Акустооптический частотомер

 

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для измерения частоты радиосигналов в системах связи, радиопеленгации и системах оптической обработки информации Цель изобретения - повышение точности измерения частоты радиосигналов Вычисление значения частоты осуществляется в блоке 7 обработки на основе измерения частоты сигнала биений, выделяемого фильтром 6 из сигнала фотоприемника 5, являющегося результатом смешения на светочувствительном элементе фотоприемника 5 различающихся по частоте световых пучков, дифрагировавших на измеряемом и опорном сигналах. Грубое значение частоты определяется номером элемента фотоприемника 5, на котором выделяется сигнал биений, с точностью до разрешающий способности модулятора 3Точное значение частоты определяется по частоте сигнала биений равной разности частот измеряемого и одного из опорных сигналов с помощью новых блоков, сумматора 10, синтезатора 9 частот, блока 8 управления . Акустооптический частотомер содержит также последовательно расположенные на оптической оси лазер 1,коллиматор 2,акустооптический модулятор 3, линзу 42 з п ф-лы, 4 ил (Л с

СОЮЗ ГОНЕ ТГКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 23/00! ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОбРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4601241/21 (22) 04,11.88 (46) 07.02.91, Бюл, М 5 (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) А.С.Задорин и С.Н.Шарангович (53) 621.317 (088.8) (56) Зарубежная электроника, 1970, М 12, с, 14 — 30. (54) АКУСТООПТИЧ ЕСКИЙ ЧАСТОТОМ Е P (57) Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для измерения частоты радиосигналов в системах связи, радиопеленгации и системах оптической обработки информации. Цель изобретения — повышение точности измерения частоты радиосигналов. Вычисление значения частоты осуществляется в блоке 7 обработки на основе измерения частоты... Ж 1626092 А1 сигнала биений, выделяемого фильтром 6 иэ сигнала фотоприемника 5, являющегося результатом смешения на светочувствительном элементе фотоприемника 5 различающихся по частоте световых пучков, дифрагировавших на измеряемом и опорном сигналах.

Грубое значение частоты определяется номером элемента фотоприемника 5, на котором выделяется сигнал биений, с точностью до разрешающий способности модулятора

3. Точное значение частоты определяется по частоте сигнала биений, равной разности частот измеряемого и одного иэ опорных сигналов с помощью новых блоков: сумматора 10, синтезатора 9 частот, блока 8 управления, Акустооптический частотомер содержит также последовательно расположенные на оптической оси лазер 1, коллиматор 2, акустооптический модулятор 3, линзу

4. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1626092

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для панорамного измерения частоты радиосигналов в системах связи и радиопеленгации.

Цель изобретения — повышение точности измерения <астоты радиосигналов.

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого акустооптического частотомера; на фиг.2 и 3 — функциональные схемы блока обработки и блоки управления; на фиг.4 -- временные диаграммы блока управленияя.

Акустооптический частотомер (фиг.1) содержит последовательно расположенные на оптической оси лазер 1, коллиматор 2, акустооптический модулятор 3 с пьезопреобразователем, линзу 4, фотоприемник 5, N фильтров 6, блок 7 обработки последовательно соединенные блок 8 управления, синтезатор 9 частот, сумматор 10, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 3, а другой вход является входом устройства.

Блок 7 обработки (фиг.2) содержит N каналов определения частоты, каждый из которых содержит формирователь 11, электронный ключ 12, счетчик 13, регистры 14 и

15, компаратор 16, сумматор 17 с установочным входом 18.

Блок 8 управления (фиг.3) содержит тактовый генератор 19, триггеры 20 и 21, ждущий мультивибратор 22, элемент И 23, триггер 24 и элементы И 25 — 27, Акустооптический частотомер работает следующим образом.

