Акустооптический анализатор сигналов Советский патент 1985 года по МПК G01R23/16 

Изобретение относится к оптическим методам обработки сигналов в реальном масштабе времени и может быть использовано при спектральном анализ низкочастотных сигналов, в частности речевых сигналов в задачах распознавания последних, для ввода их в ЭВМ с голоса.

Цель изобретения- расширение частоного диапазона обрабатываемьк сигналов в сторону низких частот при одновременном повышении надежности вьщеления частоты основного тона низкочастотных сигналов.

На чертеже приведена структурная схема устройства.

Акустооптический анализатор сигналов содержит последовательно установленные на одной оптической оси оптически связанные лазер 1, оптический затвор 2, коллимирующую систему 3, первый акустооптический модулятор 4 света, электрический вход которого соединен с выходом генератора 5 линейно-частотно-модулированных импуль сов, линейно-частотно-модулированную маску 6, второй акустооптический модулятор 7, электрический вход которого соединен с вькодом усилителя 8 мощности, интегрирующую линзу 9, смещен ный относительно оптической оси в направлении, перпендикулярном к ней, фотоприемник 10, электрический выход которого через полосовой фильтр 11 и усилитель 12 связан с входом индикатора 13. Сигнал с выхода фотоприемника 10 через фильтр 14 нижних частот, усилитель 15 постоянного тока и регулятор 16 порога попадает на другой вход компаратора 17. УсилитеЛь 12 связан с входом квадратичного детектора 18. Выход компаратора 17 связан с входом компрессора 19, другой вход которого является входом устройства. Выходы компрессора 19 соединены с электрическим входом оптического затвора 2, с входом генератора 5, с входом первого смесителя 20, выход которого связан с первым контактом переютючателя 21, а второй вход - с выходом высокочастотного генератора 22. С тем же выходом высокочастотного генератора 22 связан один из входов второго смесителя 23, второй вход которого через ограничитель 24 связан с квадратичным детектором 18, а выход которого через линию 25 задержки подключается

к третьему контакту переключателя 21. Вход усилителя 8 мощности связан с вторым контактом переключателя 21.

Устройство работает следующим образом.

Исследуемый низкочастотньй сигнал поступает на компрессор 19, который сжимает его до дпительности в 2030 МКС (в 2000-3000 раз), что позволяет вводить его в акустооптические модуляторы света. Сжатый сигнал поступает на один из входов первого смесителя 20, на второй вход которого подается высокочастотный сигнал от ВЧ генератора 22. Преобразованный сигнал с выхода первого смесителя 20 через переключатель 21 и усипитель 8 мощности возбуждает преобразователь эторого модулятора 7.

Плоский световой пучок, сформированный после прохождения излучения лазера 1 через оптический затвор 2 и коллимирующую систему 3, попадает на первьй акустооптический модулятор 4, на электрический вход которого подается сигнал от генератора 5 линейно-частотно-модулированных импульсов Вследствие дифракции световой пучок, соответствующий первому порядку дифракции, на оптическом выходе первого акустооптического модулятора 4 оказывается сканирующим, а в его фазе возникает квадратичный набег, вызванный наличием перепада -частот по апертуре модулятора. В результате взаимодействия этого светового пучка с маской 6 формируется сканирук)щая плоская световая волна. При прохождении линейночастотно-модулированного сигнала через апертуру первого модулятора 4 происходит плавное изменение частоты сигнала с одновременной компенсацией квадратичного набега фазы при помощи маски 6..

Световой пучок, соответствующий нулевому порядку дифракции, попадает на второй модулятор 7, возбуждаемый исследуемым сигналом, дифрагирует на нем, после чегосвет, соответствующий первому порядку дифракции, преобразуется интегрирующей линзой 9 и попадает на поверхность фотоприемника 10. Сюда же попадает н сканирующий плоский световой пучок, соответствующий первому порядку дифракции от первого модулятора 4, который не дифрагирует на втором модуляторе 7, поскольку угол падения его на второй модулятор

7 не удовлетворяет условию дифракции.

Таким образом, на поверхности фотоприемника 10 наблюдается интерференция двух пучков: сканирующего плоского пучка и пучка, обусловленного дифракцией света на втором модуляторе 7. При этом огибающая сигнала на выходе фотоприемника 10 соответствует спектру сигнала.

