Фазометр

 

Использование: измерительная техника оптического диапазона, измерение угла фазового сдвига. Сущность изобретения: устройство содержит одночастотный лазер, светоделительные пластины 2,4,5,7,8,9 10, оптический двухканальный интерферометр 3, зеркала на пьезокерамике 6,11, 12, фазовый объект 13, блок фазового сдвига 14, поглотители света 15, 16, фотоприемники 17, 18, 24, усилители постоянного тока 19, 20, 23. запоминающие устройства 21, 22, перемножители 25, 26, полосовой фильтр 27, фазовращатель 28, сумматор 29, формирователи 30, 35, триггер 31, делитель частоты 32, генератор счетных импульсов 33, элемент совпадения 34, синхронизатор импульсов 36, счетчик импульсов 37. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 R 25/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4868609/21 (22) 24.09.90 (46) 30.09.92. Бюл, М 36 (71) Винницкий политехнический институт (72) С.H.Ãoðáàòþê и В.Я.Супьян (56) 1. Авторское свидетельство СССР

N 969102, кл. G 01 R 25/00, 1978. (54) ФАЗОМЕТР (57) Использование; измерительная техника оптического диапазона, измерение угла фазового сдвига, Сущность изобретения; устройство содержит одночастотный лазер, Изобретение относится к области измерительнойй техники оптического диапазона и может найти применение для измерения угла фазового сдвига, вносимого прозрачным фазовым объектом в когерентное излучение лазеров, работающих в импульсном режиме.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому фазометру является фазометр (1).

Известный фазометр позволяет расширить скважность исследуемых сигналов, однако обладает низкой точностью измерений, которая обусловлена нестабильностью частоты опорного генератора, за счет нестабильности скорости вращения электродвигателя, что является его существенным недостатком, .Целью изобретения является повышение точности измерения угла фазового сдвига в оптическом диапазоне межДу двумя кратковременными импульсами света.

;Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема предлагаемого фазометра.

„„. Ж„„1765782 А1 светоделительные пластины 2, 4, 5, 7, 8, 9 10, оптический двухканальный интерферометр

3, зеркала на пьезокерамике 6, 11, 12, фазовый объект 13, блок фазового сдвига 14, поглотители света 15, 16, фотоприемники

17, 18, 24, усилители постоянного тока 19, 20, 23, запоминающие устройства 21, 22, перемножители 25, 26, паласовой фильтр

27, фаэовращатель 28, сумматор 29, формирователи 30, 35, триггер 31, делитель частоты 32, генератор счетных импульсов ЗЗ, элемент совпадения 34, синхронизатор импульсов 36, счетчик импульсов 37. 1 ил.

Фазометр содержит одночастотный лазер 1, светоделительную пластину 2, оптический двухканальный интерферометр 3, светоделительные пластины 4 и 5, зеркало на пьезокерамике 6, светоделительные иластины 7 — 10, зеркала на пьезокерамике11 и

12, фазовый объект 13, блок фазового сдвига

14, поглотители света 15 и 16, фотоприемники 17 и 18, усилители постоянного тока 19 и

20, запоминающие устройства 21 и 22, усилитель постоянного тока 23, фотоприемник

24, перемножители 25 и 26, полосовой фильтр 27, фазовращатель 28, сумматор 29, формирователь 30, триггер 31, делитель частоты 32, генератор счетных импульсов 33, элемент совпадений 34, формирователь 35, синхронизатор импульсов 36 и счетчик импульсов 37.

Фазометр работает следующим образом.

Излучение лазера 1 делится светоделительной пластиной 2 на два равных по интенсивности световых потока, один из которых, пройдя входное окно двухканального оптического интерферометра 3, попа1765782

10 (3) (4) 15

25

t

О =U< е,сов р, Uz=-Uz e sin p, (1) (2) дает на светоделительную пластину 4, которая также делит его на два равных по интенсивности световых потока и направляет их в сигнальный и опорный каналы. В опорном канале пучок света проходит путь до светоделительной пластины 5 и, отражаясь от пьезокерамического зеркала 6, поступает на пластину 7 пространственного совмещения пучков и пластину 8. В сигнальном канале интерферометра пучок отражается от светоделительной пластины 9, поступает на зеркало 11, которое направляет отраженный .пучок по пути падающего, и далее поступает на пластину 7 пространственного совмещения пучков. В сигнальном канале интерферометра пучок, отражаясь от светоделительной пластины 10 и зеркала 12, проходит через фазовый объект 13 дважды и далее направляется на пластину 8 пространственного совмещения пучков, Управление пьезокерамическими зеркалами

6 и 12 осуществляется блоком фазового сдвига 14 так, что создается 90 -й фазовый набег в сигнальном канале интерферометра. На пластинах 7 и 8 интерферометра 3 происходит пространственное совмещение пучков сигнального и опорного каналов, а нерабочие пучки поглощаются поглотителями 15 и 16, Суммарные световые потоки поступают на фотоприемники 17 и 18 соответственно, на которых осуществляется фотосмещение оптических спектров. Спектр электрических выходных сигналов фотоприемников, получаемых в результате фотосмещения. содержит как переменную, так и постоянную составляющую, Ввиду инерционности фото- приемников 17 и 18 переменные составляющие токов отфильтровываются, Амплитудное значение уровней выходныхх видеоимпульсов фотоприемников 17 и 18 изменяется пропорционально U> = cos р и