Световой луч лазера 1 с помощью коллиматора 2, состоящего, например, из двух линз, подают на акустооптический модулятор 3, Исследуемый радиосигнал поступает на вход сумматора 10, а затем на пьезопреобразователь, с помощью которого возбуждает в звукопроводе акустооптического модулятора 3 бегущую звуковую волну. Световой луч дифрагирует на этой волне, При этом угол дифракции пропорционален частоте радиосигнала, вследствие чего световые лучи, дифрагировавшие на сигналах с различными частотами, пройдя через линзу

4, фокусируются нэ различные участки позиционно-чувствительного фотоприемника 5.

Первый элемент фотоприемника играет роль полосового фильтра с центральной частотой fo и голосой пропускания A f. Информация об огибающей радиосигнала при этом снимается с нагрузочного сопротивления элемента фотоприемника 5, соответствующего несущей частоте данного сигнала.

Значение частоты радиосигнала определяется номером фотоприемника и, на котором появляется фотоэлектрический сигнал

f=f0+(n - 1)hf,п=-1,2...,N. где Af — разрешающая способность модулятора;

fo — центральная частота полосового фильтра;

N — число элементов фотоприемника 5.

Повышение точности в предлагаемом акустооптическом частотомере происходит следующим образом.

Нэ второй вход сумматора 10 подается опорный сигнал, формируемый синтезато-ром 9 частот и представляющий собой сумму гармонических сигналов с =-квидистантной сеткой частот

fp = fo + (п - 1) Л f, и = 1, 2, . „, N, В этом случае величина фототока, протекающего через нагрузочные сопротивления фотоприемника, пропорциональна ин генсивности суммарного светового поля и содержит гармоническую составляющую биений, являющуюся результатом смешения на светочувствительном элементе фотоприемника 5 различающихся по частоте световых пучков, дифрагировавших на из меряемом и опорном ультразвуковых сигналах. Фотоэлектрический сигнал, снимаемый с выхода элемента фотоприемника 5, поступает на полосовой фильтр 6 с полосои пропускания Af, равной разрешающей способности акустооптического модулятора 3, который выделяет сигнал биений с частотой д f. Указанная фильтрация позволяе1 отсечь пэразитные биения, образованные зэ счет смещения на светочувствительных элементах фотоприемника 5 опорных световых пучков и боковых крыльев сигнального дифракционного пучка. Поэтому при изменении частоты измеряемого сигнала -, пределах, - A f/2 < f < fn+ 4f/" сигнал биений будет на выходе только одного фильтра 6, подключенного к п-му элементу фотог . иемника 5, Частота сигнала биений ра на разнос и частот измеряемого и и-го опорного сигна лов и не превышает величины Л f. Поэтому измерением частоты сигнала биений д f можно уточнить значение частоты входного сигнала изм = fop с т, где frp = fo "(n - 1) Л f — значение грубого отсчета частогы, которое определяется номером фотоприемника и, на котором появляется фотоэлектрический сигнал биений, Для устранения неоднозна,ности определения частоты сигнала в предлагаемом

1626092 а на его выходах формируется следующая комбинация логических сигналов выход д f ) д f — сигнал Лог.О выход д f (д f — сигнал Лог.1 выход д f =д f — сигнал Лог.0

ПРи частоте сигнала близкой к fn (т.е, РУютсЯ слеДУюЩие комби аЦии логических

f < fn) коды частот сигналов биений д f 0, сигналов: д f О и на выходах компаратора 16 форми- 55

I выход д f > д fI — сигнал Лог.1 при 8 f > О f выход (} f < д f — сигнал Лог.О выходд f =д f — сигнал Jlor.0! частотомере может использоваться серийный синтезатор частот типа Ч6-71, который под действием управляющего сигнала с блока 8 управления (фиг,4) смещает сетку опорных частот на величину д fon. 5

fn =fo+(и -1)Лf- дfon п=1,2,,...N

При этом частота биений становится

1 равной д f, и алгоритм определения частоты будет иметь следующий вид;

10 если д fI > д f, то ь = fo + (n — 1) A f + д f; если д f < д f, то f M = fo+ (п — 1 ) A f — д f.

