Оптический спектроанализатор с временным интегрированием

 

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для спектрального анализа электрических сигналов. Цель изобретения - повышение точности. Устройство содержит последовательно оптически связанные источник 1 излучения с блоком 2 ввода анализируемого сигнала, по электрическому входу соединенным с входом спектроанализатора, блок 3 формирования оптического пучка, блок 4 формирования и ввода опорного сигнала, блок 5 переноса изображения и фотоприемник 6 с устройством 7 его управления, первый выход синхронизации которого соединен с входом синхронизации блока 4. Для достижения цели введены блок 8 вычисления минимального значения накапливаемого сигнала и вычитающее устройство 9, первый выход которого соединен с электрическим входом фотоприемника 6, а второй - с выходом спектроанализатора, первый вход - с выходом фотоприемника 6, второй - с выходом блока 8, вход которого подключен к выходу фотоприемника 6. Второй и третий выходы синхронизации устройства 7 подключены к входам синхронизации блока 8 и устройства 9 соответственно. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю 6 01 Я 23/17

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4723962/21 (22) 26.07.89 (46) 30.07.91. Бюл. М 28 (71) Ленинградский электротехнический институт связи им. М. А. Бонч-Бруевича (72) А. Ф. Бухенский, С. В. Морозов и В. И Яковлев (53) 621,317(088,8) (56) R. А, Spraque et al applied Optics, 1976, ч. 15, н. 89-92.

Д. Псалтис, ТИИЭР, 1984, т. 72, М 7, с. 240-255. (54) ОПТИЧЕСКИЙ СПЕКТРОАНАЛИЗАТОР

С ВРЕМЕННЫМ ИНТЕГРИРОВАНИЕМ (57) Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для спектрального анализа электрических сигналов.

Цель изобретения — повышение точности.

Устройство содержит последовательно оптически связанные источник 1 излучения с

„„, Ц„, 1666966 А1 блоком 2 ввода анализируемого сигнала, по электрическому входу соединенным с входом спектроанализатора, блок 3 формирования оптического пучка, блок 4 формирования и ввода опорного сигнала, блок 5 переноса иэображения и фотоприемник 6 с устройством 7 его управления, первый выход синхронизации которого соединен с входом синхронизации блока 4. Для достижения цели введены блок 8 вычисления минимального значения накапливаемого сигнала и вычитающее устройство 9, первый выход которого соединен с электрическим входом фотоприемника 6, а второй— с выходом спектроанализатора, первый входс выходом фотоприемника 6, второй — с выходом блока 8, вход которого подключен к Я выходу фотоприемника 6. Второй и третий выходы синхронизации устройства 7 подключены к входам синхронизации блока 8 и устройства 9 соответственно. 1 ил.

1666966

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для спектрального анализа электрических сигналов.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет увеличения отношения сигнал/шум, На чертеже представлена струкгур; офункциональная схема устрой" тва, Спектроанализатор содержит последовательно оптически связанные источник 1 излучения с блоком 2 ввода анализируемого сигнала, по электрическому входу соединенным с входом спектроанализатора, блок

3 формирования оптического пучка, например две линзы, блок 4 формирования и ввода опорного сигнала, например генератор сигнала с линейной частотной модуляцией, соединенный с акустооптическим модулятором света, блок 5 переноса изображения, например две линзы с диафрагмой между ними на фокусном расстоянии от каждой, и фотоприемник 6, например линейку фотодиодов, с устройством 7 его управления, а также блок 8 вычисления минимального значения накаиливаемого сигнала и вычитающее устройство 9.

Выход фотоприемника б соединен с входом блока 8 вычисления минимального значения накапливаемого сигнала и первым входом вычитающего устройства 9, второй вход которого соединен с выходом блока 8. первый выход — c электрическим входом фотоприемника б, а второй выход — с выходом спектроанализатора. Первый, второй и третий выходы синхронизации устройства 7 соединены с входами синхронизации блока 4, блока 8 и устройства 9 соответственно.

Устройство работает следующим образом.

Блок 2 ввода анализируемого сигнала модулирует излучение источника 1, обеспечивая тем самым изменение во времени амплитуды или интенсивности светового потока по закону, определяемому анализируемым сигналом. Блок 3 формирования оптического пучка обеспечивает преобразование формы CBGToBor пучка источника 1 излучения, необходимое для последующей модуляции его в блоке 4 формирования и ввода опорного сигнала, воспроизводящего ядро преобразования Фурье. Блок

5 переноса изображения позволяет перенести изображение светового распределения, являющегося результатом модуляции, на светочувствительную поверхность фотоприемника б, устранив при этом немодулированную составляющую светового потока.

