Фазометрическое устройство Советский патент 1989 года по МПК G01R25/04 

му управляющему входу фотоприемника 13. Каждый из четырех входов переключателя 1 соединен с одним из входов или выходов устройства. Введение элементов 1, 15, 16 с их функциональными связями позволяет исключить из оптической схемы устройства два источника модулированного излучения, пять светоделителей, шесть зеркал и три поляризатора, 1 ил.

Изобретение относится к технике фазовых измерений и предназначено для использования в калибраторах фазы и фазометрах. Фазометрическое устройство содержит преобразователь 2 электрического напряжения в световой поток, электрический вход которого соединен с первым входом устройства, а оптический выход сопряжен с первым светоделителем 3, первый выход которого через оптический клин 4 и первую призму 5 сопряжен с оптическим входом первого фотопреобразователя 6, электрический выход которого подключен к первому выходу устройства . Второй выход светоделителя 3 через переменную оптическую задержку, состоящую из последовательно оптически связанных подвижной призмы 7, механически соединенной с интерфференционным лазерным измерителем перемещений 8, и неподвижной призмы 9, сопряжен со вторым светоделителем 10, первый выход которого через вторую призму 11 сопряжен с оптическим входом второго фотопреобразователя 12, электрический выход которого подключен ко второму выходу устройства . Второй выход светоделителя 10 сопряжен с оптическим входом фотоприемника 13, электрическим выходом подключенного к нуль-индикатору 14. С целью упрощения и повышения надежности устройства в него введен переключатель 1, выход которого через последовательно соединенные усилитель 16 и фазоинвертор 15 подключен к электрическому управляющему входу фотоприемника 13. Каждый из четырех входов переключателя 1 соединен с одним из входов или выходов устройства . Введение элементов 1,15,16 с их функциональными связями позволяет исключить из оптической схемы устройства для источника модулированного излучения, пять светоделителей, шесть зеркал и три поляризатора. 1 ил.

1

Изобретение относится к технике фазовых измерений и может использоваться для получения двух электрических сигналов, сдвинутых один отно- ,сительно другого по фазе на заданную величину, а также для измерения относительных фазовых сдвигов двух : электрических сигналов.

Цель изобретения - упрощение и noвышение надежности фазометрического устройства.

На чертеже изображена структурно- функциональная схема фазометрического устройства.

Фазометрическое устройство содержит преобразователь 1, первый вход которого соединен с объединенными первым входом устройства и входом преобразователя 2 электрического на- пряжения в световой поток, а второй вход переключателя 1 соединен со вторым входом устройства. Преобразователь 2 через первый светоделитель 3, оптический клин 4 и призму 5 оптически сопряжен с первым фотопреобразователем 6, выход которого соединен с первым выходом устройства и третьим входом переключателя 1. Светоделитель 3 также оптически сопряжен с пе ременной (регулируемой) оптической задержкой, состоящей из подвижной призмы 7, которая механически соединена с интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений, оптически сопряженной с последовательно установленной неподвижной призмой 9. i Переменная регулируемая оптичес- .кая задержка через выход призмы 9 оптически сопряжена последовательно с вторым светоделителем 10, призмой 11 и вторым фотопреобразователем 12, выход которого соединен со вторым выходом устройства и четвертым входом переключателя 1. Светоделитель 10 также сопряжен с оптическим входом

Q

5

0 5 0 Q

5

5

фотоприемника (лавинного фотодиода) 13, электрический выход которого соединен с нуль-индикатором 14, а элект рический управляющий вход (вход напряжения смещения) лавинного фотодиода 13 через фазоинвертор 15 и усилитель 16 соединен с выходом переключателя 1.

Фазометрическое устройство работает следующим образом.

В режиме автоповерки производится устранение ошибок, вносимых положением подвижной призмы 7 переменной оптической задержки и положением призм 5 и 11, и осуществляется контроль соответствия нулей переменной оптической задержки и нуль-индикатора 14.

