Оптический спектроанализатор Советский патент 1988 года по МПК G01R23/17 

Изобретение относится к оптической обработке информации и может быть использовано для спектрального анализа сигналов в реальном масштабе, времени

Целью изобретения является увеличение отношения сигнал/шум на выходе спектроанализатора,

На чертеже изображена функциональная схема оптического спектроанализа- тора.

Оптический спектроанализатор содержит дискретизатор 1 вход которого является входом устройства электрически связанный по выходу с входами инвертора 2 и анализатора 3 полярное™ ти. Выходы инвертора 2 электрически связаны с входами первого коммутатора 4, выход которого электрически

связан с входом блока 5 управления, Источник 6 света, электрический вход которого связан с выходом блока 5 управления, расположен на одной оптической оси и оптически последовательно связан с коллиматором 7, акусто- оптическик модулятором (АОМ) 8, на электрический вход которого подается сигнал от балансного модулятора 9, первой сферической линзой 10;, диа- фрагмой 11S второй сферической линзой 12 и фотоприемником t3, выход которого является выходом устройства. Первый вход, балансного модулятора 9 электрически связан с выходом генератора 14 опорного сигнала , второй вход - с выходом второго коммутатора 15 о Входы последнего электрически связаны с выходами генератора 16 опорных функций, выходы синхронизации которого электрически связаны с соответствующими входами синхронизации дискретизатора 1 и блока 5 управления, вход синхронизации - с выходом синхронизации фотоприемника 13 Выход анализатора 3 полярности электрически связан с. входами управления первого 4 и второго 15 комментаторов.

Оптический спектроанализатор работает следующим образом.

Входной сигнал U(t) преобразуется в последовательность отсчетов U(),

где 1 - номер отсчета; 4t 1/2Fg; Fg - верхняя частота анализируемого сигнала, дискретизатором 1 (период дискретизации Дt совпадает с периодом следования запускающих импульсов от генератора 16 опорных функций) Инвертор 2 позволяет вместе с коммутатором 4, управляе. Мым от анализато

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ра полярности, формировать последовательность отсчетов, состоящую из положительных U(ldt) и инвертированных отрицательных U (ldt) отсчетов сигнала„ Таким образом, на блок 5 управления поступает однополярная последовательность импульсов, которой модулируются по интенсивности генерируемые источником 6 света импульсы. Световой пучок преобразуется коллиматором 7, дифрагирует на АОМ 8, далее преобразуется первой сферической линзой 10. Диафрагма 11 пропускает свет, соответствующий информационной составляющей, а вторая сферическая линза 12 позволяет обеспечить перенос изображения из плоскости АОМ 8 в плоскость фотоприемника 13. Для формирования спектра входного сигнала на АОМ подается сигнал от балансного модуля- тора 9 на несущей частоте, обеспечиваемой генератором 14 опорного сигнала Коммутатор 15 обеспечивает подключение к балансному модулятору 9 первого или второго выходов генератора 16 опорных функций в зависимости от полярности очередного отсчета UCUt), что определяется управляющим сигналом, вырабатываемьш анализатором 3 полярности. На первом выходе генератора 16 формируется последовательность L иьтульсов с амплитудой (1+Д.) и длительностью йТ T/L, где L - база анализируемого сигнала; (- фазовый сдвиг, необходимый для последетекторной обработки, в частности, формирования амплитудного и фазового спектров m - номер частотного канала; Т - ампертурное время АОМ 8.

Данная последовательность соответствует ядру преобразования Фурье положительных отсчетов сигнала. На втором выходе генератора 16 формируется аналогичная последовательность им- .пульсов с амплитудой C(l+c()mff/ /L- - fr/2}, соответствуиицая ядру преобразования Фурье для отрицательных отсчетов сигнала. В момент окончания ввода сигнала, соответствующего последовательности импульсов G или О , в АОМ 8 с второго выхода синхронизации генератора 16 поступает импульс на вход синхронизации блока 5 управления и источником 6 света генерируется короткий импульс света длительностью и Т j интенсивность которого пропорциональна амплитуде отсчета U(ldt).

Таким образом, интенсивность светового распределения в плоскости фотоприемника оказывается пропорциональной в случае положительного отсчета сигнала

l -и (1(51) Ucos (l+t) j.

a в случае отрицательного отсчета сигнала

r U CUt) l-cos(Uoc)m|-J

Время накопления приемника 13 за- синхронизировано с работой генератора 16. Следовательно, элемент фотоприемника 13, соответствующий тп-му частотному каналу, накапливает за время Т заряд, пропорциональный

QM 5tuЧl4t)+U (lйt)в/ f ru(ldt)-U (l4t)cosC(Uc/).

