Способ измерения частоты гармонических электрических колебаний Советский патент 1993 года по МПК G01R23/00 G01R23/17 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения частоты гармонических электрических колебаний радиотехнического диапазона.

Цель изобретения - повышение точности измерения частоты.

На чертеже приведена функциональная схема устройства, являющегося примером конкретного выполнения способа.

Устройство содержит акустооптический модулятор 1 (АОМ), источник 2 плоской когерентной волны, включающий, например, лазер и коллиматор, фазовый транспарант 3 с законом распределения фазового пропускания exp ((Oo X/2V), амплитудный транспарант 4 с коэффициентом пропускания, из- меняющимся по закону Ci |x| полуволновая пластинка 5 для внесения знака - в амплитудную модуляцию на интервале X € -R, 0, фокусирующая линза 6, фотодетекторы 7, 8, предварительные усилители 9,10, имеющие Передаточную характеристику, пропорциональную корню квадратному из величины входного сигнала, усилитель 11 взвешивания, перемножитель 12.

00

ьэ ел

Устройство работает следующим образом.

В АОМ 1 анализируемые электрические колебания преобразуются в бегущую акустическую волну. Источник 2 освещает АОМ плоской когерентной оптической волной под углом Брэгга, в результате на выходе АОМ 1 образуются две волны 0-го и 1-го дифракционных порядков. Волна 1-го дифракционного порядка модулируется вдоль координаты X по амплитуде в соответствии с законом Ci X и по фазе, в соответствии с законом exp(-JKce x sin Изо). При этом суть операции амплитудной модуляции при помощи транспаранта 4 и полуволновой пластинки 5 заключается во взвешивании информационной значимости пространственных составляющих оптической волны вдоль координаты X. Операция фазовой модуляции, осуществляемой транспарантом 3, аналогична повороту оптической волны на фазовой дифракционной решетке, а угол поворота равен углу Брэгга 0 для частоты целеуказания УО. Таким образом, фазовая модуляция позволяет выделить разность пространственного изменения фазы, возникающую при изменении частоты сигнала и соответствующем изменении угла наклона оптической волны -1-го дифракционного порядка. Линза 6 фокусирует модулированную оптическую волну первого дифракционного порядка по закону XCiexp(-jKCB x sin $so). где X - координата плоскости регистрации оптической волны; Ксв 2 л/Асв- Ьв- длина волны света в первом порядке дифракции; $бо угол Брэгга при , Ci, €2 - постоянные коэффициенты, не зависящие от оптического сигнала U (X, о), в плоскость регистрации. Фотодетектор 7 преобразует оптический сигнал в электрический. Определение частоты (о анализируемого сигнала осуществляется предварительным усилением электрического сигнала с компенсацией квадратичной характеристики детектора 7 в усилителе 9 и взвешиванием в умножителе 12 с весом Р. Величина Р является постоянной при неизменном уровне анализируемого сигнала и в этом случае может быть рассчитана заранее. Если амплитуда Ui анализируемого сигнала неизвестна, то она может быть определена по снижению уровня проходящей через АОМ 1 оптической волны нулевого дифракционного порядка, что реализовано в устройстве детектором 8, усилителем 10 и усилителем 11 взвешивания, реализующим нахождение величины Р.

Способ оценки частоты реализует оптимальный алгоритм по критерию максимального правдоподобия, что позволяет рассчитать потенциальную точность способа, так как при этом теоретически предельные ковариации ошибок полностью определяются соответствующими коэффициентами информационной матрицы. Частоту определяют из соотношения

Д (а J Лг1- С2 / X U (X, w) х

-R

No

X ехр (- j Ксв x sin Обо ) d X

где No - спектральная плотность шума. Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Способ измерения частоты гармонических электрических колебаний, заключающийся в том, что анализируемый сигнал преобразуют в бегущую акустическую волну, освещают ее плоской когерентной оптической волной под углом Брэгга, фокусируют волну первого дифракционного

порядка в плоскости регистрации и преобразуют фотодетектором световую энергию в электрический сигнал, о тличающийся тем, что. с целью повышения точности измерения частоты, перед фокусировкой пространственно модулируют оптическую волну первого дифракционного порядка, несущую информацию о частоте сигнала, по закону XCi exp(-jKCB X sin Обо), а частоту определяют из соотношения

Aft)(X,w)X NO R

X ехр (- j Ксв x sin изо ) d X где Део

ш- частота анализируемого сигнала;

а)о- частота целеуказания;

Ксв 2 Jt/Лсв ,

Дев - длина волны света в 1-м порядке дифракции;

Ci, C2 - постоянные коэффициенты, не зависящие от оптического сигнала U(X ш);

в&о - угол Брэгга при (о-а)0

Ui-амплитуда входного колебания;

No - спектральная плотность шума;

R - половина стороны прямоугольника усреднения вдоль координаты X;

J - комплексная единица.

Изобретение относится к измерительной технике радиотехнического диапазона частот. Целью изобретения является повышение точности измерения частоты за счет использования оптимальной пространственной обработки оптической волны, несущей информацию о частоте анализируемого сигнала на выходе из акустооптического модулятора. Цель достигается тем, что в способе измерения частоты, заключающемся в преобразовании анализируемого сигнала в бегущую акустическую волну, освещении ее плоской когерентной оптической волной под углом Брэгга, фокусировке волны 1-го дифракционного порядка в плоскости регистрации и преобразовании фотодетектором световой энергии в электрический сигнал, дополнительно перед фокусировкой пространственно модулируют оптическую волну 1-го дифракционного порядка, несущую информацию о частоте анализируемого сигнала, по закону XCiexp(-jKCB Xsin $зо). где X - координата плоскости обработки оптической волны, параллельной вектору скорости акустической волны; Ci - постоянный коэффициент, не зависящий от оптического сигнала; вео- угол Брэгга при ш ftfe; ш- частота анализируемого сигнала; UA - частота целеуказания;Ксв 2 лг/Асв; Лее - длина волны света в 1-м порядке дифракции, а частоту определяют из приведенного в описании соотношения.