Калибратор фазовых сдвигов Советский патент 1988 года по МПК G01R25/04 

- 14

Изобретение относится к технике фазометрии и может быть использовано в метрологической практике для проведения поверочных работ в качестве ис- точника колебаний с заданным сдвигом фаз,.

Целью изобретения является повьше- ние Точности задания фазовых сдвигов и зщ ощенив устройства.

Ва чертеже приведена схема кагшб- ратфа.

Калибратор фазоеык сдвиго в соде5 - жит Щ)ео6разоватеш I электричЕеского напряжения в светов&й soTOKj опти- чески с вязанга с входом еретоделк- теля 2. (гщн из Вйходов светодеяи- тепя. 2 онтйчёскм с оптшес

него соединяется с выходом фотопрео разователя 8, а второй переключател t6 установлен в положение, когда ег выход соединяется с выходом инверто ра 15 и оптические переключатели 5 7 установлены в положение, когда их выходы соединены с первым отрезком оптического волокна блока 6 оптичес ких волокон. При этом образуется за кнутый контур, состоящий из последо вательно соединенник преобразователя 1 элекч ическога напряжения в световой поток, светоделителя 2, первого устройства ввода оптическог (Излучения в оптическое волокно 3, о тического волокна 4, первого оптиче кого я еключателя 5, первого отрез ка оитическогв волокна близка 6 оптики п0следрвате|1 ык связайКЕйми вервьм

устройетвом ввода т 1 ес1 огойзЛ5тае- 20 сческик волокон, второго оптического

ш J9 оптическое вопокир 3, й«$ вымяерекляочателя 7, фотоиреобразоватесщтнческям 4, йерзбым OH i H4iBCKifi4 перекшочателем 5j SjioKoM 6 олтйческдос волокон,вто| бв1Ф« ричес,

й ё|а очател( 7 а ие1)зым фот0щ ео€ 25 ., раз вателей- .9, электрвчв ийЕй- ;Bisx0v« I . ;кот«фюго является- нф-ШМ. шходом «а

Я %1ато| аг (Эд-вига фаз.:, : уг:оЙ,.;В,№сод свет ед елйтедя 2 сдаадйеекй е щряжен ;, ; с ;Чж1«чее1си- :посяедова е &йо; связак : нбюда яовсфотвой арйэ{ е й 9, е ювпйен- ,; б врзмощностыо лйя йой о иеремеще- ; №Ш яо иаиравяеншз яадёния - етрайсё- :. аая , M-N, зеркаЛйм 10 вторым ; усчрт бйством ввода оптического йзлучешя ВТ оптическое вйпокно 11, вторад оятичёеким ВОЛОКНО 12 н вторым

фотоиреоб разова Рёяем 13 эл ктриче ский зэьЕсод II которого является BTS30

35

ля 8, аерроро нереключатеня 14, ия- B TSpat5, второго переключателя 16 выход которого соединен с объ инен- кыют |5фе;обр«зова реля I злект рического нш|раже1шя в св«тов поток и измерителя 17 частоты,

В этом контуре наличие инвертора 15 неегбхо;Е имо для выпояяетай усл вия , ври Котором во время Яостувнени а фотоззреобразователь 8 излучения с йреоб;разователя 1 эйект|ШЧеско1 о напряже1а1Я в световой поток, ррошед- шего оитйческий путь через онтичес кое волокне 4 и отрезок оптического волокна блока 6 оятиЧескйг волокон, срьЕЕйлась йййуче- ния г еобраэевателя t зл ктраческо го йайряженйя в световой И на оборот, ирес1ёразователь t электрического напряжения в световой генерирует при отсутствии изяуче|шя на фотояреобразоватейе 8 т.е. из-за конечйой величины скорости расвфост- раненйя излучеш1й в ойтическом волокне,, в зт(эм замкнутом контуре возникает г-ейерацйя прямоугольных световых импульсов со скважностью два, частота которых однозначно связана с

рым вькедбм калибратора сдвига фаз.

/Ъккоц первого фдтойрео&разоаате- ля 8 соединен с одним из входов первого переключателя 14, вшо которого через ийвертсф 15 подкгаючей к одвЬму из входов второго переключа- теля 16, выход KoToi ore соединен раялельио с входами щ ёобразователя 1 электрического напряжения в световой лоток и измерителя 1 частоты.Выход

фотощ еобразователя 13 соеди-50 общей длиной отрезка оптического во

НШ1 с другим входом первого переключателя 14 другой вход второго переключателя 16 подключён к выходу генератора 18 исходных электрических гар- моиических колебаний.55

Устройство работает следунадш об раэт«.