Сигнал на выходе фотоприемника 10 содержит постоянную составляющую и высокочастотную составляющую, огибающая которой соответствует спектру исследуемого сигнала. Полосовой фильтр 11 выделяет высокочастотную составляющую сигнала, затем она усиливается усилителем 12 и попадает на индикатор 13 и на квадратичный детектор 18, который выделяет огибающую высокочастотного сигнала и возводит ее в квадрат, т.е. осуществляет возведение в квадрат спектра исследуемого сигнала. Полученный энергетический спектр сигнала поступает на вход компаратора 17 и ограничителя 24. В ограничителе 24 происходит ограничение максимальных и минимальных значений сигнала, соответствующего энергетическому спектру. Преобразованный сигнал поступает на один из входов второго смесителя 23, на второй вход которого подается-высокочастотный сигнал от генератора 22. С выхода второго смесителя 23 сигнал, соответ ствующий энергетическому спектру исследуемого сигнала, поступает на линию 25 задержки, выход которой связан с контактом Ш переключателя 21.

Постоянная составляющая сигнала на выходе фотоприемника 10 вьщеляется с помощью фильтра 14 нижних частот и через усилитель 15 постоянного тока и регулятор 16 порога поступает на второй вход компараторе 17.

При превьщгении значениями амплитуд составляющих энергетического спектра сигнала значений порога, устанавливаемого регулятором 16, выходной управляющий сигнал с компаратора 17 подается на компрессор 19 и замыкает переключатель 21 на контакт 1. При этом повторно можно просматривать амш1итуднь1Й спектр того же сигнала, который из памяти компрессора 19 через первый смеситель 20 и усилитель 8 мощности поступает на электрический вход второго модулятора 7.

Если же значения амплитуд энергетического спектра сигнала не дости- гают пороговых значений, то управляющий сигнал с выхода компаратора 17 переводит переключатель 21 в положение Ш. При этом сигнал, соответствующий энергетическому спектру, из линии 25 задержки через контакт Щ переключателя 21 и усилитель 8 мощности поступает на электрический вход второго модулятора 7. В этом случае будет иметь место преобразование Фурье от энергетического спектра, что соответствует получению функции автокорреляции исходного сигнала. В результате на экране индикатора получают функцию автокорреляции исследуемого сигнала.

С управляющих выходов компрессора 19 поступают синхронизирующие импульсы На оптический затвор 2 и генератор 5. Оптический затвор срабатывает в тот момент, когда пространственный аналог исследуемого сигнала полностью войдет в звукопровод второго модулятора 7. Линейно-частотно-модулированные сигналы от генератора 5 поступают на первый модулятор 4 одновременно с поступлением исследуемых сигналов на электрический вход второго, модулятора 7. .-т-лтгг-,... . ,r-. .-X TL-j 4 Ц-1-j s j/mgd lrfrr77 J :i, 1

АКУСТООПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СИГНАЛОВ, содержащий последовательно установленные на одной оптической оси оптически связанные лазер, оптический затвор, коллимирующую систему, первый акустооптический модулятор, . электрический вход которого связан с генератором линейно-частотно-модулированного сиглала, линейно-частотно-модулирующую маску, второй акустооптический модулятор, электрический вход которого связан с выходом усилителя мощности, интегрирующую линзу и смещенный относительно оптической оси в направлении, перпендикулярном к ней, фотоприемник, выход которого связан через полосовой фильтр и усилитель с индикатором, о тл ичающий с я тем, что, с целью расширения частотного диапазона обрабатываемых сигналов в сторону низких частот при одновременном повышении надежности выделения основного тона низкочастотных сигналов, в него введены компрессор, вход которого является входом устройства, генератор высокочастотных сигналов, два смесителя, компаратор, переключатель, квадратичный детектор, линия задержки, фильтр нижних частот, усилитель постоянного тока, ограничитель и регулятор порога, при этом один из входов первого смесителя связан с выходом компрессора, другой - с генератором высокочастотньк сигналов, а выход - с первым контактом переi ключателя, один из входов второго смесителя связан с генератором высош кочастотных сигналов, а другой.через G ограничитель -с выходом квадратичного детектора, вход которого подключен к выходу усилителя, один из входов компаратора соединен с выходом квадратичного детектора, а выход соединен с входом компрессора и с вто рым контактом переключателя, к кото00 рому подключен также вход усилителя со мощности, вход линии задержки связан 00 с выходом второго смесителя, а выход00 с третьим контактом переключателя, вход фипьтра нижних частот подключен к выходу фотоприемника, а выход подключен через усилитель .постоянного тока и регулятор порога к второму входу компаратора, причем управляюпще выходы компрессора соединены соответственно с входом генератора ли- нейно-частотно-модулированного сигнала и электрическим входом оптического затвора.