Оптико-электронный модуляционный спектрометр Советский патент 1991 года по МПК G01R23/17 

л

IJ

Изобретение относится к оптоэлектро- нике и предназначено для измерения и регистрации спектральной плотности радиосигналов в радиоастрономии. Цель изобретения - повышение числа регистрируемых спектральных отсчетов в единицу времени и упрощение спектрометра. Спектрометр содержит модулятор 1, спектральный приемник 2, акустооптический спектроанализатор 3, фотоприемник 4 на основе приборов с зарядовой связью (ФПЗС), генератор 5 реверсивных тактовых импульсов, счетчик 6, опорный генератор 7, регистрирующее устройство 9. ФПЗС 4 выполнен в виде секции накопления, выходных регистров и выходных устройств, при этом он содержит генератор секции накопления и генератор выходных регистров и выходных устройств. Дополнительно введен дифференциальный усилитель 8, входами соединенный с выходными устройствами а выходом - с регистрирующим устройством 9. 3 ил. сл с

Фиг.1

Изобретение относится к оптоэлектро- нике, предназначено для измерения и регистрации спектральной плотности мощности сигналов в радиоастрономии и является усовершенствованием устройства по авт.св. № 1290194.

Целью изобретения является повышение числа регистрируемых спектральных отсчетов в единицу времени и упрощение конструкции.

На фиг,1 представлена блок-схема оп- тико электронного спектрометра; на фиг.2 - подробная структурная схема и связи фотоприемника на приборах с зарядовой связью (ФПЗС), генератора реверсивных тактовых импульсов и дифференциального усилителя; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу спектрометра.

Оптико-электронный спектрометр содержит модулятор 1, первый вход которого является входом устройства и соединен с антенной А, соединенный по выходу с входом спектрального приемника 2. который соединен по выходу с электрическим входом акустооптического спектроанализатора 3, оптический выход которого связан с ФПЗС 4. Выход генератора 5 реверсивных тактовых импульсов соединен с управляющим входом ФПЗС 4, первый вход генератора 5 соединен с выходом счетчика 6, вход которого, вторые входы модулятора 1 и генератора 5 связаны с выходом опорного генератора 7, Электрический выход ФПЗС 4 соединен с входом дифференциального усилителя 8, выход которого связан с входом регистрирующего устройства 9.

ФПЗС 4 содержит секцию 10 накопления (СН), два выходных регистра (ВР) 11 и 12 и два выходных устройства (ВУ) 13 и 14. Электрический управляющий вход СН 10 соединен с выходом генератора 15 секции накопления, а управляющие входы регистров 11 и 12 и управляющие входы ВУ 13 и 14 соединены с первым и вторым выходами генератора 16 выходных регистраторов и устройств. Выход ВУ 13 соединен с прямым входом дифференциального усилителя 8, а вход ВУ 14 - с инверсным входом усилителя 8. Секция 10 накопления содержит одну строку ПЗС-ячеек.

Спектрометр работает следующим образом.

С приемной антенны А на вход спектрометра поступает радиосигнал, который в соответствии с сигналом опорного генератора 7 модулируется модулятором 1 с периодом Тм TI -т- Та (фиг.За). Спектральный приемник 2 осуществляет усиление модулированного сигнала в полосе частот приема и преобразует диапазон частот принимаемого сигнала в диапазон частот акустооптического спектроанализатора 3. В последнем происходит преобразование радиосигнала в оптический и его пространственное спектральное разложение. Выходной оптический сигнал спектроанализатора 3 проецируется на СН 10 (фиг.Зб) ФПЗС 4. В освещенных элементах фотоприемника накапливается заряд, пропорциональный интенсивности пада0 ющего света и времени накопления ФПЗС. Каждому элементу СН соответствует свой спектральный отсчет.

До начального момента времени to эле5 менты СН очищены, в счетчике 6 заполнено удвоенное (2п) число циклов синхронного накопления (п). В момент to на вход спектрометра подается сигнал Si и в СН происходит накопление заряда q в течение первого

0 полупериода модуляции TL С приходом импульса с опорного генератора 7 в момент времени ti происходит переключение Si на $2 с помощью модулятора 1, генератор 5 вырабатывает последовательность импуль5 сов, которая перемещает зарядовый рельеф, отображающий усредненный за время Ti спектр мощности сигнала Si из СН в ВР 11 (фиг.Зб), одновременно СН очищается. В этот же момент времени ti по импульсу с

0 опорного генератора 7 уменьшается содержимое счетчика 6. В течение времени Та в СН формируется зарядовый рельеф, отображающий спектр сигнала За. По следующему импульсу с опорного генератора 7 в момент

5 времени ta синхронно с переключением модулятора 1 генератор 5 вырабатывает обратную последовательность тактовых импульсов, которая переносит накопленные заряды в ВР 12. В этот же момент вре0 мени счетчик 6 уменьшает свое содержимое. Такое перемещение зарядовых пакетов из СН в ВР 11 или ВР 12 происходит до тех пор, пока число циклов синхронного накопления не будет равно за5 данному (п). В момент времени to + nTM счетчик 6 выдает сигнал, по которому генератор 5 вырабатывает тактовые импульсы, производящие вывод просуммированных зарядовых пакетов Q из ВР 11 и 12 одновре0 менно, причем заряды в ВР 11 накоплены за время nTi, а заряды в ВР 12 - за время пТа. В ВУ 13 и 14 зарядовые пакеты из соответствующих выходных регистров преобразуются в сигнал напряжения и поступают на

5 дифференциальный усилитель 8. Разностный детектированный сигнал Uq с выхода усилителя 8 записывается или отображается в регистрирующем устройстве 9 Предельное время накопления одного кадра связано с явлением термогенерации-рекомбинации и при температуре подложки ФПЗС 200 К может достигать нескольких часов.

Использование дтифференциального усилителя и ФПЗС с двумя ВРи ВУ выгодно отличает данный спектрометр от известного, так как путем реализации операции детектирования в аналоговом виде отпадает необходимость интегрального исполнения большей части элементов спектрометра, Кроме того, повышается число регистрируемых спектральных отсчетов в единицу времени в 10 раз или при заданном числе спектральных каналов в 102 раз уменьшается время интегрирования.

Формула изобретения Оптико-электронный модуляционный спектрометр по авт. св. № 1290194, отличающийся тем, что, с целью повышения

Фиг. Z

числа регистрируемых спектральных отсчетов в единицу времени и упрощения конструкции, в него введен дополнительно дифференциальный усилитель, а фотоприемник на основе приборов с зарядовой связью выполнен в виде секции накопления, двух выходных регистров, соединенных с двумя выходными устройствами, подключенными к соответствующим входам

0 дифференциального усилителя, выход которого соединен с регистрирующим устройством, и двух генераторов, при этом электрический управляющий вход секции накопления соединен с генератором секции

5 накопления, управляющие входы выходных регистров параллельно подключены к первому, а управляющие входы выходных уст- ройств - к второму выходам другого генератора.

ч ч 1

Фие.З

tin

°Ј

„- ПИ

0 я