Измеритель времени запаздывания сигнала в фотоприемниках

 

К. Д. Абрамов, А. С. Василенко и Е. С. Kqmqnwit

Ц г, 1

3 (72) Авторы изобретения (?Ф) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ВРЕМЕНИ ЗАПАЗ,ЦЫВАНИЯ

СИГНАЛА В ФОТОПРИ.ЕМНИКАХ

Изобретение относится к измерениям, связанным с определением временных параметров фотоэлектрсжных устройств, 1 и может быть использовано в контрольно-измерительной технике.

Известно устройство, предназначенное для измерения времени задержки сигнала в фотоприемнике, содеркашее усилитель с подключенным к его выходу частотомером и последовательно включенные источник света, оптический модулятор, оптическую линию задержки, фотоприемник и аттенюатор, вход усилителя соединен с выходом аттенюатора, его выход — с оптическим модулятором (1)

Недостатком такого устройства является низкая помехозашишенность и точность измерений.

Наиболее близким по технической сушности к данному измерителю являет ся устройство для измерения времени запаздывания сигнала в фотоприемниках, содержашее последовательно включенные источник света, сштический модулятор, 2 оптическую линию задщ0кви, Фотопрнем»» ник, аттенюатор, первый балансный смеситать; ширюкополосный yclgarlwlh u второй балансный смеситепь, выход коS торого соединен с электрическим входом ожическоФо модулятора. Кроме того, устройство содержит высокочастотный генератор, выход которого соединен одновременно со вторыми входами смесителей (23 .

Недостатком этско устройства является такая помехозашишениость saregh

ersae широкой полосы нропускании каза банкй, что nyasogyrr к сзаисееао тсниоо. ти измерений» Низкая точность иимбре»» югй в устройстве обусловлена также

» ю ки сш нала в оптическом модутиегоре и

s оптической линии задержки.

Беш изобретении - повынекие помо хоэашишаивсти устройства и точностям измеряй.

М8247 ф

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее высокочастс гный генератор и последовательно включенные источник света, оптический модулятор, оптическую линию задержки 3 и фотоприемннк, последовательно соединенные первый балансный смеситель, широкополосный усшитель и второй балансный смеситель, входы высокой частоты смесителей подключены к выходу высокочастотного генератора, введены включенный между выходом фотоприемника и входом первого балансного смесителя узкополосный фильтр, опорный

И генератор, генератор линейно изменяющегося напряжения, фазовый детектор, фильтр нцжних частот, узкополосный усилитель, ключ, сумматор и блок управления, причем выходы узкопалосного.усилителя подключены соответственно к одному нэ входов оптического модулятора н к первому входу фазового детектора, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, а выход через

23 фильтр нюкннх.частот с первым входом сумматора и управлякмцим входом ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора линейно нэменяккцегося напряжения, à выход к второму входу сумматора, выход которого через

ЗФ блок управления подключен к управляющему входу высокочастотного генератора, выход второго балансного смесителя соединен со входом узкополосного усилителя. 3S

На чертеже представлена функпиональ ная схеме устройства.

Устройство содержит источник 1 света, например, оптический квантовый генератор, излучение которого происходят через оптический модулятор 2 и поступает через оптическую линию 3 за- держки на фотоприемник 4, время задержки сигнала в котором подлежит измерению. С выхода фотоприемника 4

45 сигнал через узкополосный фильтр 5 поступает на вход первого одкополосного башдсного смесителя 6, выход которого соединен со входом широкополосного усилителя 7, выход которого подключен к входу второго балаисного смесителя 8, с выхода которого сигнал поступает на вход yeKceanocaoro усилителя 9, выход которого соединен с одним из входов оптического модулятора 2, выход уснли;теля 9 подюпочен также к первому входу фазового детектора. 10, к второму входу которого подсоединен опорный генератор l l. Выход фазового детектора

10 через фильтр 12 никннх частот соединен с входом сумматора 13, генератор

14 линейно иэменяккцегося напряжения, выход которого подключен через электронный ключ 15 к второму входу сумматора

13. Управляющий вход электронного ключа 15 соединен с выходом фильтра

12 нижних частот, выход сумматора 13 через блок 16 управления подключен к управляющему входу перестраиваемого высокочастотного генератора 17, выход генератора 17 соединен с частотомевом 18.

Устройство работает следующим образом.

