Способ формирования внутренней шкалы времени устройств сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров и устройство для его осуществления Российский патент 2017 года по МПК G04G7/00 H04B10/71 H04B10/25 

Известны способ и устройство сравнения и синхронизации шкал времени между наземными пунктами с помощью системы одно- и двухсторонних сравнений шкал времени (С.С. Донченко, О.В. Колмогоров, Д.В. Прохоров. Система одно- и двухсторонних сравнений шкал времени. Измерительная техника, №1, 2015, патент РФ №2547662 Способ сличения шкал времени и устройство для его осуществления).

Устройство содержит на одном из пунктов импульсный генератор, передающий модуль, блок разветвителей-объединителей, фотоприемный модуль, таймер событий, компьютер, промежуточный генератор; на втором пункте полупрозрачное зеркало, фотоприемный модуль, таймер событий, компьютер, волоконно-оптическую линию, соединяющую первый и второй пункты.

К достоинствам данного устройства относится то, что с помощью блока разветвителей-объединителей производится привязка оптических, а не электрических импульсов к соответствующей шкале времени, что исключает влияние случайной погрешности, вызванной нестабильностью задержки при электронно-оптическом преобразовании. Недостатком данного устройства является то, что при привязке оптических импульсов к шкале времени, т.е. при формировании внутренней шкалы времени устройства в виде оптических меток времени, используется блок разветвителей-объединителей. Наличие разветвителя для направления части оптической мощности импульса в фотоприемник для формирования внутренней шкалы времени устройства и части оптической мощности в линию приводит к увеличению систематической погрешности системы из-за погрешностей определения задержек в каналах разветвителя.

Также известен оптический рефлектометр (Яковлев М.Я., Цуканов В.Н., Кузнецов В.А. Патент РФ №2339929 Оптический рефлектометр). Рефлектометр содержит формирователь импульсов, один из входов которого соединен с выходом микроконтроллера, а выход - с источником оптического излучения, Y-образный оптический разветвитель, вход/выход которого оптически связан с розеткой выходного оптического соединителя рефлектометра, а выход оптически связан с фотоприемником, выход которого соединен с входом аналогового коммутатора, управляющий вход которого соединен с одним из выходов микроконтроллера, а выход соединен с входом компаратора и входом расширителя импульсов, вход которого соединен с одним из выходов микроконтроллера, а выход - с аналоговым входом аналого-цифрового преобразователя, цифровые выходы которого соединены с входами микроконтроллера. Введен отрезок оптического волокна заданной длины в цепи положительной обратной связи, оптически связанный с выходом источника оптического излучения и вторым входом Y-образного оптического разветвителя. Выход компаратора соединен с одним из входов микроконтроллера и со вторым входом формирователя импульсов. Недостатком данного устройства является то, что на одном из выходов микроконтроллера вырабатывается импульс напряжения, поступающий на первый вход формирователя импульсов, формирователь по фронту сигнала на его входе вырабатывает импульс тока накачки полупроводникового источника излучения, после чего полупроводниковый источник оптического излучения генерирует оптический импульс, при этом в погрешность определения времени излучения оптического импульса входят погрешности определения времени выдачи микроконтроллером импульса напряжения, задержки сигнала в формирователе импульсов и времени срабатывания источника излучения.

Особенностью и преимуществом заявленного способа является то, что с помощью полупрозрачного зеркала производится привязка оптических, а не электрических импульсов к внешней шкале времени, что исключает влияние погрешностей в канале шкала времени - оптический импульс, причем момент излучения оптического импульса в линию фиксируется фотоприемником в том же канале, что и импульса, пришедшего из линии, что исключает неисключенную систематическую погрешность, обусловленную неточностью определения задержек в плечах блока разветвителей-объединителей и в канале фотоприемник - таймер событий.

Достигаемым техническим результатом при использовании заявленного способа является устранение погрешности определения момента времени излучения оптических импульсов в исследуемую, в случае рефлектометрии, или соединяющую удаленные объекты, в случае синхронизации шкал времени, волоконно-оптическую линию, связанной с погрешностями определения задержек в формирователе импульсов и источнике оптических импульсов, устранение систематической погрешности, вызванной неточностью определения задержки в канале источник оптического излучения - фотоприемник в случае использования блока разветвителей-объединителей.

Данный технический результат достигается за счет того, что в способе формирования внутренней шкалы времени устройств сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров, заключающемся в определении таймером событий интервалов времени между импульсами, поступающими с генератора внешней шкалы времени, и излучаемыми лазерным модулем оптическими импульсами, оптические импульсы частично поступают через волоконно-оптический циркулятор и полупрозрачное зеркало в исследуемую, в случае рефлектометрии, или соединяющую удаленные объекты, в случае синхронизации шкал времени, волоконно-оптическую линию, а частично, отражаясь от полупрозрачного зеркала, следуют через циркулятор на фотоприемник и далее на таймер событий, причем для регистрации моментов излучения оптического импульса и приема импульса, пришедшего из линии, используется один и тот же канал.

