Акустооптический частотомер (его варианты)

Акустооптический частотомер (его варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„127071 (5D4 СО1 R23 17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1б с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н A BTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3909855/24-21 (22) 10.06.85 (46) 15.11.86. Бюл, Ф 42 (71) Томский институт автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (7 ) Н. С. Вернигоров, А. С, Задорин и С. В, Лукинский (53) 621.317.757(088.8) (56) Паркс. Акустооптический приемник-спектроанализатор дециметрового диапазона. - Зарубежная радиоэлектроника, 19.70, Р 12, с, 14-28.

Белошицкий А. П,, Комаров В. М., Крекотень Б. П. и др. Акустооптические анализаторы спектра радиосигналов. Зарубежная радиоэлектроника, 1981, 1Ф 3, с. 51-70, (54) АКУСТООПТИЧЕСКИЙ ЧАСТОТОМЕР (ЕГО ВАРИАНТЫ) (57) Изобретение относится к радиоизмерительным устройствам и может быть использовано в панорамных измерительных приборах. Цель изобретения — повышение точности измерения частоты во всех частотных диапазонах работы акустооптических модуляторов. Для достижения этой цели двухканальный акустооптический модулятор 4 выполнен со ступенькой в направлении распространения ультразвуковых волн в кристалле, а в предлагаемый частотомер введено устройство

3 сдвига частоты излучения лазера, помещенное в одном из разделенных световых лучей, На чертеже также показаны последовательно расположенные лазер 1, устройство 2 деления луча лазера, преобразователи 5 и 6, линза 7, позиционно-чувствительный фотоприемник 8 и блок 9 измерения частоты. В описании изобретения приводится чертеж второго варианта устройства, выполненного согласно п. 2 формулы изобретения, 2 с.п. ф-лы. 2 ил, Х

1270716

Изобретение относится к радиоизмерительг1ым устройствам, в частности к частотомерам, и может быть применено в панорамных измерителях часто- ты радиосигналов, 5

Цель изобретения — повышение точности измерения частоты во всех частотных диапазонах работы акустооптических модуляторов.

На фиг. 1 изображено устройство, 10 общий вид, первый вариант; на фиг. 2— то же, второй вариант.

По первому варианту (фиг, 1) устройство содержит последовательно расположенные лазер 1, устройство 2 де- 15 ления луча л"зера на два, устройство

3 сдвига частоты излучения лазера на постоянную величину, двухканальный акустооптический модулятор 4, выполненный со ступенькой в направлении 2G распространения ультразвуковых волн в кристалле, с нанесенными пьезопреобраэователями 5 и 6, причем оба входа акустооптического модулятора сое динены между собой, линзу 7, поэици- 25 онно-чувствительный фотоприемник 8 и подключенный к фотоприемнику блок

9 измерения частоты.

По второму варианту (фиг, 2) устройство содержит последовательно 30 расположенные лазер 1, устрсйство 2 деления светового луча лазера на два, устройство 3 сдвига частоты лазера на постоянную величину в одном из разделенных лучей, устройство 4 смещения световых лучей один относительно другого, двухканальный акустооптический модулятор 5 с нанесенными пьезопреобраэователями 6 и 7, причем входы акустооптического модулятора соединены между собой, линзу 8, позиционно-чувствительный фотоприемник

9 и подключенный к фотоприемнику блок 10 измерения частоты.

По первому варианту акустооптический частотомер работает следующим образом.

Луч лазера 1 с помощью устройства

2 деления делится на два луча. В один из разделенных световых лучей помещается устройство 3 сдвига частоты из. лучения лазера на постоянную величину, которое может быть выполнено, например, в виде электрооптического модулятора, Если к пьезокристаллу

55, приложить напряжение, меняющееся по пилообразному закону, то частота светового излучения на выходе кристалла сместится на величину где К коэффициент преобразования фотодетектора; постоянная, не зависящая от координаты У; размер пьезопреобраэователей в направлении оси у, расстояние между центрами пьеэопреобразователей; пространственная частота в направлении оси У; частота сигнала биений, равная частоте сдвига излучения лазера; расстояние смещения между каналами акустооптического модулятора в направлении оси Х (направление распространения ультразвуковых волн в кристалле фиг, 1);

ОY

I< U

Я вЂ” —- (1)

Д d,Т где - длина волны света на входе кристалла;

r — электрооптическая постоянная; и — показатель преломления для е необыкновенного луча;

3 — длина кристалла вдоль распространения света (ocb Z фиг, 1);

d толщина кристалла по направлению оси Х (фиг. 1);

U — максимальная амплитуда пилообразного напряжения;

Т вЂ” период пилообразного напряжения °

На двухканальный акустооптический модулятор 4 падает два световых лу" ча с разными частотами, равными М и

<3, Q . Исследуемый радиосигнал с помощью пьеэопреобразователей 5 и 6 возбуждает в кристалле модулятора 4 бегущие ультразвуковые волны, На вы" ходе акустооптического модулятора имеется четыре луча: два дифрагировавших и два недифрагировавших, которые в фокальной плоскости линзы 7 образуют интерференционные картины.

