СПОСОБ ФАЗОВОГО ДЕТЕКТИРОВАНИЯ Советский патент 1971 года по МПК H03D3/22 

Изобретеипе относится к области фaзo teтрии и может быть использовано в фазовых светодальпомерах.

Измерение разности фаз между опорным п принимаемым сигналом, прошедшим измеряемое расстояпие, в светодальномерах с использованием сверхвысоких частот (СВЧ) в осиовном нроизводят по нулевым точкам снгпала па выходе фотопрнемиой системы (экстремальный метод). В этнх точках разность фаз опорного и принимаемого сигналов составляет 0,2 я, 4л и т. д. Точность фнксацин нулевых точек этнм снособом не является высокой, так как крутизна изменения сигнала на выходе фотонриемпой системы в этих точках не велика.

Для повышеиня точности фиксации иулевых точек прибегают к коммутацпп фаз опорпого электрического сигиала в приемном тракте дальномера нли коммутацгн фазы модулированного излучения па 180° в передающей части дальномера. Такая коммутация фазы ириводит к иоявлеиию нулевых точек ир1;

разности фаз, равной п- (п 1,3,5...), что

ет более высокую точность фиксации пулевых точек из-за увеличення крутизны изменення сигнала в этих точках.

принимаемого еигналов в фазовом светодальномере, работающем без коммутатора фазы, в котором в качестве фазового детектора иснользуется фотоэлектрический усилитель (ФЭУ) с внешним модулирующим устройством (например, СВЧ-резонатором).

Это осуществляется благодаря тому, что опорное высокочастотное напряжение нодают непрерывно на фогоэлектрическнй нриеминк и дополнптельпо модулируют низкочастотным сигналом напряжение для высокочастотной модуляции источника излучения.

На фнг. 1 изображена блок-схема светодалыюмера, реализуюнито иредлаглемый сиособ; на фнг. 2 - энюры сигиала иа BI.IXOде фотоэлектрического усилителя, где:

а-иигеисивиосгь светового потока, иадаюи ая на фотокатод фогопрнемнпка, при 100%-ной глубнне модуляции;

б - фототок на выходе ФЭУ нрн отсутствии СБЧ опорного наиряження;

в-фототок, соответствующий сдвигу фаз f между оиорным н нринимаемым сигналом, равным 0;

г - фототок, соответствуют сдвнгу фаз

Светодальномер содержит источник излучения /, модулятор излучения 2, источник 3 постоянного ыаиряжения, генератор 4 низкой частоты, генератор СВЧ 5, управляемый полупроводниковый или ферритовый СВЧ-веитиль 6, оптическую приелшую систему 7, отражатель света 8, фотоприемиик (ФЭУ с внешним модулирующим устройством) 9, усилитель низкой частоты 10, сиихродетектор И с индикатором, оптическую передающую систему 12.

К модулятору излучения 2 или к самому источнику / (Б случае исиользоваиия полупроводникового излучателя) подводится модулированное иизкочастотным сигналом от генератора НЧ 4 наиряжение СВЧ, а к фотоприемнику 9 подводится иепрерывпое опорное СВЧ-папряжеиие.

В качестве фотоприемника используется ФЭУ, работающий в режиме фазового детектирования. Работа ФЭУ в таком режиме возможна в том случае, если опориое иаиряжеиие, воздействуя на фототек ФЭУ, ириводит к добавочной модуляции фототока.

Для подведения оиорного напряжения в диапазоне к УКВ используется впешпее модулируюи1ее устройство в виде щайбы, сетки, поотудиска и т. д., укрепляемой па ториевой новерхности колбы ФЭУ.

В СВЧ-дианазоне для этой цели иснользуюг СВЧ-резонаторы, таким образом, чтобы электрическое иоле этого резонатора, к которому подводится опориый СВЧ-сигиал, пронизывало фотокатод. В этом случае происходит добавочная модуляция фототока, и средний фототок на выходе ФЭУ будет определяться следующим выралсепием:

Л|,.(1+0,64т.со5ф),

где /ф.т. - средний фототок при отсутствии

электрического иоля во впешием

модулирующем устройстве (при

отсутствии опорного сигнала);

т - коэффициент глубины модуляции

излучения; Ф - сдвиг фаз между оиориым и нринимаемым сигналом.

Рассмотрим работу фазового детектора, когда излучение модулировано импульсами СВЧ.

в этом случае излучение источника между имиульсами СВЧ-нанряження иостоянпо и определяется рабочей точкой модулятора кзлучеиия или рабочей точкой самого источника (при работе с нолуироводниковым источником излучеиия), а средний фототок ФЭУ

равен , так как между импульсами СВЧ-гл бина модуляции равна нулю (т 0).

Этот средиий фототок ФЭУ определяет некоторый отсчетиый уровень.

При одновременном воздействии на фотокатод опорного и модулированного излучения средний фототок на выходе ФЭУ зависит от соотнощения фаз между сигиалами. При изменении разности фаз ироисход1гг одииаковое увеличеипе или уменьщепие сигиала иа выходе ФЭУ относптельио отсчетиого

уровия равиого-5-. Таким образом из выражеиия (1) и опор сигналов иа выходе ФЭУ (см. фиг. 2) следует, что нулевая точка соответствует паибольщей крутизне изменения

сигнала ири разности фаз равной « -

i

(п 1,3,5...), а это позволяет пропзводигь фиксацию пулевых точек с высокой точностью.

При такой схеме питания модулятора излучеиия (или самого источника излучения) и фотоприемиика точиость фиксаиин разпости фаз ие зависит от стабильности рабочей точки модулятора или источника излучения, так как смещение рабочей точки модулятора приводит только к смеп1еи 1ю отсчетиого уровня

- , относительно которого происходит одп.паковое увеличеиие или умеиьшение низкочастотного сигиала в зависимости от соотиощения фаз опорного и принимаемого сигиала.

Кроме того, такая схема иостроеиия ириемиого тракта предотвращает появлеиие ложиых сигналов от внешних засветок, так как внещиие засветки являются постояниыми и

приводят также только к смещению отсчетного уровня, а регистрация фазового сдвига ироисходит по иизкочастотному сигналу, который содержится в модулированном свете. В случае подачи на модулятор излучения

и на фотонриемпик иенрерывиого СВЧ-сигиала регистрация фазового сигнала нроизводилась бы по экстремальному методу.

В качестве модулятора СВЧ-наиряжения может служить иолуироводниковый или ферритовый вей гиль. Усилитель низкой частоты W необходим для усилеппя низкочастотной составляющей иродетектироваииого излучения. Синхродетектор // применяется для увеличения точности фазовых измереиий. Низкочастотный генератор 4 унравляет вентилем и является источииком оиориого напряжеиия сннхродетектора.

По предлагаемой блок-схеме была собрана установка, па которой произведена оценка

точности измерения фиксированного сдвига

фаз кратиого иечетиому числу-. Погрещность измерения фиксированного сдвига фаз, прп частоте модуляции 600 Мги пе превышала 3 у гл. мин.

личающийся тем, что, с целью повышения точности измерения разности фаз между опорным и принимаемым сигналами, опорное высокочастотное напряжение подают непрерыьно на фотоэлектрическнй приемник и дополнительно .модулируют низкочастотным сигналом напряжение для высокочастотной модуляиии источника изл чен1 Я.

К|

L

-t