При. установке первого переключателя 14 в .полшсение, когда выход последнего соединяется с выходом фотопреобразователя 8, а второй переключатель t6 установлен в положение, когда его выход соединяется с выходом инвертора 15 и оптические переключатели 5 и 7 установлены в положение, когда их выходы соединены с первым отрезком оптического волокна блока 6 оптических волокон. При этом образуется замкнутый контур, состоящий из последовательно соединенник преобразователя 1 элекч ическога напряжения в световой поток, светоделителя 2, первого устройства ввода оптического (Излучения в оптическое волокно 3, оптического волокна 4, первого оптического я еключателя 5, первого отрезка оитическогв волокна близка 6 оптисческик волокон, второго оптического

яерекляочателя 7, фотоиреобразовате5

0

5

0

5

ля 8, аерроро нереключатеня 14, ия- B TSpat5, второго переключателя 16, выход которого соединен с объ инен- кыют |5фе;обр«зова реля I злект- рического нш|раже1шя в св«тов поток и измерителя 17 частоты,

В этом контуре наличие инвертора 15 неегбхо;Е имо для выпояяетай условия , ври Котором во время Яостувнения а фотоззреобразователь 8 излучения с йреоб;разователя 1 эйект|ШЧеско1 о напряже1а1Я в световой поток, ррошед- шего оитйческий путь через онтичес . кое волокне 4 и отрезок оптического волокна блока 6 оятиЧескйгс волокон, срьЕЕйлась йййуче- ния г еобраэевателя t зл ктраческо го йайряженйя в световой И наоборот, ирес1ёразователь t электрического напряжения в световой генерирует при отсутствии изяуче|шя на фотояреобразоватейе 8 т.е. из-за конечйой величины скорости расвфост- раненйя излучеш1й в ойтическом волокне,, в зт(эм замкнутом контуре возникает г-ейерацйя прямоугольных световых импульсов со скважностью два, частота которых однозначно связана с

локна блока 6 оптических Волокон, плюс путь, проходимый излучением от преобразователя 1 злектрического напряжения в световой поток до оптического волокна 4, длина которого определяет верхний предел границы диапазона измерений измерителя 17 частоты. При включении устройства (по- скользу еще нет никакого излучения

на фотоприемнике 8) начинает излучать преобразователь 1 электрттеско- го напряжения в световой поток и тем самым начинается генерация прямоуголных световых импульсов, в описанном выше контуре, с некоторой частотой fji , значение которой определяется с помощью измерителя 17 частоты.

При установке первого перелслюча- теля 14 в положение, когда выход последнего соединяется с выходом фото- преобразоватапя 13, а второй переключатель 16 остается в предыдущем положении и оптические переключатели 5 и 7 также, как и в первом случае, устанавливаются в положение, когда их выходы соединены с первым отрезком оптического волокна блока 6 опткческ -ос волокон, образуется друго замкнутьй контур, при этом ранее об- разованньш контур раэрывается,Новый контур состоит из последовательно соединенных преобразователя 1 электрического напряжения в световой поток, светоделителя 2, поворотной призмы 9, зеркала 10, второго устройства ввода оптического излучения в оптическое волокно 11, второго оптического волокна 12, фотопреобразователя 13, первого переключателя 14, инвертора 15 и второго переключателя 16, выход которого соединен с объединенньми входами преобразователя 1 электрического напряжения в световой поток и измерителя 17 частоты.

В этом замкнутом контуре тоже возникает генерация прямоугольных световых, импульсов со скважностью два и некоторой другой частотой f. Подбл- рая соответствующие длину второго оптического волокна 12 и положение поворотной призмы 9 по оси M-N, устанавливают значения частот fj и f

равными, т.е.

ч 2.

выравниваются пути.

проходимые электромагнитной волной в рабочих каналах. После этого переключатель 16 устанавливается в поло- жеш1е, когда выход последнего соединяется с выходом генератора 18 исходных электрических гармонических колебаний, при этом ранее образованные замкнутые контуры разрьшаются.

Первьй рабочий канал устройства (канал опорного сигнала) образован элементами 2-8, а второй рабочий канал устройства (канал сигнала с пе;

5

0

ременной фазой) образован элементами 2, 9- 13.

Модулированный по интенсивности с g частотой f генератора 18 световой поток после светоделителя 2 распространяется по двум указанным вьше рабочим каналам калибратора фазовых сдвигов, а по достижении фотопреобразователей 8 и 13 преобраг-.уется в последни: в электрические сигналы и подается на выходы I и II устройства .

Так как предварительно выравне- ны пути прохождения электромагнитной волной в обоих рабочих каналах (установтшно равенство значений частот, генерируемых в обоих контурах иг-тульсов) 5 на выходе предлагаемого калибратора фазовых сдвигов будем иметь два электрических гармонических колебания частоты fr с нулевым фазовым сдвигом.

Требуемьп сдвиг по фазе задается 5 выбором соответствующего отрезка калиброванного оптического волокна в блоке 6 путем установки оптических переключателей 5 и 7 в требуемое по- ложение (дискретная установка разнос- 0 ти фаз) и соответствующей установкой . поворотной при:5мы 9 (перемещение призмы 9 вдоль оси MN обеспечивает плавное изменение разности фаз). При этом разность задержек в каналах есть

0

35

,

fz

f.