Выходное напряжение фотоприемника 8, номещенного в фокальной плоскости линзы 7, пропорционально интенсивности интерференционной картины и для дифрагировавших лучей описывается выражением

S1.п 0,5WCOó г

И(t)=K Bв(—: — — - — — ")11+Cos(Q t+

Q 5 W() (-о Р,— Я„.

+ (P. хо ) + ) )

У (2) 1270716

S? — частота исследуемого сигнала;

Р„, — центральная частота полосового оптического фильтра, которым является элемент 5 фотоприемника;

V — скорость звука в кристалле акустооптического модулятора.

Фотоприемник выделяет сигнал и для дифрагировавших световых лучей содержит частотно-зависимую фазовую составляющую, обусловленную акустической линией задержки, образованной за счет смещения каналов модулятора 15 один относительно другого.

Выходное напряжение фотоприемника для недифрагировавших световых лучей имеет вид

+Cos(Q,@+M,d)) . (З)

Изменение частоты входного сигнала приводит к изменению фазы сигнала г биений для дифрагировавших лучей ° При выполнении условия d+ (Я)=2%/аР =

А ра . (4) р=П, где ьЯ вЂ” изменение частоты входного сигнала; л,а= 2%V/D (5) - разрешающая способность по частоте акустооптического модулятора;

D — - размер световых лучей в

35 направлении распространения ультразвуковых волн в кристалле акустооптического модулятора.

Измеряя фазометрическим. устройством блока 9 измерения частоты, разность фаз сигналов биений для дифрагировавших и недифрагировавших лучей, можно с высокой точностью определить значение частоты входного сигнала. Минимальная точность определения частоты при этом определяется как мин (6) где б р - погрешность измерения разно50 сти фаз фазометрическим устройством,. т,е, повьпиение точности по сравнению с точностью прототипа 4f ра=> ра /2У=Ч/D (5) составляет а /О мин

2 (7) ss

Акустооптический частотомер по второму варианту работает следующим образом.

Луч лазера 1 (фиг. 2) делится на два с помощью устройства 2 деления.

Частота одного из полученных световых лучей с помощью устройства 3 сдвига частоты излучения лазера сдвигается на постоянную величину, Для создания акустической линии задержки один иэ разделенных световых лучей смешается относительно другого в направлении оси X (фиг. 2) на расстояние р с помощью устройства 4 смещения (акустооптический модулятор в этом варианте выполнен без ступеньки). Дальнейшее описание работы частотомера по второму варианту полностью аналогично описанию по первому варианту. Точность измерения частоты определяется также по (6), а ее повышение по сравнению с прототипом — по (7).

В коротковолновом участке дециметрового и 10-сантиметровом диапазонах длин волн световая апертура D в прототипе имеет ограничения на максимальный размер, связанный со значительным затуханием (12-15 дБ/см) ультразвуковых волн. В связи с этим ограничена разрешающая способность, а следовательно, и точность измерения частоты в этих участках диапазонов- длин волн.

Предлагаемое устройство в обоих вариантах позволяет и в этих участках диапазона длин волн существенно повысить точность измерения частоть1 радиосигналов.

% r

Кроме того, в предлагаемом устройстве один и тот же элемент фотоприемника является датчиком грубого и точного отсчета частоты, что дает воэможность применить линейный позиционно-чувствительный

I фотоприемник с параллельным съемом информации. Значение измеряемой частоты можно определить следующим образом и . = rp+ +f -" мин ° (8) где f„ — грубое значение частоты, определяемое номером фотоприемника, на котором появляется сигнал биений от дифрагировавших лучей;

af — изменение частоты в пределах фотоприемника, определяемое разностью фаз этих биений и биений недифрагировавших лучей, Составитель И, Коновалов

Техред И.Попович Корректор О, Луговая

Редактор Н. Киштулинец

Заказ 6240/49

Тираж 728 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

В 12 формула изобретения

1. Акустооптический частотомер, содержащий последовательно расположенные лазер, двухканальный акустооптический модулятор, линзу и позиционно-чувствительный фотоприемник с подключенным к нему блоком измерения частоты,.отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измерения частоты во всех частотных диапазонах, двухканальный акустооптический модулятор выполнен со ступенькой в направлении распространения ультразвуковых волн в кристалле, а оба входа акустооптического модулятора соединены между собой, между лазером и двухканальным акустооптическим модулятором введены устройство деления луча лазера на,цва и устройство сдвига частоты излучения лазера на постоянную величину, помещенное в одном из разделенных световых лучей.

707)6 Ь

2. Акустооптический частотомер, содержащий последовательно расположенные лазер, двухканальный акусто- оптический модулятор, линзу и пози5 ционно-чувствительный фотоприемник с подключенным к нему блоком измерения частоты, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности измерения частоты во всех

10 частотных диапазонах, между лазером и двухканальным акустооптическим модулятором введены устройство деления луча лазера на два, устройство сдвига частоты излучения лазера на

t5 постоянную величину, помещенное в одном из разделенных световых лучей, и устройство смещения разделенных световых лучей один относительно другого в направлении распространения ульт-. ц развуковых волн в кристалле акустооптического модулятора, помещенное в одном из разделенных световых лучей, а входы двухканального акустооптического модулятора соединены между собой.