Последовательно соединенные фото, приемник 4, узкополосный %1льтр 5, первый смеситель 6, широкополосный усилитель 7, второй смеситель S и усилитель

9 образуют измерительную автоколебательную систему с эапаздываюшей обратной связью, замыкаемой лучем оптического квантового генератора 1, проходящим через оптический модулятор 2 и оптическую линию задержки 3 и попадающим на фотопрнемник 4. Частота настройки узкополосного усилителя 9 совпадает с частотой колебаний опорного генератора 11. Пусть в начальный момент в автоколебатепьной системе, образованной последовательно соединенными оптическим модулятором 2, оптической линией задержки 3, фотоприемником

4, узкополосным фильтром 5, первым смесителем 6, широкополосным усилителем 7, вторым смесителем 8 и усилителем 9, автокопебания отсутствуют и на вход фазового детектора 10 с выхо;да усюятеля 9 сигнал не поступает. В этом случае с г я ератора 14 линейно изменяющегося напряжения через электронный ключ 15, который находится в открытом состо п ии, поступает сигнал управления на вход сумматора 13. На другой вход сумматора 1-3 в это время сигнал не поступает, так как в измеритепьной автоколебательной системе ав-токолебания отсутствуют и на выходе фазового детктора 10- сигнала нет. Следовательно, на выходе сумматора 13 будет сигнал с линейно изменяккцимся напряжением. Этот ап нал поступает на блок 16 управления, который, будучи подсоединен к высокочастотному генератору 17, изменяет частоту этого генератора or минимального значения щ(В сторону ее увеличения. Это 1Ipo

47 6 где Го„- аппаратурное время задержки сап папа в оптическом модуля. торе 2 и в оптической лняп«

3 задержки:

7; - время задержки сягнала в фотоприемнике 4;

Cy g — время задержки сигнала в широкополосном усилителе 7) уд- пре кип«вяйируюпп«х усилите лях 7и 9И f a, щщин. вертировании фазы в одном из усилителей.

Узкополосный.усилитель 9 и фшьтр 5 настроены на резонансную частоту Шо, поэтому фазовый сдвиг сигнала в этих цепях равен нулю и на условие баланса .. фаз не влияет. Учитывая, чтоЯ Щ- «Ъ условие баланса фаз мона«о представи«ь

s виде уравнения,, оТап Е >++< o ® > Üý

Если резонансный усилитель 9 настрое«« ва частОту « о =

ФОП+Тзэ и частота колебаний опорного генератора

11 равна U)o то как следует из урав««еиня (2), частота колебаний перестраивае мого генератора 17 установится равно1, 6 < п

О СЗЭ

Измеряя частоту колебаний на выходе перестраиваемого генератора 17 с по мощью частотомера 18, мома«о опреде- пить величину измеряемого времени за паз««ывания сигнала в фотоприемнике 4.

Прн изменении вр жени задержки сигналов в фотощаемнике 4 на вели«ииу ф C происходит изменение фазовм о сдвига сигнала на выходе ф(тощиечпаика

4 HB величину " о не что пРнведвт к изменению частоты автоколебаний на выходе усилителя 9. На выходе фазового детеггора 10 появится управляющее напряжение, поступающее через фяплр

12 нижних частот и сумматор 13 иа блок 16 управле«п«я. При этом частота колеба«п«й генератора 17 будет изме ниться таким образом, что частота авто« колебаний на выходе усзщитаа«я 9 будет

В нению частоты капеба«п«й перестраивае-мого генератора 17, регистрируемому частотомером 18 можно 5KTb о ве«п«чине изменена измеряемого рассто«щи

5 М82 исходит до тех пор, пока в измерительной автоколебательной системе, образо ванной последовательно соеднненныья оптическим модулятором 2, оптической линией 3 задержки, фотоприемником 4, 5 узкополосным фап тром 5, первым смесителем б, широкополосным усилителем 7, вторым смесителем 8 и узкополосным усилителем 9, не воэбудятся автоколебания, модулируюшне оптическое излучение, замыкающее цепь обратной свяж.