Переключатель 1 устанавливается в положение, при котором усилитель 16 соединяется с объединенными первым входом устройства и входом преобразователя 2. На вход преобразователя 2 подается напряжение с первого вхо- да устройства. Выходящий из преобразователя 2 модулированный по интенсивности световой поток, отражаясь от первого светоделителя 3, проходит призмы 7 и 9 переменной оптической задержки и, пройдя второй светоделитель 10,попадает на оптический вход лавинного фотодиода 13, сигнал с которого поступает на нуль-индикатор 14.

Напряжение с первого входа устройства через переключатель 1, усилитель 16 и фазоинвертор 15 подается также на электрический вход f вход напряжения смещения ., лавинного фотодиода 13,чувствительность которого очень сильно зависит от напряжения смещения.

Перемещением подвижной призмы 7 переменной оптической задержки добиваются минимального показания нуль

индикатора 14. Положение призмы 7 фиксируется при этом, как соответствующее нулевому показанию нуль-индикатора 14.

Затем переключатель 1 устанавливается в положение, при котором усилитель 16 соединяется с объединенными выходом фотопреобразователя 6 и первым выходом устройства. На вход преобразователя 2 подается напряжение с первого входа устройства. Выходящий из преобразователя 2 световой поток, пройдя первый светоделитель 3, оптический клин 4 и призму 5, поступает на вход первого фотопреобразователя 6. Сигнал с выхода первого фотопреобразователя 6 подается на первый выход устройства, а затем через переключатель 1, усилитель 16 и фазоинвертор 15, поворачивающий фазу сигнала на 180 , поступает на вход напряжения смещения лавинного фотодиода 13, сигнал которого регистрируется нуль-индикатором 14. i i

Отраженный от светоделителя 3 световой поток проходит призмы 7 и 9 переменной оптической задержки и светоделитель 10 и попадает на другой вход лавинного фотодиода 13. Нуль-индика- тор 14 регистрирует показание, отличное от минимального. Перемещением призмы 5 добиваются минимального показания нуль-индикатора 14. Положение призмы 5 регистрируется при этом как нулевое.

Затем переключатель 1 устанавливается в положение, при котором вход усилителя 16 соединяется с объединенными вторым входом устройства и выходом второго фотопреобразователя 12. На вход преобразователя 2 подается напряжение с первого входа устройства, и выходящий из преобразователя 2 световой поток, отражаясь от первого светоделителя 3, проходит призмы 7 и 9 переменной оптической задержки и второй светоделитель 10 и попадает на оптический вход лавинного фотодиода 13, сигнал с которого поступает на нуль-индикатор 14. Отраженный от второго светоделителя 10 световой поток, пройдя призму 11, подается на вход второго фотопреобразователя 12, сигнал с выхода которого поступает на второй выход устройства, а затем через переключатель 1, усилитель 16 и фазоинвертор 15 - на электрический вход лавинного фото

0

5

0 5

о

5

0

5

0

5

диода 13. Перемещением призмы 11 снова добиваются минимального показания нуль-индикатора 14. Положение призмы 11 регистрируется при этом, как нуле вое.

Б режиме калибратора фазы переключатель 1 устанавливается в положение, при котором усилитель 16 соединяется с объединенными первым входом устройства и входом преобразователя 2.

На первый вход устройства подается гармоническое напряжение необходимой частоты, в результате чего на выходе преобразователя 2 появляется модулированный по интенсивности световой сигнал, который на первом светоделителе 3 делится на два потока: .проходящий и отраженный. Проходящий 1поток направляется на оптический клин 4 (позволяющий регулировать интенсивность светового потока при настройке), после прохождения которого вводится в призму 5, а затем регистрируется первым фотопреобразователем 6, Электрический сигнал с выхода фото- преобразователя 6 поступает на пер- i вый выход устройства.

Отраженный от первого светоделителя 3 световой поток попадает в переменную оптическую задержку, состоящую из подвижной призмы 7, величина перемещения которой регистрируется интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений, и неподвижной призмы 9. Выходящий из призмы 9 световой поток попадает на второй светоделитель 10 и, отразившись от него, проходит призму 11, а затем регистрируется вторым фотопреобразова- телем 12, с выхода которого электрический сигнал поступает на второй выход устройства.