U2= sin p, гдеp — и@теряемое значение угла фазового сдвига. Через усилители постоянного тока 19 и 20 импульсы подаются на входы запоминающих устройств 21 и 22, которые запоминают амплитуды импульсов до прихода импульса сброса с выхода усилителя постоянного тока 23, подключенного к выходу фотоприемника 24, входом оптически связанного со светоделительной пластиной 2. С учетом постоянных времени разряда конденсаторов запоминающих устройств 21 и 22 их выходные напряжения равны

Выходные напряжения (1) и (2) поступают на первые входы перемножителей 25 и

26. На второй вход перемножителя 25 поступает сигнал с выхода генератора счетных импульсов 33 через делитель частоты 32 и полосовой фильтр 27. Этот же сигнал, сдвинутый фазовращателем 28 на л/2, поступает на второй вход перемножителя 26.

В результате перемножения этих напряжений, выходные напряжения перемножителей имеют вид

0з = 0з е <,cos Qt cos р, U4 = -U4 е з1п Qt sin p, где Q — круговая частота выходного сигнала делителя частоты 32, Напряжения (3) и (4) подаются на сумматор 29, Выходное напряжение сумматора 29 несет информацию об исходном значении фазового сдвига р, перенесенного без изменений на частоту И:

Us= Ug е

Выходной импульс триггера 31 поступает на первый вход элемента совпадения 34 и открывает его, для прохождения счетных импульсов с выхода генератора 33 на вход счетчика импульсов 37. Коэффициент деления делителя частоты 32 выбран равным

360 10", где n = 1, 2, З„„Кроме того, выходной сигнал делителя частоты 32 поступает на второй вход синхронизатора импульсов

36, При этом в счетчик импульсов 37 поступает количество импульсов, соответствующее измеряемому значению фазового сдвига, выраженное в градусной мере.

В начале измерения прОизводится установка нулевого состояния счетчика импульсов 37 путем подачи на его второй вход сигнала, сформированного из светового пучка, отраженного от светоделительной пластины 2 с помощью третьего фотоприемника 24, усилителя постоянного тока 23 и второго формирователя импульсов 35. При этом длительность сформированного импульса должна быть не менее времени пере1765782 ходных процессов в фазометре. По концу сформированного импульса на выходе синхронизатора импульсов 36 формируется сигнал, синхронизированный с сигналом делителя частоты 32 и равный длительности

его периода. Этим сигналом дается разрешение на работу элемента совпадения 34.

Сравнительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что введение ряда новых функциональных узлов обеспечивает синхронность их функционирования и позволяет повыить точность измерения угла фазового сдвига оптического излучения. Это преимущество достигается в предложенном фазометре за счет повышения стабильности его работы функциональных узлов, так как полностью исключены электромеханические преобразователи, свойственные прототипу.

Так, относительная погрешность прототипа составляет не менее 4-3%, а предложенного фазометра — не более +1,5%. Таким образом обеспечивается повышение точности измерений не менее чем в два раза.

Формула изобретения

Фазометр, содержащий одночастотный лазер, оптический двухканальный интерферометр, второй и третий входы которого соединены с выходами блока фазового сдвига, вход которого соединен с первым выходом оптического интерферометра, второй и третий выходы которого через первый и второй усилители постоянного тока соответственно подключены к первым входам первого и второго запоминающих устройств, фазовращатель, первый формирователь, выход которого через триггер подключен к первому входу элемента совпадения, второй вход ко10

35 торого соединен с выходом генератора счетных импульсов, а выход элемента совпадения подключен к входу счетчика импульсов, второй формирователь и третий усилитель постоянноготока, отл и ча ю-щи йс я тем, что, с целью повышения точности измерения угла фазового сдвига в оптическом диапазоне между двумя кратковременными импульсами света, в него дополнительно введены два перемножителя, полосовой фильтр, сумматор, делитель частоты, третий фотоприемник, синхронизатор импульсов и светоделительная пластина, оптически связанная с выходом одночастотного лазера, первым входом двухканального интерферометра и входом третьего фотоприемника, первый и второй перемножители первыми входами подключены к выходам первого и второго запоминающих устройств, второй вход первого перемножителя подключен к выходу фазовращателя, а второй вход второго перемножителя — к входу фазовращателя и к выходу полосового фильтра, выходы перемножителя подключены к входам суМматора, выход которого подключен к входу первого формирователя, вход делителя частоты подключен к выходу генератора счетных импульсов, а выход — к входу полосового фильтра и второму входутриггера, выход третьего фотоприемника через третий усилитель постоянного тока подключен к вторым входам первого и второго запоминающих устройств и к входу второго формирователя, выход которого подключен к второму входу счетчика импульсов и к входу синхронизатора импульсов, втррой вход которого подключен к выходу делителя частоты, а выход — к третьему входу элемента совпадения.