(1)

40

а сдвиг фаз гармонического сигнала на выходах устройства

360

(f, -fi)5 f,- f

:i80,(2)

45

50

т.е. оперируя частотами f (генератора 18) и f fj, ,о1 феделяемыми оптической длиной соответствующего канала, дискретно и плавно устанавливается любая разность фаз.

Число отрезков оптического волокна в блоке 6 выбирается таким, чтобы дискретно обеспечить требуемую вел1«ину фазового сдвига на выходе устройства в пределах 0-360(или 55 от -180 до +180°). Так, если число отрезков оптического волокна в блоке 6 равно , тогда и число положений в оптических переключателях 5 и 7 равно 13, то с учетом ну514465756

левого сдвига фаз в блок 6 включают-что позволяет реализовать калибратор

ся отрезки оптического волокна с та фазовых сдвигов в переносном варианкой длиной, чтобы обеспечить разность те. фаз между двумя соседни ш положения- ми переключателя . 360°/п- 1 30° , а

Формула изобретения

перемещением поворотной призмы 9 (M-N) обеспечивается фазовый сдвиг в пределах этих 30°,

те.

Формула изобретения

Калибратор фазовых сдвигов, содер- жашкй гфаобразоБатель электрического

Если, например, требуется получить iо напряжения в световой поток, оптина вьжоде предлагаемого устройства два гармонических сигнала}сдвинутых один относительно друх ого по фазе на 160 , тогда с помощью оптических лереключателей 5 и 7 выбирается б-и отрезок оптического волокна блока б, который обеспечит величину сдвига фазы 150 , а с помощью перемещения поворотной призмы 9 задается сдвиг фазы еще на 10 . В итоге на выходах предлагаемого калибратора фазовых сдвигов будут гармонические колебания с разностью фаз 160 .

Точность задания фазового сдвига

в предлагаемом капибраторе определя- 25 локон два оптических переключателя.

т.е. точностью измерения частое f и составляет 10

ется точностью установлен/аи: & t(1),

f.. 10° Кроме то

/ го, как следует из (2)5 величина задаваемого сдвига фаз не зависит от показателя преломления среды, т.е. точность задания фазов-ot o сдвига не ограничена точностью определения казателя преломления среды, в которой раопространяеуся опт-кческое излучение.

Упрощение по сравнению с известным калибратором, а значит и повьште- , ние надежности состоят в исключенш-г

два устройства ввода оптш1еского излучения в оптическое волокно, два оптических волокна, два переключателя, инвертор и измеритель частоты,

30 причем электрический выход каждого фотопреобразователя соединен с соответствующим входом первого переключателя, выход которого через инвертор соединен с одни« из входов второgr го переключателя, к другому входу ко- торого подключен выход генератора исходных электрических гармонических колебаний, а выход второго переключателя соединен параллельно с вхоинтерферрметрического канала контроля преобразователя электрическо- перемещения поворотной призмы 9, аг о напряжения в световой поток и также системы коммутации pa6o4iix опти-измерителя частоть, при этом второй ческик каналов на фотонреобразовате-выход светоделителя оптически соли. Кроме TorOj приводит к шрощеиигапрялсен через последовательно оптичес- и тот факт, что в предлагаемом калиб- соединенные первое устройство

раторе необходимо реализовать перемещение поворотной призмы 9 на рас стояние, равное длине волны гармони- ческог о колебания, деленное на число отрезков оптического волокна в блоке 6, т.е. деленное на число не менее десяти, а в известном калибраторе перемещение поворотной призмы производится на расстояние, равное длине волны того же гармонического колебания.

Предлагаемый калибратор не требует массивного виброзащитного основания.

чески сопряженньш с входом светоделителя, первьй которого через поворотную призму, вьшолненную с возможностью линейного перемещения по

направлению падения - отражения света, оптически связан с зеркалом, генератор исходных электрических гармонических колебаний и два фотопреобразователя электрические выходы которых соединены с выходами калибратора, отличающийся тем, что, с 11елью повышения точности задания сдвига фаз и повышения надежности в него введены блок оптических во-два устройства ввода оптш1еского излучения в оптическое волокно, два оптических волокна, два переключателя, инвертор и измеритель частоты,

причем электрический выход каждого фотопреобразователя соединен с соответствующим входом первого переключателя, выход которого через инвертор соединен с одни« из входов второго переключателя, к другому входу ко- торого подключен выход генератора исходных электрических гармонических колебаний, а выход второго переключателя соединен параллельно с вховвода оптического излучения в оптическое волокно, первое оптическое волокно, первьй,оптический переключатель, блок оптических волокон и второй оптический переключатель с оптическим входом первого фотопреобразователя j а зеркало через последовательно оптически соединенные второе устройство ввода оптического излучения в оптическое волокно и второе оптическое волокно сопряжено с оптическим входом второго фотопреобразоватея.