Особенностью и преимуществом указанного способа является то, что с помощью полупрозрачного зеркала производится привязка оптических, а не электрических импульсов к внешней шкале времени, что исключает влияние погрешностей в канале шкала времени - оптический импульс, причем момент излучения оптического импульса в линию фиксируется фотоприемником в том же канале, что и импульса, пришедшего из линии, что исключает неисключенную систематическую погрешность блока разветвителей-объединителей и канала фотоприемник - таймер событий.

В части устройства технический результат достигается тем, что устройство для формирования внутренней шкалы времени содержит генератор импульсов в качестве формирователя импульсов, лазерный модуль, к которому присоединен вход волоконно-оптического циркулятора, выход/вход которого соединяется с волоконно-оптической линией через полупрозрачное зеркало. Другой выход циркулятора присоединен к фотоприемнику, выход которого соединен с таймером событий, соединенным также с источником сигналов внешней шкалы времени и компьютером.

Изобретение поясняется чертежом. На фиг. 1 показана схема устройства для формирования внутренней шкалы времени, которое содержит таймер событий 1, присоединенные к нему генератор 2, формирующий внешнюю шкалу времени, фотоприемник 3 оптических импульсов, компьютер 9. Импульсный генератор 4 подключен к входу лазерного модуля 5, выход которого подключен к входу волоконно-оптического циркулятора 6. Вход-выход циркулятора 6 соединен с оптоволоконной линией 8 через полупрозрачное зеркало 7, выход циркулятора 6 подключен к фотоприемнику 3.

Способ формирования внутренней шкалы времени реализуется следующим образом.

С импульсного генератора 4 на вход лазерного модуля 5 в произвольный момент времени поступает электрический импульс, который преобразуется лазерным модулем 5 в оптический импульс. Оптический импульс проходит через циркулятор 6 и поступает на полупрозрачное зеркало 7. Часть мощности оптического импульса отражается от полупрозрачного зеркала 7 и через циркулятор 6 поступает на фотоприемник 3, оставшаяся часть мощности поступает в оптоволоконную линию 8. Электрический импульс с фотоприемника 3 поступает на таймер событий 1, который фиксирует время излучения оптического импульса, с учетом паспортизуемой задержки в канале полупрозрачное зеркало 7 - фотоприемник 3, в оптоволоконную линию 8 во внешней шкале времени генератора 2. Информация с таймера событий 1 поступает в компьютер 9, в котором формируется информация о положении меток внутренней шкалы времени устройства в виде оптических импульсов, испускаемых в оптоволоконную линию 8, относительно внешней шкалы времени, задаваемой генератором 2.

Этим достигается поставленный в заявке технический результат.

Способ и устройство формирования внутренней шкалы времени устройств сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров основаны на генерации оптических импульсов и направлении их в циркулятор, регистрации момента излучения импульсов с помощью фотоприемника, циркулятора и полупрозрачного зеркала, расположенного между выходом циркулятора и входом в исследуемую, в случае рефлектометрии, или соединяющую удаленные объекты, в случае синхронизации шкал времени, волоконно-оптическую линию. Причем момент излучения оптического импульса в линию фиксируется фотоприемником в том же канале, что и импульса, пришедшего из линии. Технический результат заключается в повышении точности сравнения и синхронизации шкал времени удаленных объектов с помощью оптоволоконной линии связи. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ формирования внутренней шкалы времени устройств сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров, заключающийся в определении таймером событий интервалов времени между импульсами, поступающими с генератора внешней шкалы времени, и излучаемыми лазерным модулем оптическими импульсами, при этом оптические импульсы частично поступают через волоконно-оптический циркулятор и полупрозрачное зеркало в исследуемую, в случае рефлектометрии, или соединяющую удаленные объекты, в случае синхронизации шкал времени, волоконно-оптическую линию, а частично, отражаясь от полупрозрачного зеркала, следуют через циркулятор на фотоприемник и далее на таймер событий, причем для регистрации моментов излучения оптического импульса и приема импульса, пришедшего из линии, используется один и тот же канал.

2. Устройство для формирования внутренней шкалы времени для устройств сравнения и синхронизации шкал времени и оптоволоконных рефлектометров, содержащее генератор импульсов в качестве формирователя импульсов, лазерный модуль, к которому подключен вход волоконно-оптического циркулятора, выход/вход которого соединен с волоконно-оптической линией через полупрозрачное зеркало, другой выход циркулятора присоединен к фотоприемнику, выход которого соединен с таймером событий, к которому также подключены источник сигналов внешней шкалы времени и компьютер.