Устройство для измерения времени запаздывания сигнала в фотоприемниках Советский патент 1981 года по МПК G04F10/04 

Изобретение относится к измерению временных параметров фотоэлектронных устройств и может быть использовано в контрольно-измерительной технике. : Известно устройство, предназначенное для измерения времени задержки сигнала в фотоприемнике и содержащее последовательно включенные источник света, оптический модулятор, оптическую линию задержки и фотоприемник, а также генератор опорных колебаний под соединенный к оптическому модулятору и фазометр, входы которого соединены с генератором опорных колебаний и выходом фотоприемника. Определение времени, запаздывания в фотоприемникё в таких устройствах производится путем измерения разности фаз сигналов, поступающего на оптический модулятор с генератора опорных колебаний и сни маемого с выхода фотоприемника. Время запаздывания вычисляют по измерен ной разности фаз при известных значениях частоты опорных колебаний и времени задержки в оптической линии задержки l. Однако эти устройства имеют низкую точность измерений вследствие то го, что существующие фазометры не позволяют измерять разность фаз сигна.riOB с высокой точностью. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство, содержащее усилитель с подключенным к его выходу частотометром и последовательно включенные источник света, оптический модулятор, оптическую линию задержки, фотоприемник и аттенюатор. При выполнении условий самовозбуждения в нем возникают автоколебания измеряя частоту -которых с помощью частотомера, определяют время задержки сигнала в фотоприемнике 2 . Однако известное устройство имеет ограниченную точность измерений изза низкой чувствительности к различным значениям измеряемого времени запаздывания. Цель изобретения - повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения времени запаздывания сигнала в фотоприецниках, содержащее широкополосный усилитель, первый выход которого подсоединен ко входу частотомера, и последовательно соединенные источник света, оптический модулятор, оптическую линию задержки, фотоприемник и аттенюатор, дополнительно введены два смесителя и.высокочастотный гене ратор, причем выход аттенюатора соединен со входом первого смесителя, выход которого подключен ко входу широкополосного усилителя, второй выход которого подсоединен ко входу второго смесителя, а выход последнего - ко входу оптического модулятора, при этом гетеродинные входысмесителей соединены с выходами высо кочастотного генератора. На чертеже показана структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит источник света, например, оптический квантовый генератор 1, излучение которого, про дя через оптический модулятор 2, поступает через оптическую линию 3, задержки на фотоприемник 4. С выхода фотоприемника 4 сигнал через управляемый аттенюатор 5 подают на вход первого однополосного смесителя 6. Выход первого смесителя 6 соединен со входом широкополосного усилителя 7, второй выход которого соединен со входом второго однрполосного смесителя 8. Сигнал с выхода смесителя 8 подают на оптический модулятор 2. Кроме того, на гетеродинные входы смесителей б и 8 поступают колебания с высокочастотного генератора 9 Первый выход широкополосного усили теля 7 соединен со входом частотоме ра 10. Устройство представляет собой генератор с преобразованием частоты колебаний в цепи задержанной обратной- связи. Цепь обратной связи гчирокопойосного усилителя 7 состоит из последо вательного соединения второго однополосного смесителя 8, оптического модулятора 2, оптической линии 3 задержки, фотоприемника 4, управляе мого аттенюатора 5,и второго смесителя б, причем оптический канал цепи задержанной обратной связи замыкает ся излучением-источника света, проходящим через оптический модулятор 2, оптическую линию 3 задержки и поступающим на фотоприемник 4. Однополосные смесители б и 8 с помощью высокочастотного генератора позволяют произвести преобразование частоты автоколебаний, повышая ее в цепи обратной связи. Устройство работает следующим об разом. При определенном значении коэффи циента усиления широкополосного уси лителя 7 выполняется условие самовозбуждения (условие амплитуд), и в контурной цепи, образованной оптическим модулятором 2, оптической линией 3 задержки, фотоприемником 4 аттенюатором 5,- первым смесителем 6 усилителем 1 и вторым смесителем 8, возникают автоколебания, модулирующие по интенсивности оптический луч. Частота возникающих автоколебаний с помощью второго смесителя 8 и высокочастотного генератора 9 преобразуется в более высокую частоту, равнуюси гШг + й , где jj,- постоянная частота колебаний высокочастотного генератора. Колебания с суммарной частотой tv, проходят через оптический канал устройства, состоящий из оптического модулятора 2, оптической линии Ззадержки и фотоприемника 4 через управляемый аттенюатор 5 поступаютна ,вход первого смесителя 6. С помощью этого смесителя и высокочастотного генератора 9 суммарная частота колебаний ш, преобразуется в разностную, равную частоте автоколебаний )j,-uO,j в установившемся режиме частота автоколебаний в таком устройстве определяется из фазового условия самовозбуждения1-() где гфр - время задержки сигнала в фотоприемнике; время задержки сигнала в оптической линии задержки, - время задержки сигнала в электрической цепи устройства, состоящей из последовательного соединения аттенюатора 5, первого смесителя б, ширикополосного усили- теля 7, второго смесителя 8.Таким образрм, измеряя частоту автоколебаний с помощью частотомера 10, можно определить величину времени задержки сигнала в фотоприемнике. Аттенюатор 5 позволяет поддержать амплитуду сигнала на входе первого смесителя б постоянной, что приводит к устарению зависимости частоты автоколебаний из.-за нелинейности характеристик усилительных элементов в широкополосном усилителе. При измерении времени задержки сигналов в фотоприемнике 4 происходит изменение фазового набега сигнала в цепи обратной cвязи(aJ|l -йXtфp4i(JдJ, Условие фаз при этом выполняется на новой уаЬтоте. Следовательно, частота автоколебаний изменяется, и по изменению частоты автоколебаний, регистрируемому частотомером 10,можно определить величину изменения времени задержки сигнала в фотоприемнике. Погрешность определения времени задержки сигналов в фотоприемнике зависит от крутизны К, зависимости частоты автоколебаний SJ. , от времени запаздывания сигнала в фотоприемнике tjk и определяется зависимостью. 1 -. к где }л - дисперсия флуктуации частоты автоколебаний. Крутизна зависимости () предлагаемом ус ройстве равна dSl / SI . аьфп 1Чп олг+Ч (Фп олг+Чэ) В известном устройстве крутизна зависимости определяется формулой К Д ,+tJ Следовательно, при одинаковой стабильности частоты автоколебаний -пред лагаемое устройство позволяет умень шить погре иность измерения времени запаздывания сигнала в фотоприемнике в -3- - раз. Повышение точности измерений обусловлено повышением частоты колебаний в цепи обрат ной связи. . Формула изобретения Устройство для измерения времени запаздывания сигнала в фотоприемник содержащее широкополосный усилитель первый выход которого подсоединен к входу час±отомера, и последовательно соединенные источник света, оптический модулятор, оптическую линию задержки, фотоприемник и аттеньюатор, о тличающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него дополнительно введены два смесителя и высокочастотный генератор, причем выход аттеныбатрра соединен со входом первого смесителя, выход которого подключен ко входу широкополосного усилителя., второй выход которого подсоединен ко входу второго смесителя, а выход последнего - ко входу оптического модулятора, при этом гетеродинные входы смесителей соединены с выходом высокочастотного генера.тора. . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Волков С. В. и др. Зависимости задержки сигнала ФЭУ от длины волны светового сигнала. - Приборы и техника эксперимента, 1970, № 6, с. 168-170. 2.Авторское свидетельство СССР 536465, кл. G 04 F 10/04, 1976.