Акустооптический частотомер Советский патент 1991 года по МПК G01R23/00 

Фиг 1

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для панорамного измерения частоты радиосигналов в системах связи и радиопеленгации.

Цель изобретения - повышение точности измерения частоты радиосигналов

На фиг.1 представлена функциональная схема предлагаемого акустооптического частотомера; на фиг 2 и 3 - функциональные схемы блока обработки и блоки управления; на фиг 4 - временные диаграммы блока управления.

Акустооптический частотомер (фиг.1) содержит последовательно расположенные на оптической оси лазер 1, коллиматор 2, акустооптический модулятор 3 с пьезопре- образователем. линзу 4, фотоприемник 5, N фильтров 6, блок 7 обработки последовательно соединенные блок 8 управления, синтезатор 9 частот, сумматор 10, выход которого соединен с управляющим входом модулятора 3, а другой вход является входом устройства.

Блок 7 обработки (фиг.2) содержит N каналов определения частоты, каждый из которых содержит формирователь 11, электронный ключ 12, счетчик 13, регистры 14 и 15, компаратор 16, сумматор 17сустановоч- ным входом 18.

Блок 8 управления (фиг.З) содержит тактовый генератор 19, триггеры 20 и 21. ждущий мультивибратор 22, элемент И 23, триггер 24 и элементы И .

Акустооптический частотомер работает следующим образом.

Световой луч лазера 1 с помощью коллиматора 2, состоящего, например, из двух линз, подают на акустооптический модуля- тор 3. Исследуемый радиосигнал поступает на вход сумматора 10, а затем на пьезопре- образователь, с помощью которого возбуждает в звукопроводе акустооптического модулятора 3 бегущую звуковую волну. Све- товой луч дифрагирует на этой волне. При этом угол дифракции пропорционален частоте радиосигнала, вследствие чего световые лучи, дифрагировавшие на сигналах с различными частотами, пройдя через линзу 4, фокусируются на различные участки пози- ционно-чувствительного фотоприемника 5.

Первый элемент фотоприемника играет роль полосового фильтра с центральной частотой f0 и полосой пропускания Af. Инфор- мация об огибающей радиосигнала при этом снимается с нагрузочного сопротивления элемента фотоприемника 5, соответствующего несущей частоте данного сигнала.

Значение частоты радиосигнала определяется номером фотоприемника п, на котором появляется фотоэлектрический сигнал

f fo + (n - 1) Af, n 1, 2, .., N. где Af - разрешающая способность модулятора;

fo центральная частота полосового фильтра:

N - число элементов фотоприемника 5.

Повышение точности в предлагаемом акустооптическом частотомере происходит следующим образом.

На второй вход сумматора 10 подается опорный сигнал, формируемый синтезатором 9 частот и представляющий собой сумму гармонических сигналов с эквидистантной сеткой частот

+ tn - 1)Af, n - 1, 2N.

В этом случае зеличина фототока, протекающего через нагрузочные сопротивления фотоприемника, пропорциональна интенсивности суммарного светового поля и содержит гармоническую составляющую биений, являющуюся результатом смешения на светочувствительном элементе фотоприемника 5 различающихся по частоте световых пучков, дифрагировавших на из меряемом и опорном ультразвуковых сигналах. Фотоэлектрический сигнал, снимаемый с выхода элемента фотоприемника 5, поступает на полосовой фильтр 6 с полосой пропускания Af, равной разрешающей способности акустооптического модулятооа 3, который выделяет сигнал биений с частотой д f. Указанная фильтрация позволяет отсечь паразитные биения, образованные за счет смещения на светочувствительных элементах фотоприемника 5 опорных световых пучков и боковых крыльев сигнального дифракционного пучка. Поэтому при изменении частоты измеряемого сигнала пределах fr, - Af/2 f fn + Af/2 сигнал биений будет на выходе только одного фильтра 6, подключенного к n-му элементу фотог чием- ника 5.

Частота сигнала биений рапна разнос/и частот измеряемого и п-го опорного сигна лов и не превышает величины Af. Поэтом-; измерением частоты сигнала биений 6 f можно уточнить значение частоты входного сигнала

Тизм frp ,

где frp f0 (n - 1) A f - значение грубого отсчета частоты, которое определяется номером фотоприемника п, на котором появляется фотоэлектрический сигнал биений.