Первый член в последнем вьфажении определяет постоянную составляющую заряда, при этом U (l/)t)+U (U t) /U(l/5t)/, a второй - отсчет спектра входного сигнаЛа U(t), так как

U(ldt)-U (l4t)U(l4t).

Таким образом, постоянная составляющая заряда в предлагаемом устрой астве определяется как Qp J/U(lat)/

/c)t, а не Qonp J макс/и( t)/(ft MaKC/ )/Tt, как в прототипе.

Оптический спектроанализатор, содержащий расположенные на одной оптической оси и оптически последовательно связанные источник света, электрически соединенный с выходом блока управления у коллиматор , акустоопти- ческий модулятор, первую и вторую сферические линзы с диафрагмой между ними и фотоприемник, сигнальный выход которого соединен с выходом спектро- анализатора, а также генератор опорного сигнала, отличающийся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум, введены инвертор, анализатор полярности, два коммутатора, балансный модулятор, генератор опорных функций и дискретизатор, вход которого соединен с входом спектро- анализатора; а выход электрически соединен с входами анализатора полярности и инвертора, выходы которого электрически соединены с соответст- вуюгцимк входами первого коммутатора, а .выход последнего - с входом блока управления, первый .вход балансного модулятора электрически соединен с

выходом генератора опорного сигнала, второй вход - с выходом второго ком4Чр

Известно, что J/U(t)/6it макс/ /U(t)/cit. Т1ричем для сигналов с пик- фактором больше 1 всегда выполняется знак неравенства. Следовательно, уро- мутатора, а выход - с электрическим вень постоянной составляющей выход- . входом акустооптического модулятора, ного сигнала в предлагаемом устройстве меньше, чем в прототипе. Учитывая

ВЫХОД)) генератора опорных функций электрически соединены с соответствующими входами второго коммутатора, 5 а первый выход синхронизации - с входом синхронизации блока управления, второй выход синхронизации - с входом синхронизации дискретизатора, а вход синхронизации - с выходом син- типе. Численные расчеты на ЭВМ, При- 50 хронизации фотоприемника, при этом веденные по формулам для QO и Qonp выход анализатора полярности электри- показали, что при 100 эквивалентных чески соединен с входами управления частотных каналах увеличение отноше- первого и второго коммутаторов.

вид реальной светосигнальной характеристики фотоприемника, в качестве которого обычно используют приборы с зарядовой связью, ясно, что отношение сигнал/шум на выходе предлагаемого устройства вьше, чем в прото

0

5

0

5

0

5

НИН сигна.и/шум составляет величину порядка 12 дБ (в качестве модели сигнала использован -полигармоничес- кий со случайными начальными фазами, равномерно расположенными на интервале , Амплитудный и фазовый спектры в квадратурных сигналах могут быть выделены обычным образом.

Формула изобретения

Оптический спектроанализатор, содержащий расположенные на одной оптической оси и оптически последовательно связанные источник света, электрически соединенный с выходом блока управления у коллиматор , акустоопти- ческий модулятор, первую и вторую сферические линзы с диафрагмой между ними и фотоприемник, сигнальный выход которого соединен с выходом спектро- анализатора, а также генератор опорного сигнала, отличающийся тем, что, с целью увеличения отношения сигнал/шум, введены инвертор, анализатор полярности, два коммутатора, балансный модулятор, генератор опорных функций и дискретизатор, вход которого соединен с входом спектро- анализатора; а выход электрически соединен с входами анализатора полярности и инвертора, выходы которого электрически соединены с соответст- вуюгцимк входами первого коммутатора, а .выход последнего - с входом блока управления, первый .вход балансного модулятора электрически соединен с

выходом генератора опорного сигнала, второй вход - с выходом второго ком0 мутатора, а выход - с электрическим входом акустооптического модулятора,

Изобретение относится к области . оптической обработки информации и может быть использовано для спектрального анализа сигналов в реальном масштабе времени Цель изобретения - увеличение отношения сигнаш/шум на выходе спектроанализатора. Спектро- анализатор содержит дискретизатор 1, инвертор 2, анализатор 3 полярности, первый коммутатор 4, блок 5 управления,, источник 6 света, коллиматор 7, акустооптический модулятор. 8, балансный модулятор 9, сферические линзы 10 и 12, диафрагму 11, фотоприемЯик 3, генератор 14 опорного сигнала, второй коммутатор 15, генератор 16 опорных функций. Уровень постоянной составляю щей выходного сигнала в предлагаемом спектроанапизаторе будет меньше, чем в прототипе. Учитывая вид реальной светосигнальной характеристики фотоприемника, в качестве которого обычно используются приборы с зарядовой связью, ясно, что отношение сигнал/ /шум на выходе предлагаемого спектроанализатора будет выше, чем в прототипе . 1 ил. 7 д fff 12 ГЭ ЬмА д