулевое.

Затем переключатель 1 устанавливается в положение, при котором вход усилителя 16 соединяется с объединенными вторым входом устройства и выходом второго фотопреобраэователя

12. На вход преобразователя 2 подается напряжение с первого входа устройства, и выходящий из преобразователя 2 световой поток, отражаясь от 45 первого светоделителя 3, проходит призмы 7 и 9 переменной оптической задержки и второй светоделитель 10 и попадает на оптический вход лавинного фотодиода 13, сигнал с которого поступает на нуль-индикатор 14.

Отраженный от второго светоделителя 10 световой поток, пройдя призму ll подается на вход второго фотопреобразователя 12, сигнал с выхода которого поступает на второй выход устройства, а затем через переключатель

1, усилитель 16 и фазоинвертор 15 на электрический вход лавинного фотодиода 13, Перемещением призмы II снова добиваются минимального показания нуль-индикатора 14. Положение призмы

ll регистрируется при этом, как нуле вое.

В режиме калибратора фазы переключатель 1 устанавливается в положение, при котором усилитель 16 соединяется с объединенными первым входом устройства и входом преобразователя 2.

На первый вход устройства подается гармоническое напряжение необходимой частоты, в результате чего на выходе преобразователя 2 появляется модулированный по интенсивности световой сигнал, который на первом светоделителе 3 делится на два потока: ,проходящий и отраженный. Проходящий

I поток направляется на оптический клин

4 (позволяюший регулировать интенсивность светового потока при настройке), после прохождения которого вводится в призму 5, а затем регистрируется первым фотопреобраэователем 6, Электрический сигнал с выхода фотопреобразователя 6 поступает на первыи выход устройства.

Отраженный от первого светодели.теля 3 световой поток попадает в переменную оптическую задержку, состоящую из подвижной призмы 7, величина перемещения которой регистрируется интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений, и неподвижной призмы 9. Выходящий иэ призмы 9 световой поток попадает на второй светоделитель 10 и, отразившись от него, проходит призму Il, а затем регистрируется вторым фотопреобразователем 12, с выхода которого электрический сигнал поступает на второй выход устройства.

Таким образом, формируемые на выходах фотопреобразователей 6 и 12 электрические сигналы подаются на первый и второй выходы устройства.

Перемещением подвижной призмы 7 вдоль направления .IIN при определении величины перемещения интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений задается желаемый фазовый сдвиг, обусловленный задержкой светового потока. Оптический клин 4 позволяет выровнять интенсивности световых сигналов, поступающих на входы фотопреобразователей 6 и 12.

В режиме измерителя фазового сдвига работа устройства происходит сле14764

55 дующим образом. Переключатель 1 устанавливается в положение, при котором усилитель 16 соединяется со вторым входом устройства. На первый и второй входы устройства подаются электрические сигналы, фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить, На вход преобразователя 2 подается электрический сигнал с первого входа устрой- 10 ства. Выходящий из преобразователя 2 модулированный по интенсивности световой поток, отражаясь от первого светоделителя 3, попадает в подвижную призму 7 переменной оптической задержки, причем величина перемещения этой призмы регистрируется интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений. Пройдя неподвижную призму 9 и второй светоделитель 10, световой поток регистрируется лавинным фотодиодом 13, сигнал которого поступает на нуль-индикатор 14. На электрический вход (вход напряжения смещения} лавинного фотодиода 13 через / фазоинвертор 15 и усилитель 16 подается электрический сигнал со второго входа устройства.

Наличие фазового сдвига между исследуемыми электрическими сигналами, подаваемыми на первый и второй входы . устройства приводит к уходу от мини1 мального напряжения, регистрируемого нуль-индикатором 14, так как чувствительность лавинного фотодиода зависит от напряжения смещения, т.е. минимальное значение выходного тока лавинного фотодиода 13 будет регистрироваться нуль-индикатором 14 лишь при равенстве фаз сигналов.

Для компенсации этого фазового сдвига подвижную призму 7 регулируемой оптической задержки перемещают вдоль направления MN до тех пор, пока на нуль-индикаторе 14 не будет за45 регистрировано минимальное показание.

По величине перемещения подвижной призмы 7, регистрируемой интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений, определяется величина .фазо50 вого сдвига между исследуемыми электрическими сигналами.

Исключение двух источников модулированного оптического излучения, представляющих собой, как правило, полупроводниковые лазерные диоды с соответствующими электронными схема04 е ми накачки, стабилиз ации мощности, температурной стабилизации и соответ ствующими оптическими коллиматорами или газовые лазеры с электрооптичес- кими модуляторами и коллимирующими системами, а также исключение четырех затворов и оптических элементов с высоким значением интенсивности отказов: пяти светоделителей, всех (пяти; отражающих зеркал, двустороннего зеркала и трех поляризаторов позволяет (по сравнению с прототипом) повысить надежность предлагаемого фазометрического устройства за счет его упрощения.

Формула изобретения

Фазометрическое устройство, содержащее преобразователь электрического напряжения в световой поток, вход которого соединен с первым входом устройства, а выход оптически связан с первым светоделителем, первый выход которого оптически связан через оптический клин и первую призму с первым фотопреобразователем, электрический выход которого подключен к первому выходу устройства, второй выход первого светоделителя оптически связан через переменную регулируемую оптическую задержку, механически связанную с интерференционным лазерным измерителем перемещений, с вторым светоделителем, первый выход которого оптически связан через вторую призму с вторым фотопреобразователем, электрический выход которого подключен к второму выходу устройства, и фотоприемник, электрический выход которого соединен с входом нуль-индикатора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повышения надежности устройства, в него введены дополнительно фазоинвертор, усилитель и переключатель, причем первый вход переключателя соединен с первым входом устройства, второй вход — с вторым входом устройства, третий вход — с первым выходом устройства, четвертый вход - с вторым выходом устройства, а выход переключателя через усилитель и фазоинвертор подключен к управляющему электрическому входу фотоприемника, оптический вход которого сопряжен с вторым выходом второго светоделителя.