Измеритель частоты

Измеритель частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (59 4 G 01 R 23/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ!

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3933103/24-21 (22) 23. 07,85 (46) 07. 12.86. Бюл. № 45 (71) Ленинградский ордена Ленина электротехнический институт

Им. В.И. Ульянова (Ленина) (72) С.Л. Афонин, А.А. Головков, С.В. Кузнецов, А.П. Осипов и А.В. Павлов (53) 621.317.757(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 460511, кл. G Oi R 23/00, 1975.

Авторское свидетельство СССР № 935806, кл. G 01 R 23/00, 1902 (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения частоты радиосигнала в широком диапазоне частот с высокой точностью.

Цель изобретения — повышение точности измерения частоты радиосигнала в широком диапазоне частот. Измеритель частоты содержит источник 7 исследуе„„SU 1275318 А 1 мого сигнала, И -отводную линию 6 задержки, N-канальное устройство 21 регистрации, содержащее в каждом канале фазовый дискриминатор 9. Введением последовательно расположенных на одной оптической оси лазера 1, четвертьволновой пластины 2, оптического квадратурного конденсатора

3, оптического анализатора 4, систе.мы формирующих линз 5, фазовращателя

8 и выполнением отводной линии задержки в виде волоконного разветвителя светового пучка с И парами волоконных световодов, выполнением фазового дискриминатора в виде двух пар компланарных фотоприемников 10, 11 и 12, 13, расстояние между которыми в паре равно половине периода интерференционной картины, а расстояние между крайними фотоприемниками пар равно четверти периода интерференционной картины, а также введением в каждый фазовый дискриминатор двух вычитающих устройств 14 и 15, пороговых устройств 16-18 и одного

1275318

1О

30

45 элемента 2И-ИЛИ 19 позволяет з.начительно повысить точность измерителя за счет повьппения чувствительности

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения частоты радиосигнала в широком диапазоне частот с высокой точностью.

Целью изобретения является повышение точности измерения частоты радиосигнала в широком диапазоне частот.

На чертеже приведена структурная схема измерителя частрты.

На одной оптической оси последовательно расположены лазер 1, четвертьволновая: пластина 2, оптический квадратурный конденсатор 3, опти- 15 ческий анализатор 4, система формирующих линз 5 и N-отводная оптическая линия б задержки. Источник 7 исследуемого сигнала электрически соединен с одной из пар обкладок *вадратурного конденсатора 3 непосредственно, а с другой парой — через фазовращатель 8. Каждый из N фазовых дискриминаторов 9 имеет на входе две пары компланарных фотоприемников 10, 11 и 12, 13, выходы которых электрически соединены с входами вычитающих устройств 14 и 15 соответственно.

Выход вычитающего устройства 14 соединен с сигнальными входами пороговых устройств 16 и 17, выход вычитающего устройства 15 — с сигнальным входом порогового устройства 18. Выходы пороговых устройств 16 и 18 подключены соответственно к первым входам: первого и второго элементов И логического элемента 2И-ИЛИ 19, являющегося выходным устройством фазового дискриминатора 9, а выход порогового устройства 17 подключен к второму вхо-4О ду первого элемента И и к второму инвертирующему входу второго элемента

И элемента 2И-ИЛИ 19. Выход каждого из N фазовых дискриминатором 9 через формирующие линзы 20 оптически связаны с соответствующей парой световодов линии 6 задержки, а выход электричесфазового дискриминатора в области перехода фазовой характеристики через нулевой уровень. 1 ил. ки соединен с соответствующим разрядом регистра 21.

Измеритель частоты работает следующим образом.

Узкий когерентный световой луч с линейной поляризацией, генерируемый лазером 1, проходит через a/4 пластину 2, где приобретает круговую поляризацию и .постулает на оптический вход квадратурного конденсатора 3. На электрический вход оптического квадратурного конденсатора 3 поступает исследуемый радиосигнал, причем на одну пару противоположных пластин — непосредственно, а на другую нару — через фазовращатель 8. Так как сдвиг фаз задается фазовращателем 8 постоо янным (Ч= 90 ), то в объеме кристалла оптического квадратурного конденсатора 3 формируется круговое моделирующее поле„ которое сдвигает частоту световой волны оЭ на величину частоты исследуемого радиосигнала 1

Таким образом, на оптическом выходе квадратурного конденсатора 3 световая волна имеет частоту а + и круговую поляризацию. Проходя через оптический анализатор 4, поляризация световой волны преобразуется в линейную.

