Ага актиеболаг»(швеция)

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПАТЕНТУ

Союз Советских

Социалистических

Республик л

1,, Зависимый от патента №

Заявлено 06,VI.1969 (№ 1338156/18-10) 1/48

/39

Приоритет 07.VI.1968, № 7468/68, Швеция

Опубликовано 24.Ч.1972. Бюллетень № 17

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

5.517

Дата опубликования описания 17Х1.1972

Автор изобретения

Иностранец

Карл-Эрик Грандквист (Швеция) Иностранная фирма

«АГА АКТИЕБОЛАГ» (Швеция) Заявитель

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО КОЭФФИЦИЕНТА

llPEJlOMJI EH ИЯ

Изобретение on-.îñèòñÿ .к способам определения среднеинтегральиого показателя,преломления среды, например, в первую очередь, атмосферы, вдоль линии. Такой показатель преломления необходимо знать .при измерениях расстояний с помощью электромагнитных .волн, в частности, с помощью электроо птических дальномеров.

Известны способы определен ия среднего коэффициента преломления путем измерения разности фаз модулированных по амплитуде световых потоков двух различных цветов, прошедших,по одному и тому же пути в исследуемой среде.

Для .повышения точности определения по ,предлагаемому способу световые потоки двух различных, цветов, попеременно модулируют двумя различными частотами и разность фаз измеряют для каждой лары частот модуляции.

Таким образом для каждого из двух возможных состояний получают сигналы различных полярностей, что обеспечивает удвоение чувствительности способа определения среднеинтегрального показателя преломления исследуемой среды.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устройства для реализации описываемого способа; на фиг. 2 — схема приемной ветви устройства; на фиг. 3 — модифицированный вариант передатчика.

Передающая ветвь 1 устройства включает в себя первый источник 1, вырабатывающий

5 луч К красного цвета, на вход 2 которого может быть подан сигнал для модуляции амплитуды светового пучка.

Второй подобный источник 8, вырабатывающий луч Г голубого цвета, имеет модуляцп1о онный вход 4. Эти два луча сливаются в один световой сигнал, который направляется и дальнему концу линии, где установлен рефлектор, возвращающий этот сигнал к приемнику.

15 В передающей ветви 1 размещены первый

5 и второй б генераторы.

Между генераторами и источниками устаповлсн двухполюсный на два направления переключатель 7. В одном из положений пере2р ключателя генератор 5 соединяется с входом

2, а генератор б — с входом 4, а в другом положении генератор 5 соединяется с входом 4, а генератор б — с входом 2.

Этот переключатель периодически приво2ч дится в действие блоком 8 управления так, что каждый источник попеременно модулируется то одной, то другой частотами модуляции. Блок 8 может работать с относительно низкой частотой, например 10 гц, (частоты 1 1 зп и j> имеют пооялок 30 МГц).

340211 (о) 45 гз — 1а(1 + Nà) Гетеродинирование ча стот fI и f> на приемнике,приводит к появлению сигнала с разностной частотой fI — fz и фазой ср — ср . 50 — — (f, — f. + fiNi — fë.N ) (3) о

Переброс переключателя 7 в другое положение эквивалентен перемене цвета сигналов 55 с частотами fi и f, что означает новое значение (новую величину) ср, — ср разности фаз, получаемой из уравнения (3) путем взаимозамены NI и N .

,— .= ",(f,— f.+f,N.— f,N,) (4) "

Если переключатель перебрасывается из одного, положения в другое, детектор 11 покажет изменение выходного значения, кото- 65

Приемная ветвь II включает в себя фотоумножитель .9, который принимаепся К и Г на фотокатод и усиливает принятый сигнал известным способом. Из-за нелинейности фотоумножителя:-9 происходит гетеродинирование, приводящее к появлению разностной частоты fI — f, которая выделяется фильтром 10 и подается на фазовый детектор 11. Процесс гетеродинирования дает компоненту частоты (fI — f>), имеющую фазу ср и ср>, где срс и ср — 10 фазы, принятых сигналов частот fI и f> соответственно. IpI — ср,представляет разность в задержке фазы для двух цветов на .пути сигнала и измеряется фазовым детектором 11, в качестве которого может быть использован, 15 например, хорошо известный фазовый дискриминатор ФОСТЕРА — СИЛИ.

Действие переключателя 7 заставляет частоты, .приходящие на фотоумножитель 9, иметь разноименные цвета, и соответствую- 20 щая разность фаз ср — ср, следовательно, действует на фазовый детектор 11 со знаком, противоположным ср — ср, создавая прямоугольную форму сигнала, как показано нз фиг. 1. Амплитуда этой прямоугольной волны 25

RW представляет собой разность между,первой разностью фаз ср — ср, соответствующей одному положению переключателя 7, и второй разностью фаз ср — ср q, соответствующей другому положению этого переключателя. 30

Для индикации амплитуды предусмотрен измерительный прибор 12.

Допустим, что коэффициент преломления имеет вид 1+ N, где N —,поправочный члеч, который имеет порядок 3 10 4 и зависит от 35 температуры и давления атмооферы на пути сигнала. Значения N для указанных двух цветов будут обозначаться NI и N . При скорости, равной Со (1 + N), получим следующие выражения для фазовых задержек и для двух 40 частот fI и f по прохождении расстояния D: .f,(1+ N,), (1) рое является разностью между двумя значениями уравнений (3) и (4): (р, — р,) — (р, — р,) = (f, + f*)(N.— У,), (5), с, Если переключение периодическое, напряжение на выходе детектора 11 колеблется между одним и другим значениями от одного периода к другому, приводя к,прямоугольной волне, амплитуда которой представляет разность в соответствии с уравнением (5) и обнаруживается на измерительном приборе 12.