Для устранения неоднозначности определения частоты сигнала в предлагаемом

частотомере может использоваться серийный синтезатор частот типа 46-71, который под действием управляющего сигнала с блока 8 управления (фиг.4) смещает сетку опорных частот на величину д fon:

fn fo+(n - 1) Af- (5 fon, n 1,2N.

При этом частота биений становится равной д f, и алгоритм определения частоты будет иметь следующий вид:

если д f1 д f, то (изм f0 + (п - 1) Д f + 5 f; если д f1 д f, то W - to + (п - 1 ) Д f - 5 f.

В предлагаемом частотомере измерение Idfl и определение sgn((5 f) осуществляются в блоке 7 обработки, который содержит N каналов определения частоты, может быть выполнен на серийных цифровых микросхемах (м/сх) (фиг.2) и использует для определения Idfl известный метод, основанный на подсчете числа импульсов в течение образцового интервала времени. Работу блока 7 обработки иллюстрируют диаграммы (фиг.4),

Сигнал биений с выхода фильтров 6 подается на вход формирователя 11, который представляет собой триггер Шмидта На его выходе формируются электрические колебания прямоугольной формы, соответствующие частоте сигнала биений д f, которые поступают далее на электронный ключ 12. Импульсы с генератора 19 (фиг.4а), частота которых удовлетворяет условию 5 тмин, поступают на ключ 12, открывая его на время тп (фиг.46). Длительность образцовых импульсов тп выбирается больше длительности сформированных синтезатором 9, поэтому на выходе ключа 12 появляются пачки импульсов (фиг.4з). Число импульсов в пачке подсчитывает двоично-десятичный счетчик 13. Перед началом счета счетчик 13 сбрасывается в нулевое состояние сигналом логической 1 (фиг.4ж), формируемым ждущим мультивибратором 22. Логическое состояние счетчика 13 записывается в один

из двух регистров 14 и 15, на логическом входе разрешения записи которого присутствует импульс разрешения записи с блока 8 (фиг.4д, е), который формируется логическими элементами И 25 и 26. Импульсы разрешения записи поступают поочередно на регистры 14 и 15 (м/сх К155ИР15) синхронно с изменением сетки частот синтезатора 10, работой которого управляют импульсы с

выхода Т-триггера 24 блока 8 (фиг.4г). Следовательно, после одного такта изменения частот опорных сигналов синтезатора 9 в регистрах 14 и 15 будут записаны коды частот сигналов биений д f и д f. При поступлении с блока 8 импульсного напряжения (фиг,4и) , которое вырабатывается логическим элементом И 27, на входы разрешения считывания регистров 14 и 15 коды частот сигналов биений д f и д f с их выходов

поступают на цифровой компаратор 16.

Допустим, что на входе акустооптиче- ского частотомера присутствует радиосигнал и его частота близка к частоте fn. В этом

случае при поступлении с блока 8 импульсного напряжения (фиг.4и), вырабатываемого логическим элементом И 27, на входы считывания регистров 14 и 15. в которых после одного такта изменения частот опорных сигналов синтезатора 9 записываются коды частот си чйлов биений соотпртсгвен- но д f и di, эти коды частот с их выходов поступают на цифровой компаратор 16 (м/сх К561ИП2). Выход цифрового компаратора 16 соединен ши :ой данных (фиг.2) с входом сумматора 17. Цифровой компара- юр 16 на м/сх К561ИП2 имеет три выхода, на которых в зависимости от сочетания ко дов частот д i и д f будут формироваться

соответствующие управляющие логические сигналы.

Возможны следующие случаи. Если сигнал присутствует на входе частотомера и его частота f fn. тогда на входах

компаратора 16 коды частот сигналов биений

Изобретение относится к технике радиоизмерений и может быть использовано для измерения частоты радиосигналов в системах связи, радиопеленгации и системах оптической обработки информации Цель изобретения - повышение точности измерения частоты радиосигналов Вычисление значения частоты осуществляется в блоке 7 обработки на основе измерения частоты сигнала биений, выделяемого фильтром 6 из сигнала фотоприемника 5, являющегося результатом смешения на светочувствительном элементе фотоприемника 5 различающихся по частоте световых пучков, дифрагировавших на измеряемом и опорном сигналах. Грубое значение частоты определяется номером элемента фотоприемника 5, на котором выделяется сигнал биений, с точностью до разрешающий способности модулятора 3Точное значение частоты определяется по частоте сигнала биений равной разности частот измеряемого и одного из опорных сигналов с помощью новых блоков, сумматора 10, синтезатора 9 частот, блока 8 управления. Акустооптический частотомер содержит также последовательно расположенные на оптической оси лазер 1,коллиматор 2,акустооптический модулятор 3, линзу 42 з п ф-лы, 4 ил (Л с

