Измеритель частоты

Измеритель частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для автоматического измерения частоты радиосигнала в широком диапазоне . Цель изобретения - повышение надежности и упроп1ение констрз ции устройства . Измеритель частоты содержат лазер 1, четвертьволновую пластину 2, оптический квадратурный конденсатор 3, оптический анализатор 4, систему формирующих линз 5, N-отводную линию 6 задержки, источник 7 исследуемого сигнала, фазовращатель 8, N пар фазовых дискриминаторов (ФД) 9. ФД состоит из компланарных фотоприемников 10 и 11, вычитающего устройства 12, пороговых устройств 13 и 14, элемента 2И-ИЛИ 15. N-й ФД, кроме того, включает еще пару компланарных фотоприемников 18 и W, вычитающее устройство 20 и пороговое устройство 21 . 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 G 01 R 23/17

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ASTOPCHOlVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4196028/24-21 (22) 18.12.86 (46) 30.06,88. Бюл. N - 24 (71) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72J С.Л.Афонин, С.В.Афонина и А.А.Головков (53) 621.317.757(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

: У 935806, кл. G 01 R 23/00, 1982.

Авторское свидетельство СССР

В 1275318, кл. G 01 R 23/17, 1986. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЧАСТОТЫ (57) Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для автоматического измерения частоты радиосигнала в широком диапазо„„SU„„1406508 А 1 не. Цель изобретения — повышение надежности и упрощение конструкции устройства. Измеритель частоты содержит лазер 1, четвертьволновую пластину

2, оптический квадратурный конденсатор 3, оптический анализатор 4, систему формирующих линз 5, N-отводную линию 6 задержки, источник 7 исследуемого сигнала, фаэовращатель 8, N пар фазовых дискриминаторов (ФД) 9.

ФД состоит иэ компланарных фотоприемников 10 и 11, вычитающего устройства 12, пороговых устройств 13 и 14, элемента 2И-ИЛИ 15. N-й ФД, кроме того, включает еще пару компланарных фотоприемников 18 и 19, вычитающее устройство 20 и пороговое устройство

21. 1 ил.

1406508

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для автоматического измерения частоты радиосигнала в широком диапазоне.

Цель изобретения — повышение надежности и упрощение конструкции измерителя частоты.

На чертеже изображены структурная схема измерителя частоты. 10

Измеритель частоты содержит последовательно расположенные на одной оптической оси лазер 1, четвертьволновую пластину 2, оптичеекий квадратур-! ный конденсатор 3, оптический анали- 15

1 затор 4, систему формирующих линз 5, N-отводную линию 6 задержки, выполненную в виде волоконного разветвителя светового пучка с N парами волоконных световодов,источник 7 ис- 20 следуемого сигнала, подключенный к одной из пар противоположных обкладок оптического-квадратурного конден-! сатора 3 непосредственно, а к второй паре — через фазовращатель 8, и N фа-25 зовых дискриминаторов (ФД). 9. Каждый

ФД 9 состоит из пары компланарных фотоприемников 10 и Il расположенных на расстоянии, равном половине

1 периода интерференционной картины, 30 вычитающего устройства 12, входы которого соединены с выходами фотопри,.емников 10 и ll, первого 13 и второго 14 пороговых устройств, сигнальные входы которых соединены с выходом вы-35 читающего устройства 12 и логическоl ro элемента 2И-ИЛИ 15, К первому входу первого элемента И подключен выход первого порогового устройства 13. К

, второму входу первого элемента И и к р0 первому (инвертирующему) входу второго элемента И логического элемента

2И-ИПИ 15 подключен выход второго порогового устройства 14. Выход логического элемента 2И-ИЛИ 15 является выходом соответствующего ФД 9, причем второй вход второго элемента

И логического элемента 2И-ИЛИ 15

i-го ФД 9, кроме N-ro, соединен с выходом (i+l)-го фазового дискриминатора 9. Выходы i-й из И пар световодов N-отводной линии 6 задержки через формирующие линзы 16 оптически связаны с компланарными фотоприемниками 10 и 1) соответствующего i-ro

ФД 9, выход которого соединен с соответствующим i-ым входом регистратора 17. N-й ФД 9, кроме пары компланарных фотоприемников IO и 11, содержит еще вторую пару компланарных фотоприемников 18 и 19, расположенных на расстоянии, равном половине периода интерференционной картины, причем расстояние между крайними фотоприемниками пар 10 и ll и 18 и 19 равно четверти периода интерференционной картины. Кроме того, N-й ФД 9 содержит второе вычитающее устройство 20, входы которого подключены к выходам фотоприемников 18 и 19, а выход — к сигнальному входу третьего порогового устройства 21, порог срабатывания которого равен порогу срабатывания первого порогового устройства 13, Порог срабатывания второго порогового устройства 14 выше порогов срабатывания устройств 13 и 21 на величину напряжения нечувствительности этих устройств. Выход третьего порогового устройства 21 подключен к второму входу второго элемента И логического элемента 2И-ИЛИ 15 N-ro фазового дискриминатора 9.

