Способ фазового детектирования

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

290398

toes СоветскиХ

Социалистических

Респтблик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 05Х1.1969 (№ 1334683. 18-10) с присоединением заявки №

Р1риоритет.ЧГ1К Н 03d 3/22

Комитет ао делам изобретений и открытий ари Савете Министрав

СССР

Опубликовано 22.Х11,1970, Бюллетень № 2 за 1971

Дата опубликования описания 4.111.1971

УДК 621.376.4 (088.8) Авторы изобретения

Ю. В. Попов И. А. Кобак А. Ф. Шилов и В. Ь Болконский

Заявитель м 1 JlIL °

СПОСОБ ФАЗОВОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ

C 13 II C3 ф а з

Изобретение относится к области фазометрии и может быть использовано в фазовых светодальиомерах.

Измерение разности фаз между опорным и принимаемым сигналом, прошедшим измеряемое расстояние, в светодальномерах с использоваш1см сверхвысоких частот (СВЧ) в основном производят но нулевым точкам сигнала на выходе фотоприемной системы (экстремальный метод). В этих точках разность фаз опорного и принимаемого сигналов сос1авляст 0,2л, 4 т и т. д. Точность фиксации нулсвых точек этим снособом не является высокой, так как крутизна изменения сигнала на выходе фотоприемной системы в этих точках не велика.

Для повышения точности фиксации пулевыv точек прибегают к коммутации фазы опорного электрического сигнала в приемном тракте дальномера или коммутации фазы хlодулированного излучения на 180 в передающей части дальномера. Такая коммутация фазы приводит к появлению нулевых точек прl разности фаз, равной n —" (п=-1,3,5 ...), что дает более высокую точность фиксации нулевых точек из-за увеличения крутизны изменения сигнала в этих точках.

Целью изобретения является повышение точности измсрегн!я разности фаз опорного и принимаемого сигналов в фазовом свстодальномере, работающем без коммутатора фазы, в котором в качестве фазового детектора используется фотоэлектрический усилитсл!

5 (ФЭУ) с внешним модулирующим устройством (наиример, СВЧ-резонатором).

Это осуществляется благодаря тому, гго опорное высокочастотное напряжение иод иот непрерывно г!а фо! Оэ11 .кт131I ILск1!й llpllc31иик

10 и дополнительно модулиру1от низко1асто1иым сигналом напряжение для высокочастотнои модуляции источника излучения.

На фиг. 1 изображе1ьа блок-схема свето15 дальномера, рсализу1ощсго предлагаемый способ; а фиг. 2 — 3lllopl.l сигнала на 131.1ходс фотоэлектрического усил1ггсля, где: а —.:1нГЕНСИвНОСгь с13стОвагО иотОКа, ИаД11он!ая на фотокатод фогоирисмника, при

100% -пой глубине модуляции; б — фототок 13а выходе ФЭУ ири отсутствии

СВЧ опорного напряжения; в — фототок, соотвстствующии сдвигу фаз <1. ме>кду опорным и принимаемым сигналом, равным 0;

:. — фототок, соответствующий сдвигу фаз

2 д — фототок, соотвстству1ощиЙ

30 !Р =.т.

290398

Светодальномер содержит источник излучения 1, модулятор излучения 2, источник 8 постоянного напряжения, генератор 4 низкой частоты, генератор СВЧ 5, управляемый полупроводниковый или ферритовый СВЧ-вептп Ib б, оптическую приемную систему 7, отра>«аТе 1 света 8, фотоприемнпк (ФЭУ с внешним модулпрующим устройством) 9, у илитель низкой частоты 10, спнхродетектор 11 с индикатором, оптическую передающую систему 12.

К модулятору излучения 2 или к самому источнику 1 (в случае использования полупроводникового излучателя) подводится модулированное низкочасто»ным сигналом от генератора НЧ 4 напряжение СВЧ, а к фотоприемнику 9 подводится непрерывное опорное СВс1-напряжение.

В качестве фотоприемш<п<а используется

ФЭУ, работающий в режиме фазового дегектированпя. Работа ФЭУ в таком реи<име возмо>кна в том случае, сслп опорное напряжение, воздействуя IIa фототок ФЭУ, приводит

1; добавочной модуляции фототока.