Таким образом, формируемые на выходах фотопреобразователей 6 и 12 электрические сигналы подаются на первый и второй выходы устройства. Перемещением подвижной призмы 7 вдоль направления Ш при определении величины перемещения интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений задается желаемый фазовый сдвиг, обусловленный задержкой светорого потока. Оптический клин 4 позволяет выровнять интенсивности световых сигналов, поступающих на входы фотопре- образователеи 6 и 12.

В режиме измерителя фазового сдвига работа устройства происходит еле-

51

дующим образом. Переключатель I устанавливается в положение, при котором усилитель 16 соединяется со вторым входом устройства. На первый и второ входы устройства подаются электрические сигналы, фазовый сдвиг между которыми необходимо измерить. На вход преобразователя 2 подается электрический сигнал с первого входа устройства. Выходящий из преобразователя 2 модулированный по интенсивности световой поток, отражаясь от первого светоделителя 3, попадает в подвижную призму 7 переменной оптической задержки, причемвеличина перемещения этой призмы регистрируется интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений. Пройдя неподвижную призму 9 и второй светоделитель 10, световой поток регистрируется лавинным фотодиодом 13, сигнал которого поступает на нуль-индикатор 14. На электрический вход (вход напряжения смещения) лавинного фотодиода 13 через фазоинвертор 15 и усилитель 16 подается электрический сигнал со второго входа устройства.

Наличие фазового сдвига между исследуемыми электрическими сигналами, подаваемыми на первый и второй входы устройства приводит к уходу от минимального напряжения, регистрируемого нуль-индикатором 14, так как чувствительность лавинного фотодиода зависит от напряжения смещения, т.е. минимальное значение выходного тока лавинного фотодиода 13 будет регистрироваться нуль-индикатором 14 лишь при равенстве фаз сигналов.

Для компенсации этого фазового сдвига подвижную призму 7 регулируемой оптической задержки перемещают вдоль направления MN до тех пор, пока на нуль-индикаторе 14 не будет зарегистрировано минимальное показание По величине перемещения подвижной призмы 7, регистрируемой интерференционным лазерным измерителем 8 перемещений, определяется величина фазового сдвига между исследуемыми электрическими сигналами.

Исключение двух источников модулированного оптического излучения, представляющих собой, как правило, полупроводниковые лазерные диоды с соответствующими электронными схема

ми накачки, стабилизации мощности, температурной стабилизации и соответ- |ствующими оптическими коллиматорами или газовые лазеры с электрооптичес-| кими модуляторами и коллимирующими системами, а также исключение четырех затворов и оптических элементов с высоким значением интенсивности отказов: пяти светоделителей, всех пяти ; отражающих зеркал, двустороннего зеркала и трех поляризаторов позволяет (по сравнению с прототипом) повысить надежность предлагаемого фазо- метрического устройства за счет его упрощения.

Формула изобретения

Фазометрическое устройство, содержащее преобразователь электрического напряжения в световой поток, вход которого соединен с первым входом устройства, а выход оптически связан с

первым светоделителем, первый выход которого4 оптически связан через оптический клин и первую призму с первым фотопреобразователем, электрический выход которого подключен к первому выходу устройства, второй выход первого светоделителя оптически связан через переменную регулируемую оптическую задержку, механически связанную с интерференционным лазерным измерителем перемещений, с вторым светоделителем, первый выход которого оптически связан через вторую призму с вторым фотопреобразователем, электрический выход которого подключен к второму выходу устройства, и фотоприемник, электрический выход которого соединен с входом нуль-индикатора, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности устройства, в него введены дополнительно фазоинвертор, усилитель и переключатель, причем первый вход переключателя соединен с первым входом устройства, второй вход - с вторым входом устройства, третий вход - с

первым выходом устройства, четвертый вход - с вторым выходом устройства, а выход переключателя через усилитель и фазоинвертор подключен к управляющему электрическому входу фотоприемника, оптический вход которого cor

пряжен с вторым выходом второго тоделителя.

све