Далее системой формирующих линз

5 формируется плоский когерентный световой луч с равномерной по сечению интенсивностью. Падая соосно на торцовый срез оптической линии 6 задержки, световой луч делится равномерно и с одинаковыми начальными фазами на К = 2N частей, (т.е. на

К = 2И световодов пучка). Точность разделения определяется точностью изготовления световодов.

Световоды оптической линии 6 зарержки разбиты на пары так, чтобы в каждой паре обеспечивалась необходимая пространственная задержка одного светового луча (измерительного) но отношению к другому (опорному). Све318 каналов регистрации, в которых используется другая пространственная задержка а T ..

Длина второго (измерительного) световода 1-й пары определяется выражением I. = T + 2 -ь7;. Такой ряд пространственных задержек позволяет определить н регистрирующем устройстве значение частоты радиосигнала н виде

N с 1 О

i=1 2 11

1, чаи os j „(t ; -P )))0

8. = г 211

О паи coS(— ((- )) <О

I л где

Tr Ч Tr

2 и ; 2 ч (1

, — частота световой волны лазера.

В регистре 21 в каждый момент времени запоминается полученная последовательность логических "0" и " 1 всех каналов регистрирующего устройства. Этот двоичный код соответствует частоте исследуемого радиосигнала u.,, .

Фазоный дискриминатор 9 работает следующим образом.

Ток фотоприемника пропорционален интенсивности падающего на него светового потока. Расстояние между фотоприемниками каждой пары 10, !1 и

12, 13 выбрано ранным половине периода интерференционной картины, значит, если один из фотоприемников каждой пары располагается в максимуме освещенности, то второй — в минимуме освещенности ° Токи фотоприемников 10 и 11 первой пары поступают на входы вычитающего устройства 14, а токи фотоприемников второй пары 12 и 13 — на входы вычитающего устройства 15. Вычитающие уст- ройства 14 и 15 обеспечивают подавление фоновой засветки фотоприемников и выделяют на своих выходах напряжения, пропорциональные интенсивности максимумов и минимумов интерференционных полос.

Первая пара фотоприемников 10 и

11 является основой, вторая пара 12 и 13 — дополнительной и включается в работу в тот момент, Когда на основную пару фотоприемников 10 и 11 попадает свет одинаковой интенсивности, что эквивалентно переходу фазоной

Ы Ы M, M, 30 где V — скорость света в светоноде Р

Э 1 — круговая частота лазера;

u) — круговая частота радиосигнас ла.

При изменении частоты радиосигнала о изменяются разности фаз светос ных колебаний и каждой i-й паре све- WO товодов 4 ; на различные величины.

Соответственно на различные числа периодов сдвинутся интерференционные картины, возникающие на фотоприемниках различных фазовых дискриминаторов4 .9,а отсчет оказывается кратным степени два.

Фазовые дискриминаторы 9 фиксируют сдвиг между световыми колебаниями измерительного и опорного свето- 50 вых лучей соответствующей пары световодов и преобразуют его в логический

"0", если знак U; = cosa . отрицателен, и и логическую " 1", если знак

U; = cos а г; положителен. Возникающая gg неоднородность отсчета частоты иэ-за того, что функция cos периодическая, исключается введением дополнительных з 1275 товые лучи из двух световодон каждой пары через формирующие линзы 20, создающие плоские световые лучи, падают на компланарные фотоприемники 1013 под заданным углом. 5

В результате интерференции измерительного и опорного световых лучей в плоскости, где расположены фотоприемники 10-13,каждого фазового дискриминатора 9, возникает интерференцион-10 ная картина иэ чередующихся темных и светлых полос, параллельных апертуре фотоприемников. Положение светлых и темных полос интерференционной картины относительно апертур фото- 15 приемника 10-13 зависит от разности фаз между колебаниями измерительного и опорного световых лучей в каждой

i-й паре волоконньгх световодон, снязанньгх через формирующие линзы 20 с 20

i-м фазовым дискриминатором. Разность фаз между колебаниями опорного и измерительного каналов в 1-й паре световодов пропорциональна . разности

II длин световодов пары aT = 7. -2 ;1

1 I

= 2 а1 (af — разность длин оптичес1 1 ких путей для 1-й пары светонодов) и равна

I! 275318 характеристики дискриминатора через нулевой уровень.

На первое 16 и третье 18 пороговые.устройства установлен нулевой Elo рог, а на второе пороговое устройство 17 подан порог срабатывания, разный напряжению нечувствительности первого порогового устройства 16. На сигнальные входы пороговых устройств

16 и 17 подается сигнал с выхода пер- !0 вого вычитающего устройства 14, на сигнальный вход третьего порогового устройства 18 — сигнал с выхода второго вычитающего устройства 15.