В предлагаемом частотомере измерение 1д fl и определение зцп(д f) осуществ- 15 ляются в блоке 7 обработки, который содержит N каналов определения частоты, может быть выполнен на серийных цифровых микросхемах (м/сх) (фиг.2) и использует для определения 1д fl известный метод, основанный на подсчете числа импульсов в течение образцового интервала времени, Работу блока 7 обработки иллюстрируют диаграммы (фиг.4), 25

Сигнал биений с выхода фильтров 6 подается на вход формирователя 11, который представляет собой триггер Шмидта. На его выходе формируются электричес ие колебания прямоугольной формы, соответствующие частоте сигнала биений д f, которые поступают далее на электронный ключ 12.

Импульсы с генератора 19 (фиг.4а), частота

КотоРЫХ QÄÎÂËÎÒÂÎfIßeÒ QÑJIОВИЮ fT д fìèn, поступают на ключ 12, открывая его на время т„(фиг.4б), Длительность образцовых импульсов т„выбирается больше длительности сформированных синтезатором 9, поэтому на выходе ключа 12 появляются пачки импульсов (фиг.4э). Число импульсов в па - 40 ке подсчитывает двоично-десятичный счетчик 13. Перед началом счета счетчик 13 сбрасывается в нулевое состояние сигналом логической "1" (фиг.4ж), формируемым ждущим мультивибратором 22. Логическое 45 состояние счетчика 13 записывается в один из двух регистров 14 и 15, на логическом . входе разрешения записи которого присутствует импульс разрешения записи с блока

8 (фиг.4д, е), который формируется логическими элементами И 25 и 26. Импульсы разрешения записи поступают поочередно на регистры 14 и 15 (м/сх К155ИР15) синхронно с изменением сетки частот синтезатора

10, работой которого управляют импульсы с выхода Т-триггера 24 блока 8 (фиг.4г), Следовательно, после одного такта изменения частот опорных сигналов синтезатора 9 в регистрах 14 и 15 будут записаны коды частот сигналов биений д f и д f . При поступлении с блока 8 импульсного напряжения (фиг,4и), которое вырабатывается логическим элементом И 27, на входы разрешения считывания регистров 14 и 15 коды частот сигналов биений д f и д f c их выходов поступают на цифровой компаратор 16, Допустим, что на входе акустооптического частотомера присутствует радиосигнал и его частота близка к частоте fn. В этом случае при поступлении с блока 8 импульсного напряжения (фиг.4и), вырабатываемого логическим элементом И 27, на входы считывания регистров 14 и 15, в которых после одного такта изменения частот опорных сигналов синтеза1ора 9 записываются коды частот си н;.лов биений соответсгвенл 1 но д f u u f, эти коды частот с их в.:..Одов поступают на цифровой компаратор 16 (м/сх К561ИП2). Выход ци ррового компаратора 16 соединен ши гой данных (фиг,2) с входом сумматора 17. Цифровой компаратор 116 на м/сх К561ИП2 имеет три выхода, на которых в зависимости от сочетания кодов частот д f и д f будут фор. ироваться

1 соответствующие управляющие логические сигналы, Возможны следующие случаи.

Если сигнал присутствует на входе частотомера и его частота f = fn, тогда на входах компаратора 16 коды частот сигналов биений

1626092 выход д f ) д 1 — сигнал Лог.О

I Р о т < о т выход д f (д f — сигнал Ror,1 выход д f = д f — сигнал Лог.О

При отсутствии сигнала на входе частотомера сигналов биений нет, т.е. коды частот д f = О и д 1 = О. В этом случае на выходах

1 компаратора 16 формируется следующая комбинация логических сигналов: 10 выходд f >д1 — сигнал Лог.О выход д f (д f — сигнал Лог.О выход д f = д f — сигнал Лог.1

Видно, что на выходе д f = д f компараI тора 16 сигнал логической "1" формируется только в случае отсутствия на входе частотомера измеряемого радиосигнала, Этот логи- 20 ческий сигнал по шине данных с выхода компаратора 16 подается на вход сумматора 17 и именно он запрещает выдачу результата на индикатор и-го канала, т.е, прохождение кода частоты 4 на выход в 25 случае отсутствия сигналов биений.