а на его выходах формируется следующая комбинация логических сигналов

При частоте сигнала близкой к fn (т.е. руются следующие комби) ации погических f fn) коды частот сигналов биений д f & 0, сигналов: д f1 и на выходах компаратора 16 форми- 55

выход д f д f - сигнал Лог. 1

при д f д f1 выход д f д f1 - сигнал Лог.О

выход 6 f д f1 - сигнал Лог.С

выход д f д f - сигнал Лог.О Bbixofl(3f(5f -сигнал Лог. 1 выход д f д f1 - сигнал Лог.О

выход д f 6 f - сигнал Лог.О

(Н выход д f д f - сигнал Лог.1

выход д f 5 f1 - сигнал Лог.О

При отсутствии сигнала нз входе частотомера сигналов биений нет, т.е. коды частот д f 0 и д f 0. В этом случае на выходах компаратора 16 формируется следующая комбинация логических сигналов:

выход д f д f - сигнал Лог.О выход д f д f - сигнал Лог.О выход д f д f - сигнал Лог. 1

Видно, что на выходе д f д f компаратора 16 сигнал логической 1 формируется только в случае отсутствия на входе частотомера измеряемого радиосигнала. Этот логический сигнал по шине данных с выхода компаратора 16 подается на вход сумматора 17 и именно он запрещает выдачу результата на индикатор n-го канала, т.е. прохождение кода частоты fn на выход в случае отсутствия сигналов биений.

Для выполнения указанных в описании функций сумматор 17 может быть реализован на м/сх К564ИПЗ. В этом случае требуются две микросхемы. Первая из них выполняет арифметическую функцию сложения кодов частот д f и fn, вторая м/сх К564ИПЗ - функцию логического перемножения результата сложения кодов д f и fn с инвертированным логическим сигналом с выхода д f - д f1 м/сх К561ИП2, который также передается по шине данных с выхода компаратора 16. Поэтому на выходе второй м/сх К564ИПЗ код измеряемой частоты формируется только в случае фиксации в п-м канале сигнала биений. Наличие сигнала на входе частотомера будет регистрироваться только на индикаторе n-го канала. На индикаторах остальных каналов с номерами с 1-го по п- 1-й и с n+1-ro по N-й высвечивается нулевой код частоты, что свидетельствует об отсутствии сигналов соответствующих частот на входе устройства.

Использование частотомера позволяет осуществить точное панорамное измерение частоты радиосигналов. С его помощью точность измерения частоты можно повысить по всех частотных диапазонах работы аку- стооптических модуляторов от 10-метрового до 10-сантиметрового.

Формула изобретения

5 сумматор, причем выход формирователя соединен с первым входом электронного ключа, второй вход которого соединен с вторым выходом блока управления, а выход подключен к счетному входу счетчика, управляю0 щий вход которого соединен с третьим входом блока управления, а выход - с информационными входами первого и второго регистров, вход записи первого регистра соединен с четвертым выходом блока управле5 ния, вход записи второго регистра соединен с пятым выходом блока управления, шестой выход которого подключен к входам считывания первого и второго регистров, информационные выходы которых соединены

0 соответственно с входами компаратора, выход которого соединен с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого регистра, третий вход является информационным входом, а выход5 информационным выходом частотомера

5 первого триггера соединен с выходом тактового генератора, а третий вход соединен с вторым выходом второго триггера и третьим входом первого элемента И, первый вход которого соединен с третьим входом и вто- пым выходом третьего триггера, которые

подключены к первому входу третьего элемента И, второй вход которого соединен с первым выходом второго триггера, входом ждущего мультивибратора и первым входом второго элемента И, выход которого является четвертым выходом блока управления, второй вход второго триггера соединен с выходом четвертого элемента И, первый и второй входы которого соединены с выходом ждущего мульти/ - на нал 5лона 7

вибратора и являются третьим выходом блока управления, вторым выходом которого служат объединенные первый выход первого триггера и второй вход третьего триггера, первый выход которого соединен с его первым входом и вторым входом второго элемента И и является первым выходом блока управления, пятым выходом которого является выход третьего элемента И.

фиг 2

Ъл1

1- N началы

фиг.Ъ

Фиг Л