Устройство для измерения фазовых характеристик фотоприемников Советский патент 1986 года по МПК G01J1/44 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть наиболее эффективно использовано для исследования как фазочастотцых, так и фазоамплитудных характеристик фо- топриемников (ФП).

Цель изобретения - расширение фун циональных возможностей путем измерения фазоамплитудных характеристик фотоприемников.

На чертеже представлена структурная схема устройства.

Устройство содержит генератор 1, соединенньй с входом фазовращателя 2 первый и второй выходы которого под- ключены к входам первого 3 и второго 4 усилителей соответственно. Выходы последних через первый 5 и второй 6 конденсаторы подключены к параллельно соединенным ветвям , содержащим первьй 7, второй 8, третий 9 и четвертый 10 светодиоды, а точки соединения светодиодов соединены с помощь резистора 11, к выводам которого подключен также двухполярный источник 12 тока. Излучающие поверхности светодиодов оптически связаны через оптическую систему 13 с входом фотоприемника 14, к режимному входу которог подключен блок 15 питания.

Выход ФП соединен с рходом управляемого интегратора 16. Управляемый дифференциатор 17 подключен входом к выходу первого дифференциального усилителя 18. Выходы управляемых интегратора 16 и дифференциатора 17 через первый 19 и второй 20 выпрямители соединены с первым и вторым входами второго дифференциального усилителя 21, выход которого через интегратор 22 подключен к управляющим входам управляемых интегратора 16 и дифференциатора 17.

Первый индикатор 23 соединен с выходом фотоприемника 14, первый вход фазометра 24 подключен к выходу управляемого интегратора 16. Вход дополнительного индикатора 25 соединен с выходом интегратора 22.

Устройство работает следующим образом.

Синусоидальный сигнал генератора 1 поступает на вход фазовращателя 2, взаимньш сдвиг фаз выходных сигналов которого составляет 180 .

Указанные сигналы с первого и вто рого выходов фазовращателя 2 подаются на первый 3 и второй 4 усилители

5 0 5 0

д

5

5

5

0

Соответственно. При положительном полупериоде сигнала на выходе первого усилителя 3 ток протекает по цепи: первый (paздeJ: Итeльнь й) конденсатор 5, выход второго усилителя 4, При отрицательном полупериоде выходного сиг-нала на первом усилителе 3 полярность выходного сигнала второго усилителя 4 положительная, а выходной ток протекает по цепи второй конденсатор 6, третий светодиод 9, резистор 11, четвертый светодиод 10, первый конденсатор 5, выход первого усилителя 3.

Благодаря тому, что в рассмотренной схеме оба полупериода сигнала генератора-1 создают только положительные смещения рабрчей точки на вольт-амперных характеристиках (ВАХ) пар диодов 7, 8 и 9, 10, значительно улучшается симметричность огибающей генерируемого оптического сигнала, Дополнительное смещение начальной рабочей точки указанных диодов на линейный участок ВАХ с помощью двухпо- лярного источника 12 тока снижает уровень не только четных, но н нечет- ных гармонических составляющих. Использование расщепления фазы совместно с последующим усилением противофазных сигналов в усилителях 3 и 4 приводит к снижению уровня второй гармоники, возникающей в указанных . усилителях.

Значение начального тока ВАХ, задаваемого двухполярным источником 12 тока, должно быть приблизительно равно амплитуде синусоидального тока, протекающего по парам 7, 8 и 9, 10 светодиодов-.

Технологический разброс световых характеристик пар светодиодов 7, 8 и 9, 10 может быть скомпенсирован соответствующим подбором коэффициентов передач первого 3 и второго 4 усихштелей по минимуму коэффициента гармоник на выходе ФП 14,

Однократной регулировкой резистора 11 достигаются наибольшая симметричность оптического сигнала и гданималь- ный уровень второй гармоники огибающей оптического сигнала. Значение сопротивления резистора 11 должно быть в 2-10 раз больше прямого сопротивления используемых светодиодов.

Оптическое излучение све тодиодов: 7-10 совместно поступает на исследуемый фотоприемник 14. Блоком 15 питания задаются определенные режимы работы ФП, связанные с конкретной постановкой задачи эксперимента. Изменением напряжений достигается регулировка усиления ФП. Последнее приводит к изменению уровня сигнала на его вькоде.

Измерение фазы сигнала с изменяющейся амплитудой сопряжено с появлением фазоамплитудных погрешностей (ФАП) фазометра Указанная особенность свойственна всем типам фазометров и.может привести к появлению значительных дополнительных ошибок измерений.

