Спектроанализатор с временным интегрированием Советский патент 1990 года по МПК G01R23/17 

я

ft

15

ГхПЪ

/ NJ

f LJ

Изобретение относится к области оптической обработки информации и предназначено для использования в задачах, связанных со слектрлльным анализом электрических сигналов в реальном масштабе времени.

Целью изобретения является увеличение отношения сигнал/шум на выходе с}пектрсанализатора.

На чертеже приведена функционально Зтруктурная схема спектроанализатора.

Устройство содержит дискретизатор

I,вход которого является входом Спектроанализатора, а выход электри- Чески связан с входом линии 2 задержки и входом анализатора 3 полярности. Выход линии 2 задержки электрически Связан с входом двухполупериодного Выпрямителя 4, выход которого элект- рнчески связан с входом блока 5 управления. Выход блока 5 управления электрически связан с источником 6 света. Источник 6 света оптически связан через коллиматор 7 с оптичес- кими входами двух последовательно расположенных встречно включенных акус- Тооптических модуляторов (АОМ) 8 и 9, на электрический вход одного из которых подается сигнал с выхода генера- Тора 10 опорного сигнала, а на электрический вход второго АОМ подается сигнал с выхода электрического ключа

I1,один вход которого электрически Связан с выходом генератора 10 опорного сигнала, а второй вход электрически связан с выходом инвертора 12, вход которого электрически связан с йыходом генератора 10 опорного сигнала. Выход анализатора 3 полярности электрически связан с входом управления электрического ключа 11. Оптические выходы двух последовательно расположенных встречно включенных АОМ 8

и 9 оптически связаны с системой пе- реноса изображения из сферических линз 13 и J4. Система переноса изоб-1 ражения оптически связана с входом фотоприемника 15, электрический выход которого является выходом всего уст- ройства.

Устройство работает следующим образом.

Входной сигнал U(t) преобразуется дискретизатором 1 в последовательност отсчетов входного сигнала

N-i

ZLu(nut)rect(

t - nut -Јu/2

ъ,

,

где fit - интервал дискретизации;

L u - длительность импульса отсчета,

и подается на анализатор 3 полярности и на линию 2 задержки. Задержанная последовательность импульсов отсчетов входного сигнала

ЈиГпШгесС(.:.1)

ju

.где Т - алертурное время AOF, после преобразования дсухполупериодным выпрямителем в последовательность одно- полярных импульсов Н-

)|rect(

t-- nbt

.

)

поступает на блок 5 управления, модулирующий по интенсивности излучение

источника 6 света

N-пл

Kn&tb Zl |u(nbt) rect(tra&p i).

Јu

В плоскости фокусировки сканирующих световых пятен, которая при незначительной скорости изменения частоты в линейно-частотно-модулированном (ЛЧМ ) сигнале генератора 10 опорного сигнала совпадает с Локальной плоскостью первой сферической линзы 13 системы переноса изображения, световое распределение в области первых дифракционных порядков в момент времени t n&t можно упрощенно записать

Е4 (X,n&t) (nbt)j &(X + Vc

(niyt)

xn&t + XQ) e

в области +1 дифракционного порядка и

Е4 (Х.пДО л.- (U(nut)j 8(Х + Vc nbt + Х0)

в области -t-1 дифракционного порядка,

ЛОЭ-АГ

где Vfi Jff™скорость сканирования светового пятна; ЛСО- полоса ЛЧМ-сигнала: fl - длина волны света; F - еЬокусное расстояние первой сферической линзы; V - скорость ультразвуковых волн; Tq - период ДЧМ сигнала, равный периоду анализа; X UC3 ft Ft

2W Т,

- координата в Фокальной

плоскости первой сферической линзы;

У -

л - -

2fr

начальное положение

сканирующего светового пятна, определяемое начальной частотой (00 ЛЧМ-сиг

нала, создаваемого генератором опорного сигнала, ЛЧМ-сигнал можно записать так: т

