Акустооптический частотомер (его варианты) Советский патент 1986 года по МПК G01R23/17 

Изобретение относится к радиоизмерительйым устройствам, в частности к частотомерам, и может быть применено в панорамных измерителях часто ты радиосигналов. Цель изобретения - повышение точности измерения частоты во всех частотных диапазонах работы акустооптических модуляторов. На фиг, 1 изображено устройство, общий вид, первый вариант; на фиг. 2то же, второй вариант. По первому варианту (фиг. ) устройство содержит последовательно рас положенные лазер 1, устройство 2 деления луча лазера на два, устройство 3 сдвига частоты излучения лазера на постоянную величину, двухканальный акустооптический модулятор 4, выполненный со ступенькой в направлени распространения ультразвуковых волн в кристалле, с нанесенными пьезопреобразователями 5 и 6, причем оба вхо да акустооптического модулятора соединены между собой, линзу 7, позиционио-чувствительный фотоприемник 8 и подключенный к фотоприемнику блок 9 измерения частоты. По второму варианту (фиг. 2) устройство содержит последовательно расположенные лазер 1, устройство 2 деления светового луча лазера на два, устройство 3 сдвига частоты лазера на постоянную величину в одном из разделенных лучей, устройство 4 смещения световых лучей один относительно другого, двухканальный акусто оптический модулятор 5 с нанесенными пьезопреобразователями 6 и 7, причем входы акустооптического модулятора соединены между собой, линзу 8, позиционно-чувствительный фотоприемник 9 и подключенный к фотоприемнику блок 10 измерения частоты. По первому варианту акустооптический частотомер работает следующим образом. Луч лазера 1 с помощью устройства 2 деления делится на два луча. В оди из разделенных световых лучей помеща ется устройство 3 сдвига частоты из.лучения лазера на постоянную величину 1C , которое может быть выполнено например, в виде электрооптического модулятора. Если к пьезокристаллу приложить напряжение, меняющееся по пилообразному закону, то частота све тового излучения на выходе кристалла сместится на величину О IK у. А- дайна волны света на входе кристалла; г электрооптическая постоянная; п - показатель преломления для необыкновенного луча; 1 - длина кристалла вдоль распространения света (ось Z фиг. I); d)( - толщина кристалла по направлению оси X (фиг. 1); и - максимальная амплитуда пилообразного напряжения; Т - период пилообразного напряжения. На двухканальный акустооптический улятор 4 падает два световых лус разными чacтoтa ш, равными и)о и - ЬСр. Исследуемый радиосигнал с ощью пьезопреобразователей 5 и 6 буждает в кристалле модулятора 4 ущие ультразвуковые волны. На вые акустооптического модулятора ется четыре луча: два дифрагироших и два недифрагировавших, коые в фокальной плоскости линзы 7 азуют интерференционные картины. одное напряжение фотоприемника 8, ещенного в фокальной плоскости зы 7, пропорционально интенсивноинтерференционной картины и для рагировавших лучей описывается ажением „ Sin 0,5WCO .2r id(,,B4-5;5--w-co:-Hi-cos.. )Р+Ч , е К - коэффициент преобразования фотодетектора; Ь- постоянная, не зависящая от координаты У; W - размер пьезопреобразователей в направлении оси У; d - расстояние между центрами пьезопреобразователей; Оу- пространственная частота в направлении оси У; - частота сигнала биений, равная частоте сдвига излучения лазера; р - расстояние смещения между каналами акустооптического . модулятора в направлении оси X (направление распространения ультразвуковых волн в кристалле фиг. 1); - частота исследуемого сиг. нала; 5,„ - центральная частота полосо вого оптического фильт1эа, которым является элемент фотоприемника; V - скорость звука в кристалле акустооптического модулятора. Фотоприемник выделяет сигнал и для дифрагировавших световых лучей содержит частотно-зависимую .фазовую составляющую, обусловленную акустиче кой линией задержки, образованной з счет смещения каналов, модулятора один относительно другого, Выходное напряжение фотоприемник для недифрагировавших световых луче имеет вид Т (t)K ()Z r,+ ,. ) il + +Cos(Q t+cOvd) ,(3) Изменение частоты входного сигна ла приводит к изменению фазы сигнал биений для дифрагировавших лучей. П выполнении условия ДЦ (9) . (4) где dV - изменение частоты, входного сигнала; л ifpjj 21JV/D (5) - разрешающая способность по частоте акустооптического модулятора; D - размер световых лучей в направлении распространени ультразвуковых волн в крис талле акустооптического мо дулятора. Измеряя фазометрическим устройством блока 9 измерения частоты, разность фаз сигналов биений для ди фрагировавших и недифрагировавших лучей, можно с высокой точностью определить значение частоты входного сигнала. Минимальная точность оп ределения частоты при этом определя ется как с,„ tf4 -V/25TD,(6) гдесУц)- погрешность измерения разн сти фаэ фазометрическим устройством т,е, повьпчение точности по сравнени с точностью прототипа -if paj Д9paj/21F V/D (5) составляет Afpc. /cyfMH« |f(7) Акустооптическии частотрмер по второму варианту работает следующим образом. Луч лазера 1 (фиг, 2) делится на два с помощью устройства 2 деления. Частота одного из полученных световых лучей с помощью устройства 3 сдвига частоты излучения лазера сдвигается на постоянную величину « , . Для создания акустической линии задержки один из разделенных световых лучей смещается относительно другого в направлении оси X (фиг, 2) на расстояние PC помощью устройства 4 смещения (кустооптический модулятор в этом варианте выполнен без ступеньки). Дальнейшее описание работы частотомера по второму варианту полностью аналогично описанию по первому варианту. Точность измерения частоты определяется также по (6), а ее повьш1ение по сравнению с прототипом - по (7), В коротковолновом участке дециметрового и 10-сантиметровом диапазонах длин волн световая апертура D в прототипе имеет ограничения на максимальный размер, связанный со значительным затуханием (12-15 дБ/см) ультразвуковых волн, В сЬязи с этим ограничена разрешающая способность, а следовательно, и точность измерения частоты в этих участках диапазонов- длин волн. Предлагаемое устройство в обоих вариантах позволяет.и в этих участках диапазона длин волн существенно повысить точность измерения частоты радиосигналов, Кроме того, в предлагаемом устройстве один и тот же элемент фотоприемника является датчиком грубого и точного отсчета частоты, что дает возможность применить линейный позиционно-чувствительный фотоприемник с параллельным съемом информации. Значение измеряемой частоты можно определить следующим образомfnjM frp+ f . . (8) где fj.p - грубое значение частоты, определяемое номером фотоприемника, на котором появляется сигнал биений от дифрагировавших лучей; uf - изменение частоты в пределах фотоприемника, определяемое разностью фаз этих биений и биений недифрагировавших лучей.