На фотоприемник 6 проецируется оптический сигнал, интенсивность которого

1(хд) = rect (—.) (l,(õ t) +

+ U(t)cos(opipx — ухт+ р (х))), х 1 при Ix! р/2 где rect() 0 при J х > рЛ вЂ” пРЯмо

P угольная функция, учитывающая ограничение пространственной полосы анализа из-за конечных размеров р регистрируемого светового поля; 1О(хд) — информационная составляющая интенсивности света: мир — несущая пространственная частота полезного светового распределения;

) - скорость изменения во времени пространственной частоты; ф (х) — дополнительная фазовая модуляция, появляющаяся при некоторых конкретных реализациях устройства;

U(t) — анализируемый сигнал; х — пространственная координата, вдоль которой происходит измерение; t — время.

В процессе накопления многоэлементным фотоприемником б распределения!(хл) в момент времени, выбранные иэ условия

tp= и Л Т 2nTc (и= 1, 2,..., Tc — время считывания, ЛТ вЂ” время накопления), с помощью устройства 7 управления производят считывание сигнала фотоприемника 6

Яи(х), который поступает на вход блока 8 вычисления минимального значения накапливаемого сигнала. Последний синхронизирован с устройством 7 управления фотоприемника б и к моменту окончания цикла считывания формирует на выходеуровень, соответствующий минимальному из всех уровней, имеющихся в элементах фотоприемника б, С началом цикла записи на первый вход вычитающего устройства 9 поступает сигнал, считывающий вновь с элементов фотоприемника б, а на второй вход — уровень, соответствующий найденному на цикле считывания минимуму, На первом выходе вычитающего устройства 9 формируется разностный сигнал, который поступает на электрический вход фотоприемника 6. Синхросигналы, подаваемые на вычитающееустройство 9 от устройства 7 управления, обеспечивают хранение на время одного такта, необходимое для записи информации по электрическому входу в фотоприемнике

6, и появление на втором выходе результата спектрального анализа через N циклов считывания-записи, Так как время, необходимое для считывания и записи информации в одном элементе фотоприемника, значительно меньше времени накопления, то можно пренебречь

1666966 потерями на этом интервале. Запишем сигнал фотоприемника 6 в момент времени

b,Т

St(x) rect(— ) (Я 1(хд) dt+

P o

ЛТ

f U (t) cos(йр))рх р х Я + о

+ p(х))бх г $1))ин где Яомин — минимальный уровень, определенный на и-м цикле считывания, В конце всего периода накопления Т, сигнал будет иметь вид: х

S(x)= g S,(х) - rect(— ) (J t (x,r)rrrx и =1 р о те

U(r)cos(рр) р x- y xr+ re (x))dr P S,ю ) n — 1

Составитель И.Коновалов

Техред М.Моргентал Корректор H. Гирняк

Редактор Т.Лошкарева

Заказ 2519 Тираж 424 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-Э5, Раушская наб., 4/5

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

При достаточно большом (Ч постоянный уровень, определяемый разностью та N

f o(x t)(- ) ромин снижается, В условиях о n — — 1 ограниченной протяженности линейного участка светосигнальной характеристики фотоприемника это позволяет увеличить энергию светового поля, падающего на фотоприемник 6, что приводит к увеличению амплитуды информационной составляющей. При этом шумы фотоприемника будут суммироваться некогерентно и при увеличении энеогии светового поля в К раз возрастут в К раз, Амплитуда информационно)л составляющей при этом возрастает коге .11v рентно, т, е. в К раэ. При больших значениях

N выходное отношение сигнал-шум приближается к величине, на 6 дБ меньшей динамического диапазона фотопрлемника 6.

Таким образом устройство за счет снижения в процессе накопления постоянного

5 уровня позволяет проводить спектральный анализ с увеличенным отношением сигнал/шум, Формула иэобретeíчл

10 Оптический спектроанализатор с вре менным интегрированием, содержащий последовательно оптически соединенные источник излучения с блоком ввода зналиэируемого сигнала. по электр. ческому

15 входу соединенным с входом спектрсвналиэ".тора, блок формирования оптического пучка, блок формирования и ввода опорно) о сигнала, блок переноса изображения и фотоприемник с устройством его )правления, 20 первый выход синхронизации которого спединен с входом синхронизации блок" формирования и ввода опорного сигнала о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, в него введены блок вы25 числения минимального значения накапливаемого сигнала, соедине)1ный входом с выходом фотоприемника, и вычитающее устройство, первый вход ко) орото соединен с выходом фотоприемника, второ — с выхо30 дом блока вычисления мини "ального значения накапливаемого сигнала, первый выходс электрическим входом фотоприемника, второй — с выходом спектроанализатора, при этом второй и третий выходы синхронизации

35 устройства управления фотоприемника соединены с входами синхро) изации блока вычисления минимального значения накапли ваемого сигнала и вы ч(.так цег yc ) ройства соответственно.