Приемное устройство оптического излучения Советский патент 1984 года по МПК G01J1/44 

«-л

4 СП

СО

Изобретение относится к технической и может использоваться в технике связи по оптическому каналу в атмосфере.

Известно устройство для приема слабых оптических сигналов, которые передаются через атмосферу и искажаются из-за большого уровня фоновой освещенности ClJ .

Недостатком известного устройства является низкая помехозащищенность вследствие влияния помехи, создаваемой источниками Фоновой засветки., на величину и форму принимаемого. информационного сигнала.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является приемное устройство оптического излучения, содержащее фотоприемник, выход ,которого соединен с входом усилителя с автоматической регулировкой усилёния, а вход соединен с выходом компенсирующего генератора, вход которого через усилитель низкой частоты соединен с выходом фильтра 2).

Известное устройство характеризуется наличием двух цепей отрицательной обратной связи. Одна цепь - жесткая отрицательная обратная связь через омическое сопротивление большого номинала (порядка сотен мегаом). Другая цепь - частотно-зависимая (компенсирующая) отрицательная обратная связь. Выходной сигнал известного устройства в области высоких и средних частот входного сигнала определяется действием только жесткой отрицательной обратной связи, а в области низких частот - совместным действием двух цепей обратной связи: жесткой и частотно-зависимой отрицательной обратной связи.

Однако известное устройство имеет тот недостаток-, что чувствительность И запас устойчивости зависят от параметров фильтра низкой частоты.

Действительно, при скачкообразном изменении уровня помехи (включение посторонних устройств излучения фоновой засветки) и постоянной времени фильтра порядка 0,1-jL с операционный усилитель реагирует на действие компенсирующей частотнозависимой обратной связи с запаздыванием, определяемым постоянной времени фильтра и частотными свойствами самого операционного усилителя.

Это приводит к тому, что при изменении уровня помехи в широком динамическом диапазоне известное устройство может потерять способность реагировать на полезный сигнал в интервале времени от момента возникновения помехи до момента вступления в действие цепи компенсирукядей обратной связи (операционный усилитель в этом интервале находится в области близкой к насыщению). При включении в качестве фильтра низкой частоты

фильтра iBHcoKoro порядка запаздывание действия компенсирующей обратной связи уменьшается, но при больцюй чувствительности устройства (высокий коэффициент усиления) возможны автоколебания из-за потери устойчивости,.

Цель изобретения - расширение частотного диапазона, повышение чувствительности и.помехозащищенности устройства.

Для достижения указанной цели в известное приемное устройство оптического излучения, содержащее фотоiприемник, выход которого соединен с входом усилителя с автоматической регулировкой усиления (АРУ), а вход с выходом компенсирую1цего генератора вход которого .через усилитель низкой частоты соединен с .выходом фильтра, . введены пороговое устройство, формирователь импульсов, два анапоговы.х ключа и расщепитель уровня, выход которого соединен с входом аналоговых ключей, выходы которых соединены с входом фильтра, причем выход усилителя с автоматической регулировкой усиления, являющийся выходрм устройства, соединен с входом расщепителя уровня и с входом порогового устройства, выход которого соединен с входом формирователя И1 тульсов, два парафазных выхода которого соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на Фиг. 2 - диаграммы а,б,в,г,5,е,,з,и, поясняющие его работу.