Для выполнения указанных в описании функций сумматор 17 может быть реализован на м/сх К564ИПЗ. S этом случае требуются две микросхемы. Первая из них выполняет арифметическую функцию сложения кодов частот д f и f, вторая м/сх

К564ИПЗ вЂ” функцию логического перемножения результата ложения кодов д f и f„с инвертированным логическим сигналом с выхода д f = д f м/сх К561ИП2, который также передается по шине данных с выхода компаратора 16. Поэтому на выходе второй м/сх К564ИПЗ код измеряемой частоты формируется только в случае фиксации в п-м 40 канале сигнала биений, Наличие сигнала на входе частотомера будет регистрироваться только на индикаторе и-го канала. На индикаторах остальных каналов с номерами с

1-го по и- 1-й и с и+1-ro no N-й высвечива- 45 ется нулевой код частоты, что свидетельствует об отсутствии сигналов соответствующих частот на входе устройства.

Использование частотомера позволяет 50 осуществить точное панорамное измерение частоты радиосигналов, С его помощью точность измерения частоты можно повысить по всех частотных диапазонах работы акустооптических модуляторов от 1О-метрово- 55 го до 10-сантиметрового, Формула изобретения

1. Акустооптический частотомер, содержащий последовательно расположенные на оптической оси лазер, коллиматор, акустооптический модулятор, линзу и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения частоты, в него введены последовательно соединенные блок управления, синтезатор частот и сумматор, N фильтров, блок обработки, вход акустооптического модулятора подключен к выходу сумматора, второй вход которого является входом частотомера, к элементам фотоприемника подключены N фильтров, выходы которых подключены к информационным входам блока обработки, управляющие входы которого соединены с выходами блока управления.

2. Частотомер по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок обработки содержит N каналов определения частоты, каждый из которых содержит формирователь, электронный ключ, счетчик, два регистра, компаратор, сумматор, причем выход формирователя соединен с первым входом электронного ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а выход подключен к счетному входу счетчика, управляющий вход которого соединен с третьим входом блока управления, а выход — с информационными входами первого и второго регистров, вход записи первого регистра соединен с четвертым выходом блока управления. вход записи второго регистра соединен с пятым выходом блока управления, шесгой выход которого подключен к входам считывания первого и второго регистров, информационные выходы которых соединены соответственно с входами компаратора, выход которого соединен с первым входом сумматора. второй вход которого соединен с выходом первого регистра, третий вход является информационным входом, а выходинформационным выходом частотомера.

3. Частотомер по п.1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что блок управления содержит тактовый генератор, три триггера, ждущий мультивибратор, четыре элемента И, причем первый вход первого триггера соединен с его вторым выходом, с первым входом второго триггера и вторым входом первого элемента И, выход которого является шестым выходом блока управления, второй вход первого триггера соединен с выходом тактового генератора, а третий вход соединен с вторым выходом второго триггера и третьим входом первого элемента И, первый вход которого соединен с третьим входом и втооым выходом третьего триггера, которые

1626092

Ьп7

/- . нанол подключены к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом второго триггера, входом ждущего мультивибратора и первым входом второго элемента И, выход кото- 5 рого является четвертым выходом блока управления, второй вход второго триггера соединен с выходом четвертого элемента И, первый и второй входы которого соединены с выходом ждущего мульти- 10 и- нонал 8лож77 вибратора и являются третьим выходом блока управления, вторым выходом которого служат объединенные первый выход первого триггера и второй вход третье о триггера, первый выход которого соединен с его первым входом и вторым входом второго элемента И и является первым выходом блока управления, пятым выходом которого является выход третьего элемента И.

1626092

Выход бп. 15 а

Вь/ход

Юл,20

Выход дл. Л

Вьц Од ол.24

Выход дл. 25 г7

Выход

6а 26 е

Выход бл.22 Л

Ж

Выход

Dn. 12

Выход дл, 27 и

ФиЯ, Ф

Составитель В,Новоселов

Редактор А.Козориэ Техред М.Моргентал Корректор Т. Палий

Заказ 271 Тираж 418 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производсгвенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101