Оптоэлектронное устройство для измерения оптических сигналов

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскид

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 11.0179 (21) 2715216/26-21

{51}M. Кл.3

G 01 R 29/08 с присоединением заявки ¹

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет

{53} УДК 621.317 . 7 (088 . 8) Опубликовано231180 Бюллетень Hо43

Дата опубликования описания 231186

И. Н. Глазков, T. Г. Ковтун, Р. Д. Мухамедяров и В. П. Тлустенко (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (S4) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ

СИГНАЛОВ

1

Изобретение относится к измери-тельной технике и может быть использовано для измерения широкого амплитудного диапазона постоянных или медлен.:o .меняющихся оптических 5 сигналов, имеющих различную спектральную характеристику и степень поляризации .

Известно оптоэлектронное устройство для измерения оптических сигналов, 10 содержащее генератор, интегратор, регистратор, канал измерения, состоящий из последовательно соединенных модулятора, фотоприемника и эмиттерного повторителя, первый ключевой 15 умножитель, соединенный сигнальным входом с выходом канала измерения, управляющим входом — с выходом генератора и входом канала измерения, выход первого ключевого умножителя 20 соединен с первым входом интегратора

51) .

Недостатком известного устройства является низкая помехоустойчивость и чувствительность при измерении по- 25 стоянных и медленно меняющихся опти-. ,ческих сигналов.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и чувствительности устройства цри измерении постоянных или медленно меняющихся оптических сигналов.

Для достижения этой цели в устройство для измерения оптических сигналов, содержащее генератор, интегратор, регистратор, канал измерения, состоящий иэ последовательно соединенных модулятора, фотоприемника и эмиттерного повторителя, первый клю . чевой умножитель, соединенный сигнальным входом с выходом канала измерения, управляющим входом — с выходом генератбра и входом канала измерения, выход первого ключевого умножителя соединен с первым входом интегратора, введены инвертор„ три ключевых умножителя, триггер, счет» чик и блок опорного напряжения, причем выход второго ключевого умножителя подключен к первому входу интегратора, выходы третьего и четвертого ключевых умножителей соединены с вторым входом интегратора, сигнальный вход третьего ключевого умножителя соединен с выходом канала измерения, блок опорного напряжения соединен с сигнальными входами вто- рого и четвертого ключевых умножителей, вход инвертора соединен с

781716 управляющими входами первого и четвертого ключевых умножителей, а выход — с управляющими входами второго и третьего ключевых умножителей, выход триггера подключен ко входу генератора и управляющим входам интегратора и счетчика, сигнальным входом соединенного с выходом генератора, вход триггера соединен с выходом регистратора .

Устройство использует принцип модуляции измеряемого светового потока псевдостохастической последовательностью двоичных командных импульсов с последующей противошумовой корреляционной обработкой . Псевдостохастическая последовательность двоичных 15 импульсов характерна тем, что может принимать только два значения

-единица или ноль, причем изменение знаЧения Может происходить""только в определенные моменты времени, отстоя- Щ щие друг от друга на строго равные интервалы. Эти интервалы можно назвать дискретами. Дискреты, в течение которых псевдостохастическая последовательность двоичных. импульсов принимает значение единицы, можно назвать единичными, остальные же дискреты будут нулевыми.

На фиг. 1 изображена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные дна () граммы, поясняющие работу устройства.

Устройство состоит из генератора

1 псевдостохастической двоичной команды, канала 2 измерения, содержащего оптический модулятор 3, фото- З5 приемник 4 и эмиттерный повторитель

5, коммутатора б, содержащего блок

7 опорного напряжения, включающий в себя источник 8 опорного напряжения и эмиттерный повторитель 9, четыре 4О ключевых умножителя 10-13 и инвертор 14, триггера 15, интегратора 16, счетчика 17 единичных дискретов и регистратора 18.

Работа устройства происходит следу-4 ющим образом.

Генератор 1 вырабатывает псевдостохастическую двоичную команду Ок(т) которая поступает на командные входы оптического модулятора 3 и коммутатора б и на сигнальный вход счетчика

17 единичных дискретов. Измеряемый световой поток фомодулируется в модуляторе 3 и íà его выходе представляет из себя световой сигнал Фс() с прямоугольной огибающей, принимаю- 55 щий два значения, большее из которых соответствует во времени единичному дискрету команды 0х(t) а меньшее нулевому дискрету. Фотоприемник 4 с эмиттерным повторителем 5 на выходе щ осуществляет линейное преобразование светового сигнала Фс(с) в электрический сигнал 0 Ä(t), величина которого пропорциональйая яркости сигнала

Ф. (t), способной изменяться в шйроком диапазоне. Источник 8 опорного напряжения с эмиттерным повторителем

9 на выходе вырабатывает постоянное опорное напряжение 0« причем эмиттерный повторитель 9 полностью идентичен эмиттерному повторителю 5 канала измерения. Величина 0оп может быть отре-. гулирована с целью устранения систематических ошибок. B состав коммутатора 6 входят четыре идентичных ключевых умножителя 10-13 и инвертор 14, включенные таким образом, что через них к дифференциальным входам интегратора 16 подключены соответственно выход канала 2 измерения и выход блока 7 опорного напряжения, причем выход канала 2 измерения будет подключен к инвертирующему входу интегратора 16 во время нулевых дискретов

U)<(t) и к неинвертирующему входу во

Время единичных дискретов. Выход же блока 7 опорного напряжения будет в это время йодключен к тому из дифференциальных входов интегратора 16, который остается свободным . Таким образом, если назвать значения выходного сигнала канала измерения 0 >(t), соответствующие во времени единичному и нулевому дискретам Uz(t),единичным и нулевым значениями, то можно утверждать, что единичные значения

0,, (t) будут проинтегрированы со знаком плюс а нулевые — со знаком минус.