Автоколебання в измерительной автоколебательной системе возбуждаются щи условии выполнения баланса амплитуд, обеспечиваемого прн достаточно высо- М ком значении коэффициентов усиления усилителей 7 и 9. Ops этом режим работы смесителей выбран таким образом, что на выходе первого смесителя 6 . существуют колебания с частотой R = 20 е= (gp Ф где Юр - частота сигнала на выходе узкополосного усилителя 9; Ф2- частота сигнала на выходе перестранваемого высокочастотного генератора 17. 25

На выходе второго смесителя 8 в

I это время выделяются KQHe6BHESI с часто той ®py = Я. + Юд., В момент soa иикновения автоколебаний частота сигна««а на выходе усилителя 9 может и

Re быть в точности равной частоте настройки Юо этого усилителя. B этом случае на выходе фазового детектора

10 появляется управляюший сигнал, поступаммций через фшьтр 12 ним(них частот

««в вход управления электронного ключа

3,5 и на вход сумматора 13. Это прн«ю-

ger к закрыванию цепи прохождения сза на««а с генератора 14 линейно изменяю«церося напряжения, и на выходе сумматора

13 появляется напряжен«е, пропорцио нальное величине расстройки частоты автоколебаний UO относительно резонансной частоты (Юо уснлигеля 9. Под воздействием этого напряжения частота перестраиваемого генератора 17 устанавливается такой, что на выходе ycansтеля 9 существуют колебания с частотой, равной частоте его настройки Во..

SO

В установившемся режиме значение частоты перестранваемого генератора 17

O)g зависит от величины времени запаэ««ываюм сигнала в фотоприемнике Ч. ф и может быть определено из условия бапанса фаз.

И аф „тС „)+асс

Погрешность измержия рреме«п«запаз@ вании c@t нала в фотск@и«емиике 4 z =Гф

ell Фл

938 с помошью данного устройства опредепя ется из выражения

I где Оса - среднеквадратическое значение погрешности определения частоты перестраиваемого генератора 17, определяемое в основном. среднеквадратичес«10 ким значением фцуктуаций частоты этого генератора в силу высокой точности измерения частоты с помощью совремжных частотомеров

5(в g *=8 /д и*= ОЬ!С - крутизна зависи- 15 мости частоты колеоаннй перестраиваемого генератора от величины времени запаздывания Бф, определяемой выра,жением (4). При относительной нестабильности частоты колебаний ) (Кс6 N< 1О погрешность измерения времени запаздывания мафр определяется выражением Гаким образом, данное устройство позволяет повысить точность измерения времени запаздывания сигнала в фотоприемниках, так как сужение полосы пропускания в измерительной автоколебательной системе приводиг к увепйчению ее помехозашищенности и к повышению стабильности частоты автоколебаний.

При выборе частот опорного генератора

11 и усилителя 9 так, как это определено

3S в выражении (3), вели аща аппаратурного времени задержки не сказывается на погрешности измерений. Кроме того, вследствие линейности функциональной

40 зависимосж частоты колебаний 00 » от величины измеряемого времени запазды вания сигнала ф фр в данном устройстве отсутствуют ошибки извоза нелинейности зависимости измеряемой частоты от Ь л которые юиеются в известном устройстве.

247

Формула изобретения

Измеритель времени запаздывания сигнала в фотоприемниках, содержащий высокочастотный генератор и последовательно включенные источник света, оптический модулятор, оптическую пинию задержки и фотоприемник, последовательно соединенные первый бапансный смеситель, широкополосный усилитель и второй бапансный смеснтель, входы высокой частоты смесителей подключены к выходу высокочастотного генератора, о тл и ч а ю шийся тем, что„с целью повышения помехозащюценности устройства и точности измерений, в него введены включенный между выходом фотоприемника и входом первого балансного смеситепя узкополосный фильтр, опорный генератор, генератор линейно изменяющегося напряжения, фазовый детектор, фцп тр нижних частот, узкополосный усилитель, ключ, сумматор и блок управления, причем выходы узкополосного усилителя подключены соответственно к одному иа входов оптического модулято)pa H к первому входу oBoro детектора, второй вход которого соединен с выходом опорного генератора, а выход через фильтр нижних частот - с первым входом сумматора и управляющим входом ключа, второй вход которого подключен к выходу генератора линейно измеипошегося напряжения, а выход — к второму входу сумматора, выход которого через блок управления подключен к управляющему входу высокочастотного генератора, выход второго бапансного смесителя соединен с входом узкополосного усилителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ж 536465, ил. 604 F 10/04, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке М 2894814/18-21, 18.03.80 (прототип).

038247

Составитель Ю. Тюпич

Редактор А. Шандор Техред А.Бабинец Корректор М. Шароши

Заказ 4459/71 Тираж 427 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж35, Раутская наб.; д.. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4