Приемное устройство оптического излучения содержит последовательнЬ соединенные усилитель 1 с АРУ, фотоприемник. 2р компенсирующий генератор 3, усилитель 4 низкой частоты, фильт 5, а также подключенные к выходу усилителя с АРУ последовательно соединенные пор.оговое устройство 6 и формирователь 7 импульсов. Кроме того, к выходу усилителя 1 с АРУ подключен вход расщепителя 8 уровня, а парафазные выходы формирователя 7 импульсов и выходы расщепителя 8 уровня подключены соответственно к управляющим и информационным входам с1налоговых ключей 9 и 10. Выходы ключей объединены и подключены к входу фильтра 5, выход которого через блоки 4 и 3 соединен с входом фотоприемника 2, Оптический сигнал состоит из информационного сигнала и помехи, обусловленной, в частности, действием фоновой освещенности (осветительная аппаратура, питающаяся от промышленной сети с частотой 50 Гц) , причем величина этой помехи может быть соизмерима по интенсивности с информационньом сигналом. Все эти составляющие представлены в электрическом сигнале, снимаемом с фотоприемника., на диаграмме « . Усилитель с АРУ (фиг. 1) производит обработку выход ных сигналов фотоприемника, причем наличие АРУ позволяет поддерживать постоянным уровень выходного сигнала (фиг. 2, диаграмма 5). . Устройство б отсекает также сигн лы низкого уровня, находящиеся вне диапазона регулирования схемы АРУ и являющиеся следствием действия шу мов информационного тракта. Формиро ватель 7 импульсов имеет парафазный выход, сигналы с которого.поступают на управляющие входы аналоговых клю чей 9 и 10 (диаграммы & , г ). Расщепители 8 уровня на своих вы ходах формируют сигналы одинаковой амплитуды и моменты коммутации анал говых ключей 9 и 10 (фиг. 2, диаграм мыЭ,е).. . На.входе фильтра 5 (фиг. 1) сумм руются сиг.налы, поступающие с выход с расщепителя уровня,.при этом осуществлиется выделение огибающей информационного сигнала, пропорционал ной сигналу помехи (диаграмма ж.). Таким образом, осуществляется операция отделения низкочастотного сигнала огибающей от высокочастотно составляющей информационного сигнал являющегося в данном случае несущей Фильтр 5 является заградительным и необходимым для уменьшения коммутационных всплесков (диаграмма з ). Выходной сигнал с фильтра 5, уси ленный по мощности усилителем 4 низ кой частоты (диаграмма и ), управляе Компенсирующим генератором 3 (фиг.1 представляющим собой резистивный оп трон, резистор которого включен в цепь смещения фотоприемника. Устройство работает следующим образом. При отсутствии помехи в информационном тракте высокочастотный информационный сигнал воспринимается фотоприемником 2 и усиливается усилителем 1 с АРУ, причем на принимаемый сигнал не воздействует помеха, так как нет низкочастотной помехи, обусловленной, например, фоновой освещенностью. Сигнал с выхода усилителя с АРУ, пройдя через расщепители 8 уровня и ключи 9 и 10, управляемые сигналами с формирователя 7, выделяется на входе 1 ильтра 5 в виде постоянного напряжения с наложенными коммутационными всплесками. Коммутационные всплески устраняются фильтром 5, но сигнал постоянного напряжения с выхода фильтра, не изменяет величину выходного сигнала усилителя 4 низкой частоты, Следовательно, не создается приращение величины выходного сигнала компенсирующего генератора, т,е, компенсирующий генератор не вызывает изменения тока в цепи смещения фотоприемника ( цепь обратной связи разомкнута) , При наличии помехи в информационном тракте, обусловленной фоновой освещенностью, сигнал, принимаемый фотоприемником 2, пропорциональный интенсивности помехи. В этом случае сигнал с фотоприемника 2 усиливается по амплитуде усилителем 1 с АРУ, Сигнал с выхода усилителя одновременно поступает на вход порогового устройства б и на вход расщепиГеля 8 уровня. На выходе последовательной цепи, состоящей из порогового устройства 6 и формирователя 7, фЪрмируются парафазные импульсы управления коммутацией аналоговых ключей 9 и 10, причем импульсы управления формируются по фронту и спаду высокочастотной составляющей информационного сигнала (несущей), а длительность и пауза импульсов управления совпадают с частотой следования информат.ионного сигнала. На выходах расщепителя уровня формируются сигналы, амплитуды которых одинаковы в моменты коммутации аналоговых ,ключей. На объединенном выходе ключей выделяется сигнал, пропорциональный интенсивности помехи, в виде низкочастотной огибающей с коммутационными выбросами. Далее, проходя через заградительный фильтр 5 и усилитель низкой частоты 4, этот сигнал, сглаженный и усиленный по мощности, поступает на вХод компенсирующего генератора 3, Выходной сигнал компенсирующего генератора, таким образом, в каждый, момент времени получает приращение, пропорциональное помехе,но отличающееся по фазе на 18б° от сигнала помехи, принимаемого фотоприемником (обратная связь замкнута).. В результате в цепи смещения фотоприемника происходит компенсация низкочастотной составляющей информационного сигнала за счет действия отрицательной обратной связи, В сравнении с известным предлагаемое устройство имеет то преимущество, что достигнуты принципиально большие чувствительность и помехозащищенность устройства в диапазоне, расширенном в области низких частот, при регистрации слабых оптических информационных сигналов на . фоне низкочастотных засветок различных интенсивностей.

ппппппппппп

ппппппппппп

ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ, содержащее фотоприемник, выход которого соединен с вхо- дом усилителя с автоматической регулировкой усиления, а вход - с выходом компенсирующего генератора, вход которого через усилитель низкой частоты соединен с выходом фильтра, отличающееся тем, что, с целью расширения частотного диапазона, повышения чувствительности и помехозащищенности, в него введены пороговое устройство, формирователь импульсов, два аналоговых ключа и .расщепитель уровня,выходы которого соединены с входоманалоговых ключей, выходы которых соединены с входом фильтра, причем выход усилителя с автоматической регулировкой усиления, являющийся выходом устройства, сое динен с входом расщепителя уровня и с Входом порогового устройства, вы- Р S ход которого соединен с входом форми(Л рователя импульсов, два парафазных выхода которого соединены с управляющими входами соответствующих аналоговых ключей.

ж