Для подведения опорного напряжения в диапазоне к УКВ используется внешнее модулирующее устройство в виде шайбы, се»кп, пслудиска н т. д., укрепляемой па торцевой поверхности колбы ФЭУ.

B СВЧ-диапазоне для этой цели используют

СВЧ-резонаторы, таким образом, чтобы электрическое поле этого резонатора, к которому подводится опорный СВЧ-сигпяг1, пронизывало фотокатод. В этом случае происходит добавочная модуляция фоготока, и средний фототок на выходе ФЭУ будет определяться следующим выражением:

I,1„= — (1+0,64m соэ y), где 1,1,., — средний фототок при отсутствии электрического поля во внешнем модулирующем устройстве (прп отсутствии опорного сигнала); т — коэффициент глубины модуляц 1и излучения;

<р — сдвиг фаз между опорным 11 Ilрпнимаемым сигналом.

Рассмотрим работу фазового детектора, когда излучение модулпровано пмпульсямп

СВЧ.

В этом случае излучение источника меи<ду импульсами СВЧ-напряжения постоянно определяется рабочей точкой модулятора 11злученпя плп рабочей точкой самого источника (при работе с полупроводниковым источником излучения), а средний фототок ФЭУ

10 равен —, так как между импульсами СВЧ-г.»12 бина модуляции равна нулю (nI=0).

Этот средний фототок ФЭУ определяет некоторый отсчегпый уровень.

Модулированное излучение источника, пройдя измеряемое расстояние, возвращается и попадает на фотокатод приемника, 5

При одновременном воздействии на фотокатод опорного и модулированного излучения средний фототок на выходе ФЭУ зависит от соотношения фаз между сигналами.

При изменении разности фаз происходит одинаковое увеличение плп уменьшение сшнала на выходе ФЭУ относительно отсчетного

1о учовня равного —. Таким образом из вь(р 1 1

2 жепия (1) и опор сигналов на выходе ФЭУ (см. фпг. 2) следует, что пулевая точка соответствует наибольшей крутизне пзменешгя сигнала прп paallocTII фяз равной n —""

2 (n = 1 3,5 ...), а это позволяет производи гь фиксацию пулевь1х точек с высокой то 1 постыл.

При такой схеме питания модулятора изл чснпя (или самого источника пзлучеш1я) фотоприемника то шость фиксации разности фаз IIc зависIIT ОГ cÃßÎIlëüIIÎ<òII Раоочей

I

Кроме того, такая схема построеш1я приех1ного тракта предотвращает появление ло 1<ных сигналов от внешних засветок, так кяк внешние засветки являются постоянными приводят также только к смещению отсчетного уровня, а регистрация фазового сдвига происходит по низкочастотному сигналу, который содержится в модулированном свете.

В случае подачи на модулятор излучения и на фотоприемник непрерывного СВЧ-сигнала регистрация фазового сигнала производилясь бы по экстремальному методу.

В качестве модулятора СВЧ-напряжения может служить Ilîëóïðоводниковый или ферритовый вен п1ль. Усилитель низкой частоты

10 необходим для усиления низкочастотной составляющей продстектпроваппого излучения. Сннхродетектор 11 применяется для уве;1ичения точности фазовых измерений. Низкочастотный генератор 4 управляет вентилем и является источником опорного напряжеш1я синхродетектора.

По предлагаемой блок-схеме была собрана установка, на которой произведена оцеш<я точности измерения фиксированного сдвига фаз кратного нечетному числу — . Погреш2 ность измерения фиксированного сдвига фаз, при частоте модуляции 600 Мгц Ile превышала 3 у1л. мин.

Предмет изобретения

Способ фазового детектирования в фотоэлектрическомм приемнике, работающем в режиме гетеродинироваппя по фотокатоду, От290398

Фог!

Эф 7.7ф 7

Фиг 2

Составитель Г. Н. Кучеренко

Редактор С. И. Хейфиц Текред А. А. Камышникова Корректор О. Б. Тюрина

Издат. № 137 Заказ 528j13 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4, 5

Типография, rtp. Сапунова, „

1ичаюи ийся тем, что, с целью повышения точности измерения разности фаз между опорным и принимаемым сигналами, опорное Высокочастотное напряжение подают непрерыгОВ2

-7Ф но на фотоэлектрический приемник и дополнительно модулируют низкочастотным сипилом напряжение для высокочастотной модуляции источника излучения,