Если положение светлых и темных 15 полос интерференционной картины на фотоприемниках 10 и 11 таково, что освещенность их существенн<о различна, то напряжение на выходе вь.;:èòà. îùåão устройства 14 больше порогoE, oãо на- 20 пряжения порога па втором порсговом устройстве 17 и напряжение на его выходе соответствует уровню логической "1". Напряжение с выхода второго порогового устройства I/, посту- 5 пая на элемент 2И-ИЛИ 19 открывает первый логический элемент И и закрывает второй элемент И. В этом случае на выходе логического элемента

2И-ИЛИ будет напряж ние, соответст- >О вующее логическому уровню первого порогового устройства 16. Уровень

"0" или "1" с выхода элемента 2И-ИХП1

19 поступает на соответствующий разрядный вход регистра 21 и устанавливает его в положение, соответствующее 0" или 1, в зависимости оrсостояния первого порогово-о устройства 16.

Если положение светлых < темных гд полос интерференцпон <ой картины та-кОВО, то Освещенность пер. =.:Ой пары фотоприемников 10 и 11 одинBEE0133. или разность их меньше напряжения срабатывания второго порогового уст- !5 ройства, то пороговое устройс--130 !7 устанавливается в положение, соответствующее уровню логического "0 на его выходе, а следовательно, закрывается первый элемент И и откры- О вается второй элемент И логического элемента 2И-ИЛИ. В результате на выход логического элемента 2И-ИЛИ 19 поступает логический уровень, соответствующий выходному уровню третье- 55 го порогового устройства 18, которое

<< << нахОдится в состоянии логo

o Eет конечной чувствительности фаэовогo дискриминатора.

Предлагаемое построение и алгоритм работы фазового дискриминатора

9 позволяет значит: о повысить его чувствительность и,; <сти перехода фазопой характерно.<= .ки через нулевой уровень и„ как следствие, точность измерителя частоты, так как ошибка из-=-a нето<п ости выделения фазы (особенно в старших разрядах ре- гистрирующего устройс два) < .зывает большую погрешность в «= †..нии част оты.

Выражение для точности измерения частоты имеет виц

1

n +

2 где и — число световых волн, укладывающихся на простр".íñòâåííîé разности хода лучей в измерительном и опорном световодах пары ь7, Используя лазер с длиной волны <1, = 0,63 мкм, устройство обеспечивает на частоте исследуемого сигнала <,= 500 МГц (<1 >

-6 с с — 2 10, значите п но превосходящую

ra-|ность традиционных радиотехнических измеречий частоты.

«» о р м у л а и з о б р е т е н и я

Измеритель частоты, содержащий источник исследуемого сигнала, N-отводную линию задержки и N-канальное устройство регистрации, в каждом

>-ом канале которого включен фазовый дискриминатор, выход которого соединен с 1.-м разрядным входом регистра, О т л и ч а ю шийся тем, что, 1275318

Корректор Т. Колб

Редактор И. Булла Техред А.Кравчук

Заказ 6555/35 Тираж 728

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

:Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 с целью повышения точности измерения частоты, в него введены последовательно расположенные на одной оптической оси лазер, четвертьволновая пластина, оптический квадратурный 5 конденсатор, оптический анализатор и система формирующих линз, оптически связанная с N-отводной линией задержки, выполненной в виде волоконного разветвителя светового пучка с И па- tO рами волоконных световодов, выходы

i-й пары световодов через формирующие линзы оптически связаны с i-м фазовым дискриминатором, фазовый дискриминатор выполнен в виде двух пар компланарных фотоприемников, расстояние между которыми в паре равНо половине периода интерференционной картины, а расстояние между крайними фотоприемниками пар равно четверти периодов интерференционной картины, выходы каждой пары фотоприемников подключены соответственно к входам первого и второго вычитающих устройств, выход первого вычитаю- щего устройства соединен с сигнальными входами первого и второго пороговых устройств, выход второго вычитающего устройства подключен к сигнальному входу третьего порогового устройства, выходы первого и третьего пороговых устройств подключены соответственно к первым входам первого и второго элементов И элемента

2И-ИЛИ, а выход второго порогового устройства подключен к второму входу первого элемента И и второму инвертирующему входу второго элемента И логического элемента 2И-ИЛИ, выход элемента 2И-ИЛИ является входом фазового дискриминатора, причем порог срабатывания второго порогового устройства выше порогов срабатывания первого и третьего пороговых устройств на величину напряжения нечувствительности первого и третьего пороговых устройств, а источник исследуемого сигнала подключен к одной из пар противоположных обкладок оптического квадратурного конденсато.ра непосредственно, а к второй паре— через фазовращатель.