Формула изобретения

1, Акустооптический частотомер, содержащий последовательно расположенные лазер, двухканальный акустооптический модулятор, линзу и позиционно чувствительный фотоприемник с подключенным к нему блоком измерения частоты,.о тличающийся тем, что, с целью повьппения точности измерения частоты во всех частотных диапазонах, двухканальный акустооптический модулятор выполнен со ступенькой в направлении распространени ультразвуковых волн в кристалле, а оба входа акустооптического модулятора соединены между собой, между лазером и двухканальным акустооптическим модулятором введены устройство деления луча лазера на два и устройство сдвига частоты излучения лазера на постоянную величину, помещенное в одном из разделенных световых лучей.

2. Акусгооптический частотомер, содержащий последовательно расположенные лазер, двухканальный акустооптический модулятор, линзу и позиционно-чувствительный фотоприемник с подключенным к нему блоком измерения частоты, отличающийс я тем, что, с целью повьппения точности измерения частоты во всех частотных диапазонах, между лазером и двухканальным акустооптическим модулятором введены устройство деления луча лазера на два, устройство сдвига частоты излучения лазера на постоянную величину, помещенное в одном из разделенных световых лучей, и устройство смещения разделенных световых лучей один относительно другого в направлении распространения ульт-. развуковых волн в кристалле акустооптического модулятора, помещенное в одном из разделенных световых лучей, а входы двухканального акустооптического модулятора соединены между собой