Для исключения указанной составляющей погрешности обработка сигнало э схеме ведется следующим образом.

Выходные напряжения первого 3 и второго 4 усилителей поступают на дифференциальный усилитель 18. Вычитание указанных сигналов позволяет получить симметричное, свободное от второй гармоники усилителей 3 и 4, напряжение, используемое в дальнейшем для формирования опорного сигнала фазометра 24. На опорный вход фазометра 24 поступает сигнал управляемого дифференциатора 17. Управляемые интегратор 16 и дифференциатор 17 выполняются на основе простых интегрирующей и дифференцирующей RC-цепей, которые могут быть развязаны со стороны входа и выхода повторителями напряжения. Управление RG-цепями заключается в регулировке сопротивлений резисторов, которая приводит к изменению коэффициента передачи RC-цепей Последнее создает возможность выравнивания амплитуд сигналов на входах фазометра 24.

При согласованном изменении резисторов интегрирующей и дифференцирующей цепей изменяется коэффициент передачи RC-цепей, а взаимный фазовый сдвиг остается неизменным и равным ff/2. Расчет погрешностей, связанных с невозможностью обеспечить идеальное равенство резисторов, показывает, что для получения погрешности, не превышающей 0,12°, можно выполнить указанные сопротивления дискретно переключаемыми из резисторов, подобранных с точностью не хуже 0,5%, либо использовать прецизионные сдвоенные резисторы. Выходные сигналы рассмотренных управляемых интеграторов и дифференциатора поступают на основной

и опорный входы фазометра 24, а также на первый 19 и второй 20 выпрямители соответственно.

Процесс автоматической балансировки входных напряжений фазометра 24 происходит следующим образом. Выпрямленные напряжения с выходов первого 19 и второго 20 выпрямителей сравниваются во втором дифференциальном

усилителе 21, выходной сигнал которого,, представляюшдй собой усиленную разность указанных напряжений, поступает на интегратор 22. Выходное напряжение последнего подается на индикатор 25 и управляющие входы управляемых интегратора 16 и дифференциатора 17.

Если в процессе регулировки коэффициент усиления ФП 14 увеличился,

возрастет и напряжение на неинвертирующем входе второго дифференциального усилителя 21. При этом растает уровень сигнала на его выходе й выходе интегратора 22.

, Увеличивающееся напряжение на уп- равляюш;их входах управляемых интегратора и дифференщ атора приведет к возрастанию их постоянных времени, что в свою очередь обеспечит увеличение коэффициента передачи дифференциатора 17 и некоторое снижение коэффициента передачи интегратора 16.

Процесс регулировки будет продолжаться до тех пор, пока разность уровней на выходах первого 19 и второго 20 выпрямителей не станет настолько малой, что их усиленная разность перестанет изменять заряд и

выходное напряжение интегратора 22. Тогда его выходное напряжение будет обеспечивать квазистационарное состояние системы регулирования. В качестве управляемых резисторов, управляемых интегратора и диффере{1циатора возможно использование согласованных полевых транзисторов в режиме-управляемых сопротивлений, либо сдвоенных резисторов, установленных на оси

двигателя постоянного тока. Связи: второй интегратор 22 - управляющие входы управляемого дифференциатора 17 и интегратора 16 могут быть реализованы и самим оператором в случае

некритичности требований к быстродействию устройства в целом. При этом задача оператора сводится к нахождению таких постоянных времени ийтегрирующей и дифференцирующей цепей при которых наблюдаются наименьшие показания индикатора 25.

Указанные цепи обеспечивают балан сировку амплитуд сигналов на входах фазометра 24, минимизируя тем самым фазоамплитудные погрешности последнего.

Рассмотренная совокупность блоков

в реальных конструкциях геометрически всегда отделена от блоков генерации оптического излучения. Наводки и шумы различного происхождения через цепи, связывающие две совокупности блоков, могут образовать помеховую составляющую в опорном канапе измерения. Для исключения этого явления опорный сигнал получен путум вычита- ния сигналов первого 3 и второго 4 усилителей, подаваемых на первый дифференциальный усилитель 18 по двум независимым и экранированным цепям.

Тогда, если управляемый дифференциатор 17 связан с первым дифференциальным усилителем 18 короткой цепью, основной вклад в общкш уровень помех будут давать наводки на входные цепи первого дифференциально го усилителя 18. Однако в связи с эквивалентностью формы наводимых сигналов на оба. входа указанного усилителя выходной информативный сигнал в значительной мере свободен от рассмо ренных помех. Таким образом, структура снижает также влияние помех и наводок на точность измерения фазы.