Если число единичных и нулевых дискретов 0 (t) будет равным, то скорость нарастания выходного напряжения 0„(t) интегратора 16 будет пропорциональна разности величин единичного и нулевого значений 0<>(t). При этом внут:ренние шумы канала измерения будут одинаковы во время единичных и нулевых дискретов Ug(t) и на скорости нарастания выходного напряжения 0„(t) интегратора почти не скажутся. Благодаря этому, повышается устойчивость предлагаемого устройства к помехам внутреннего происхожцения и открываются пути повышения его чувствительности . Регистратор 18 представля,ет из себя пороговое устройство, кото.рое сработает, как только выходное напряжение U (t) интегратора 16 достигнет -заранее заданного значения, называемого порогом срабатывания.

При этом -на выходе регистратора 18 появится команда 0 (с) на срыв триггера 15, ранее запущенного поданной извне командой 0„(t) — пуск, обозначающей начало измерения. Выходной сигнал u p(с) триггера 15, принимающий значение "1" в интервале между подачей 0д(t) и 0> (t), разрешает работу генератора 1. Нулевое же значение сигнала U p(t) обнуляет интегратор 16 и счетчик 17 единичных дискретов.

Все единичные дискреты, соответствующие во,времени накоплению энер-. гии на интеграторе, будут подсчитаны

781716 счетчиком единичных дискретов, причем их количество будет обратно пропорционально разности значений светового сигнала Ф (t), соответствующих единичному и нулевому дискретам

U (t). Эта разность и является измеряемым параметром, который можно оценить по показаниям счетчика единичных дискретов в момент окончания измерения фотоприемника 4.

Работу устройства поясняют временные диаграммы (фиг.2). На фиг.2а 10 изображены диаграммы напряжений в случае равенства значений Ф (t), соответствующих единичному и нулевому дискрету U (t), а на фиг. 2б — в случае существенного превышения значений Фс(t), соответствующих единичному дискрету.

На диаграмме 19 изображена форма напряжения U<(t) на выходе генератора 1, на диаграмме 20 — форма светового сигнала Ф (t) на входе фотоприемника 4, на дйаграмме 21 — форма напряжения Uq>o(t)на выходе канала 2 измерения, на диаграмме 22 — форма напряжения UU(t) на выходе интегратора 16; на диаграмме 23 — форма запускающего импульса триггера 15

0П(t) — пуск, на диаграмме 24 — форма срывающего импульса триггера 15

Utp(t) (выход регистратора 18), на диаграмме 25 — форма напряжения на 30 выходе триггера 15 U (t); на диаграмме 26 — последовательность тактовых импульсов в счетчике 17 единичных дискретов, промодулированная поступающим на сигнальный вход счетчи-35

- ка 17 выходным напряжением генератора 1 и привязанная к нему по фазе .

Иэ диаграмм видно, что нарастание напряжения на выходе интегратора пропорционально, а количество единичных 4g дискретов обратно пропорционально разности параметров входного светового сигнала, соответствующих единичному и нулевому дискретам псевдостохастической двоичной команды.

При составлении диаграмм 21 и 22 45 учтено действие автоматической регулировки усиления фотоприемника 4.

В предлагаемом изобретении осуществляется противошумовая корреляционная обработка измеряемого сигнала, И что и позволяет достигнуть повышения помехоустойчивости и чувствительности устройства за счет увеличения отношения сигнал-шум и снижения чувствитель« ности устройства к помехам внутреннего происхождения

Формула изобретения

Оптоэлектронное устройство для измерения оптических сигналов, содержащее генератор, интегратор, регистра-. тор, канал измерения, состоящий иэ последовательно соединенных модулятора, фотоприемника и эмиттериого повторителя, первый ключевой умножитель, соединенный сигнальным входом с выходом канала измерения, управляющим входом — с выходом генератора и входом канала измерения, выход первого ключевого умножителя соединен с первым входом интегратора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и чувствительности устройства при измерении постоянных или медленно меняющихся оптических сигналов, в него введены инвертор, три ключевых умножителя, триггер, счетчик и блок опорного напряжения, причем выход второго ключевого умножителя подключен к первому входу интегратора, выходы третьего и четвертого ключевых умножителей соединены с вторым входом интегратора, сигнальный вход третьего ключевого умножителя соединен с выходом канала измерения, блок опорного напряжения соединен с сигнальными входами второго и четвертого ключевых умножителей, вход инвертора соединен с управляющими входами первого и четвертого ключевых умножителей, а выход — с управляющими входами второго и третьего ключевых умножителей, выход триггера подключен ко входу генератора и управляющим входам интегратора и счетчика, сигнальным входом соединенного с выходом генератора, вход триггера соединен с выходом регистратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9355630, кл. G 06 G 7/52, 1974,