Из уравнения (5) следует, что это значение пропорционально (Л вЂ” N>). N — функция давления и температуры, которая может быть выражена следующим образом;

N = Л)оа, (6) где а — фактор, зависимый от температуры и давления, а NI> — значение N при стандартных (обычных) условиях давления и температуры. Обозначая через No, и No, значения

Фо для указанных двух цветов, получаем

Л, — Л, = (Л о, — Л о,. ) а, (7) откуда можно определить а, если известно значение NI — Л >. В уравнении (5) удвоено измеренное значение, которое, получается благодаря процессу переключения. Без процесса переключения и при использовании только одной частоты .модуляции f была бы получена разность фаз " — /", соответствующая уравнению (3):

„ir „п

) 1 Й с г — (N N )f

Сoo

Дальнейшее улучшение достигается введением устройства 18 задержки. Если устройство 18 настроено так, что компенсирует различие в задержке двумя цветами, два сигнала будут иметь одинаковую фазу .по достижении .приемника. Это значит, что устройство

18 регулируется до тех пор, .пока амплитуда не упадет до нуля, а измерительный, прибор

12 используется лишь как нулевой прибор.

В приемной ветви 11 (фиг. 2) имеется устройство 14 задержки для выравнивания задержки двух цветов. Эта ветвь включает в себя оптическую систему lá любого известного типа. Система 15 разделяет принятый световой сигнал на два луча, которые пропускаются через голубой и,красный фильтры 16 и

17, дающие одноцветные сигналы Г и К, которые,подаются на фотоумножитель 9. Частоты, модулирующие эти сигналы, имеют значения приблизительно 30000 и 30001 кгпв. Выходной сигнал от фотоумножителя 9 попадает на фильтр 10, который,пропускает через себя толью требуемую гетеродинную частоту

1 кгпв, подаваемую на фазовый детектор 11.

Выходной сигнал от детектора ll,ïîñòóïàåò на фильтр 18 низких частот, и компонента постоянного тока, пропускаемая фильтром

18, управляет дополнительным генератором

340211

19, эталонное колебание которого подается на детектор. Выходной сигнал от детектора 11 также поступает на полосовой фильтр 20, настроенный на частоту 10 ги, на которой работает переключатель 7 на передатчике. Выход фильтра 20 соединен с измерительным прибором 12.

Устройство 14 регулируется, пока измерительный прибор 12 не покажет ноль. Это значит, что красный и,голубой сигналы имеют одну и ту же фазу по достижении приемника, и устройство .представляет разность фаз между двумя цветами на,пересекаемом ,пути. Приемник (фиг. 2) может б ыть или встроен в тот же блок, .где находится передатчик, или выполнен .в виде отдельного блока, помещенного на дальнем конце пути сигнала.

Источник 1 включает в себя излучатель 21 для создания луча красного цвета, проходящий через световой модулятор 22, куда подается модулирующий сигнал от усилителя

28. Красный луч расщепляется па два луча, один из которых передается, а другой — поступает на фотоэлемент 24. Источник 8 также включает в себя излучатель 25, световой модулятор 2б и усилитель 27 и создает голубой луч, который расщепляется на два луча, один из которых передается, а другой проходит через устройство, задержки 28 на фотоэлемент 24. Выходной сигнал с последнего подается на один вход фазового детектора 29, выход которого соединен с измерительным прибором 80. Второй вход детектора 29 соединен с выходом смесителя 81, имеющего два входа, соединенных с выходами генераторов

5 и б.

Переключатель и блок 8 управления работают так, как описано ранее.

Принцип работы передатчика на фиг. 3 соответствует принципу работы передатчика на фиг. 1, но имеет различие в измерении разности фаз при отсутствии идеального балан5 са между и сточниками 1 и 8. Таская,разбалансировка возникает, например, в том случае, если задержки в усилителях 28 и 27 не совсем одинаковые для указанных двух частот модуляции. Если эту разбалансировку не

10 ликвидировать, она вызывает разность фаз в сигналах уже при их выходе из передатчика.

Эту разность фаз можно измерить с помощью приемника,;помещенного непосредственно в точке передачи. Такой приемник будет пока15 зывать значение, соответствующее исходной разности .фаз.

Блоки 24, 28, 29, 80 и 81 создают дополнительный приемник, встроенный в передатчик.

20 Фотоэлемент 24 работает как фотоумножитель 9, гетеродинируя два цветных сигнала, подаваемых на него, и дает на выходе сигнал с частотой 1 кги. Эталонное колебание фазовый детектор 29 полу ает от смесителя 81, 25

Предмет изобретения

Способ определения среднего коэффнцнен30 та преломления путем измерения разности фаз модулированных,по амплитуде световых потоков двух различных цветов,,прошедших по одному и тому же .пути в исследуемой среде, отличающийся тем, что, с целью повыше35 ния точности определения, световые .потоки двух различных цветов по переменно модулируют двумя различными частотами и разность фаз измеряют для каждой пары частот модуляции.

340211 I гСоставитель 10. Ферштман

Текред А. Камышникова Корректор Е. Зимина

Редактор С. Хейфиц

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ IS04/11 Изд. ¹ 779 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров ССС?

Москва, Ж-35, Раушская паб., д. 4, 5