Для получения фазоамплитудной характеристики ФП необходимо изменять напряжения на электродах ФП с помощь блока 15 питания,-фиксируя одновременно показания фазометра 24. Изменение, режима питания ФП приводит к изменению его чувствительности и уровня выходного сигна.па, контролируемого индикатором 23. Полученная зависимость смещения фазы выходного сигнала от уровня напряжения, задаваемого блоком питания, является ис- комой фазоампдитудной зависимостью.

Предлагаемое устройство позволяет получать зависимости смещения фазы выходного сигнала фотоприемника от

уровня входного сигнала, а также от напряжения питания фотоприемника. Фа- зоамплктудные характеристики позволяют оценить существенность явления

5

О

,j Q

25

0

0

5

фазоамплитудной конверсии для исследуемых фотоприемников Кроме того, устройство допускает снятие амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик фотоприемника путем регистрации зависимости фазы и уровня выходного сигнала первым индикатором от частоты синусоидального генератора.

Формула изобретения

Устройство ,цля измерения фазовых характеристик фотоприемников, содержащее генератор, усилитель, первый светодиод, блок питания, выпряг-штель, интегратор и первый индикатор, подключенный к выходу фотоприемника, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены второй усилитель, фазовращатель, первый и второй конденсаторы, второй, третий, четвертьй светодиоды, резистор, двух- полярный источник питания, оптическая система, управляемые интегратор и дифференциатор, первый и второй дифференциальные усилители, второй вьт- рямитель, дополнительный индикатор и фазометр, причем выход генератора подключен к входу фазовращателя, первый и второй выходы которого подключены соответственно через первый и второй усилители к первьм выводам первого и второго конденсаторов, ин- вертирующему и неинвертирующему .входам первого дифференциального усилителя, соответственно, второй вывод первого конденсатора подсоединен к аноду первого светодиода, включенного последовательно с резистором и вторьм светодиодом, причем катод второго светодиода подключен к второму выводу второго конденсатора, катод третьего светодиода соединен с анодом первого светодиода, а его анод подключен к аноду второго светодиода, анод четвертого светодиода подключен к катоду второго светодиода, выходы двухполярного источника подключены параллельно резистору, светодиоды через оптическую систему оптически связаны с входом контролируемого фо- гоприемника, режимный вход которого подключен к блоку питания, а выход - к входу управляемого интегратора, выход первого дифференциального уси7 12427228

лителя соединен с управляемым диф-перви-ги и втЬрого выпрямителей и

ференциатором, управляющие входывходом фазометра соответственно, выуправляемых интегратора и дифферен-ходы выпрямителей соединены с первым

циатора соединены с выходом интегра-j и вторым входами второго дифферентора и входом дополнительного инди-циального усилителя, выходом которокатооа, а, выходы подключены к входамго подключен к входу интегратора.

Изобретение относится к устройствам для измерения фазовых характеристик фотоприемников. Цель изобре- теция - расширение 4 ункциональных возможностей. Устройство содержит генератор, синусоидальный сигнал которого поступает на вход фазовращателя 2, усилитель 3, первый свето- диод 7, блок 15 питания, выпрямитель 19, интегратор 22 и первый индикатор 23, подключенный к выходу фотоприёмника 14, при этом в устройство введены второй усилитель 4, первый 5 и второй 6 конденсаторы, второй 8, третий 9 и четвертьш 10 светодиоды, резистор 11, двухполярный источйик 12 питания, оптическая система 13, управляемые интегратор 16 и дифференциатор 17, первый 18 и второй 21 дифференциальные усилители, второй вьт- рямитель 20, дополнительный индикатор 25 и фазометр 24. Измерение фазы сигнала с изменяющейся амплитудой сопряжено с появлением фазоамплитуд- ных погрешностей (ФАП). Процесс автоматической балансировки входньк напряжений ФАП будет продолжаться до тех пор, пока разность уровней на выходах первого и второго вьтрямите- лей не станет настолько малой, что их разность перестанет изменять заряд и выходное напряжение интегратора 22. Тогда его выходное напряжение будет обеспечивать квазистационарное состояние системы регулирования,т.е. будет обеспечена балансировка амплитуд сигналов на входах фазометра 24, что уменыпит погрешности последнего. 1 ил. о С/ с к 4 К s N К