ег

15628636

a(t) - cos(U0t + -Ц--),

., 2UCO где у -- - коэффициент и

5 циональности, характеризующий скорость изменения частоты,

Изобретение относится к области оптической обработки информации и предназначено для использования в устройствах, связанных со спектральным анализом электрических сигналов в реальном масштабе времени. Цель изобретения - увеличение отношения сигнал/шум. Спектроанализатор содержит расположенные на одной оптической оси и оптически связанные источник 6 света с блоком 5 управления, коллиматор 7, встречно включенные акустооптические модуляторы света (АОМ) 8, 9, связанные с генератором 10 опорного сигнала, сферические линзы 13, 14 и фотоприемник 15. Цель изобретения достигается тем, что в спектроанализатор введены дискретизатор 1, вход которого является входом спектроанализатора, линия 2 задержки и анализатор 3 полярности, входы которых электрически связаны с выходом дискретизатора, двухполупериодный выпрямитель 4, вход которого электрически связан с выходом линии 2 задержки, а выход - с блоком 5 управления источника 6 света, инвертор 12 и электрический ключ 11. Причем вход инвертора 12 и первый вход ключа 11 электрически связаны с выходом генератора 10 опорного сигнала, второй вход ключа 11 электрически связан с выходом инвертора 12, выход ключа 11 соединен с входом АОМ, а выход анализатора 3 полярности соединен с входом управления ключа 11. При этом формирование выходного сигнала происходит с более высоким отношением сигнал/шум за счет инвертирования отрицательных частей сигнала, спектрального анализа положительных и инвертированных отрицательных частей сигнала с изменением на φ фазы сигнала, подаваемого на АОМ от генератора 10 опорного сигнала во время анализа отрицательных частей сигнала и 9 последовательного накопления энергии света на фотоприемнике 15. 1 ил.

qi(nut)

rect -----™ -- --) при U (nit) 0;

О

при U (nut) 0.

Инвертор 12, подключаемый с помощью электрического ключа 11 к выходу генератора JO опорного сигнала, ин- 15 вертирует во время анализа отрицательных отсчетов сигнала электрический сигнал, подаваемый на -вход одного из

Е+ (n&t,CO,) - |U(n&t)| e

от +1 дифракционного порядка, где Tq - время анализа, равное времени накопления фотоприемника.

В результате интегрирования этих световых распределений во времени на выходе фотоприемника за N вспьчпек лазера полный заряд, накопленный фотоприемником при анализе сигнала, пропорционален функции N-1

Q l|u(nit:)UT + |s(2u,vc)h

,X0 + P(2W,VC)

ZjlKnbtOlAT,

max|U(nut)| /Ta,

n«o

Первый член определяет постоянную составляющую заряда, а огибающая второго - амплитудный спектр входного сигнала U(t).

Таким образом, постоянная составляющая заряда в предлагаемом устройстве будет определяться ми

Qo

а не

как в известном устройстве, так как М-(

21 lu(nit) Ut4 max U(nit)| Та, h-o причем для сигналов с пик-Фактором,

значительно большим 1, неравенство становится сильным, таким образом постоянный уровень заряда в предлагаемом устройстве оказывается меньше, поэтому амплитуда полезно составляющей может быть сделана больше (отношение сигнал/шум выше) и при этом йю топриемник 15 будет находиться в липри U (nut) 0.

ДОМ. Вторая сферическая линза 14 системы переноса изображения создает в плоскости фотопркемника 15 амплитуд- но -фазовое распределение света, которое можно записать в виде

;jwxVciut

-I и

If (nut)

ценном режиме. Учитывая вид реальной светосигнальной характеристики фотоприемника, в качестве которого обычно используются приборы с зарядовой связью, ясно, что отношение сигнал/шум на выходе предлагаемого устройства выше, чем в известном устройстве. В известном устройстве отношение сигнал/шум зависит от пик-фактора анализируемых сигналов (падает с ростом пик-фактора). Численные расчеты на ЭВМ, проведенные по формулам для 00 и Qotlp показали, что увеличение отношения сигнал/шум составляет величину порядка 14 дБ (в качестве сигнала использовался полигармонический сигнал со случайными начальными (Ьазами, расположенными на интервале rO 2li.}

Формула изобретенияСпектроанализатор с временным интегрированием, содержащий расположенные на одной оптинеской оси и последовательно оптически связанные источник света с блоком управления, тсолли- .матор, два встречно включенных акус- тооптических модуляторов света,, электрически связанных с генератором - опорного сигнала, первую и вторую сферические линзы и фотоприемник, электрический выход которого соединен с выходом спектроанализатора, о т - лич ающийся тем, что, с целью увеличения помехоустойчивости,

715628638

введены дискрегизатор, вход которогопервый вход электрического клоча соединен с входом спектроанализатора,электрически связаны с выходом гена- линия задержки и анализатор полярное-ратора опорного сигнала, второй вход тчэ входы которых электрически сзяза- ,электрического ключа электрически ны г выходом дискретизатора, двухпо-соединен с выходом инвертора, выход лупериодный выпрямитель9 вход которо-электрического ключа электрически го электрически соединен с выходомсоединен с электрическим входом одно- линии задержки, а выход электрическиго из акустооптических модуляторов соединен с входом блока управления- дсвета, а выход анализатора полярности источником свата, инвертор и электри-электрически соединен с входом управ- ческий ключэ причем вход инвертора иления электрического ключа.