ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗАТОР СПЕКТРОВ Советский патент 1973 года по МПК G06K9/58 

1

Изобретение относится к области измерительной техники.

Известен оптический анализатор спектров по авторскому свидетельству № 378902. При определении моментов спектра мокшости он имеет недостаточное быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия при определении моментов спектра мощности на всех уровнях сигнала. Это достигается тем, что перед фотонриемниками помеи.1ены дополнительный транспарант с переменной прозрачностью и щелевые диафрагмы. Фотоприемники с соответствующими диафрагмами механически связаны с устройством вертикального сканирования, а между выходами фотоприемников и входом регистрирующего прибора включен делитель сигнала с одного фотоприемника на сигнал с другого.

На чертеже схематично иозбражен предлагаемый анализатор.

Узкий луч источника J когерентного света расширяется до требуемого сечения с помощью коллиматора 2 и освещает исследуемую модель 3 сигнала, которая представляет собой ноперечную (трапсверсальную) фотозапись исследуемого электрического сигнала, выполненную одним из известных способов.

В выходной фокальной плоскости цилиндрической интегрирующей линзы 4, установленной, как показано на чертеже, образуется

локанальный спектр прострапственных частот (преобразование Фурье) исследуемого сигнала. Каждое сечение сипгала вдоль оси X можно рассматривать как соответствующую дифракционную решетку или как соответствующий жестко клиппированный сигнал. Так как IB качестве интегрируемой линзы применена цилиндрическая линза, которая выполняет преобразование Фурье только по одной координате (в данном случае по х), то ъ выходной фокаль0ной плоскости линзы одновременно образуется спектр пространственных частот всех сечений (уровней) сигнала, называемый поканальным спектром сигнала.

Покаиальиый спектр сигнала существует в

5 виде соответствующего распределения светового поля в вы.ходпой фокальной нлоскости линзы. Так как линза 4 cи.tмeтpичнa относительно оси у, то и спектральная картина симметрична относительно линии 00, соотвествующей постоянной составляющей всех каналов сигнала. Симметричность спектральной картины может быть формально истолкована как наличие положительных и отрицательных частот сигнала, т. е. как комнлексный спектр сигпала.

Для того, чтобы вычислить первый момент спектра мощности какого-либо уровня (канала) сигнала, необходимо спектр мощности соответствующего уровня умножить на функцию

0

соответствующую линейному изменению частоты, взять интеграл от этого произведения и разделить на спектр мощности соответствующего уровня. Эти операции осуществляются в предлагаемом анализаторе следующим образом.:

Так как вся информация о спектре мощности полностью заложена в одной из полуплоскостей плоскости пространственных частот, то в одну из полуплоскостей (на чертеже правую) введен транспарант 5, прозрачность которого возрастает вдоль оси х по линейному закону от нуля (на частоте постоянной составляющей) до некоторой величины.

Установленная перед рабочей поверхностью фотоприемника 6 щелевая диафрагма 7, ориентированная вдоль соответствующего уровня сигнала, выделяет спектр этого канала.

Так как всякий фотоприемник реагирует на мощность света, а введение транспаранта эквивалентно операции умножения, то выходной сигнал фотоприемника пропорционален величине

f///(f)/24,

о

где//(/)/2 - спектр мощности,

/ - частота,

т. е. первому моменту спектра мощности соответствующего уровня сигнала. Интегрирование осуществляется за счет того, что поверхность фотоприемника охватывает весь световой поток соответствующего канала.

Щелевая диафрагма 7 фотоприемника 6 выделяет тот же канал, что и диафрагма 7 фотоприемника 6. Так как в левой полуплоскости спектра пространственных частот транспарант 5 отсутствует, то выходной сигнал фотоприемника 6 пропорционален величине

f//(f)/2rff о

Выходные сигналы фотоприемников 6 v( 6 подаются на делитель 8, осуществляющий деление сигнала фотоприемника 6 на сигнал фотоприемника 6. Выходной сигнал делителя пропорционален приведенному первому моменту спектра мощности того уровня сигнала, который выделяется диафрагмами 7 и 7, т. е. величине

11(ПМ

/

j//(/)M

Выходной сигнал с делителя подается на регистрирующий прибор 9, по одной из осей которого отложена величина f, а по другой - уровень сигнала.

При синхронном перемещении фотоприемников 6 6 вдоль различных уровней сигнала с помощью устройства 10 вертикального сканирования на приборе 9 регистрируется кривая распределения первого момента спектра мощности в зависимости от уровня сигнала. Эта кривая характеризует среднее значение переходов сигнала (или среднюю частоту) через соответствующий уровень.

При замене транспаранта 5 на транспарант, прозрачность которого изменяется по закону f , гг 2, 3, 4,. . ., на регистрирующем приборе получают распределение п-ого момента спектра мощности от уровня сигнала.

Так как геометрические размеры спектральной картины обычно малы, то в качестве фотоприемников можно использовать стандартные фотоумножители, рабочая поверхность которых имеет диаметр порядка 10 - 20 мм. Ширина спектра пространственных частот, выражаемая в миллиметрах, определяет выбор размеров рабочей поверхности фотоприемников, а следовательно, и выбор длины диафрагм 7 и 7. Ширина диафрагм определяет ширину уровня (канала) сигнала, для которого определяется средняя величина «нуль -переходов. Очевидно, что эта величина может быть очень мала, так как определяется главным образом разрешением фотопленок и может иметь порядок 0,01 мм.

Предмет изобретения

Оптический анализатор спектров по авт. св. № 378902, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия при определении

моментов спектра мощности на всех уровнях сигнала, перед фотоприемниками помещены ополнительный транспарант с переменной прозрачностью и щелевые диафрагмы, при этом фотоприемники с соответствующими диафрагмами механически связаны с устройством вертикального сканирования, а между выходами фотоприемников и входом регистрирующего прибора включен делитель сигнала с одного фотоприе.мника на сигнал с другого.