Измеритель частоты работает следующим образом.

Узкий когерентный световой луч с линейной поляризацией, генерируемый лазером 1, проходит через четвертьволновую пластину 2, где приобретает круговую поляризацию, и поступает на оптический вход оптического квадратурного конденсатора 3.

На электрический вход квадратурного конденсатора 3 поступает исследуемый радиосигнал источника 7, причем на одну пару противоположных обкладок— непосредственно, а на другую пару— через фазовращатель 8. Так как сдвиг фаз задается фазовращателем 8 постоянным, то в. объеме кристалла оптического квадратурного конденсатора 3 формируется круговое модулирующее поле, которое сдвигает частоту ц световой волны на величину частоты у исследуемого радиосигнала. Таким образом, на оптическом выходе оптического квадратурного конденсатора 3 световая волна имеет частоту (dz+

Далее системой формирующих линз 5 формируется плоский когерентный световой луч с равномерной по сечению интенсивностью. Падая соосно на входной торцовой срез оптической линии 6

1406508 задержки, световой луч делится равномерно и с одинаковыми начальными фазами íà K=2N частей(т.е. íà K=2N световодов пучка), 5

Световоды оптической линии 6 задержки разбиты на пары так, что в каждой паре обеспечивается необходимая пространственная задержка одного светового луча (измерительного) по 1р отношению к другому (опорному). Световые лучи из двух световодов каждой пары через формирующие линзы 16, создающие плоские световые лучи, падают на компланарные фотоприемники 10 и

11 (18 и 19).

В результате интерференции измерительного и опорного световых лучей в плоскости, где расположены фотоприемники 10 и 11 (18 и 19) каждого ФД 9,20 возникает интерференционная картина из чередующихся темных и светлых полос, параллельных апертуре фотоприемников. Положение светлых и темных полос интерференционной картины относи- 25 тельно апертур фотоприемников 10 и

11 (18 и 19) зависит от разности фаз между колебаниями измерительного и опорного световых лучей в каждой i-A паре волоконных световодов, связан- 3р ных через формирующие линзы 16 с i-ым

ФД 9.Разность фаз между колебаниями опорного и измерительного каналов в

i-й паре световодов пропорциональна разности длин 41- = 1; -1 =2 41 „ светов одов пары (41 > — разность длин оптических путей для N-й пары световодов) и равна о с p+ <>с j- c 40

Щ = — — — --41 = — — †.2 4 1, у /т где 7ф — скорость света в световоде;

ы — круговая частота лазера 1;

cd — круговая частота радиосигнала.

При изменении частоты Ы радиосигнала изменяется разность фаз световых колебаний в каждой i-й паре световодов на различные величины. Соответственно на различные числа периодов сдвигаются интерференционные картины, возникающие на фотоприемниках различных ФД 9, а отсчет оказывается кратным степени 2.

Фазовые дискриминаторы 9 фиксируют сдвиг между световыми колебаниями измерительного и опорного световых лучей соответствующей пары световодов и преобразуют его в логический

"0", если знак U; = cos 4 g; отрицателен,.и в логическую "1", если знак

U,= соз 4 ф положителен. Возникающая неоднозначность отсчета частоты из" за того, что функция cos периодическая, исключается введением дополнительных каналов регистрации, в которых используется другая пространственная задержка 41

Длина второго (измерительного) световода i-й пары определяется выражением я

1 +? " 41>

Такой ряд пространственных задер" жек позволяет определить .в регистраторе 17 значение частоты радиосигнала в следующем виде

IV

Е д 43> -М где 1, при соз 1 — (1 -1 )1 ) 0;

1. =

1 г2 «1 1

0 при cos 1 — (1 ° -1 )1 < 0 °

У

Л

7 vô 7 7

LJ

Ф

2 41; 2 11

К и -- частота световой волны лазера 1.

В регистраторе 17 в каждый момент .времени запоминается полученная последовательность логических "0" и "i" всех каналов регистрации. Этот дво.— ичный код соответствует частоте ыс исследуемого радиосигнала.

Рассмотрим подробнее работу ФД 9, начиная с N-го ФД 9. Ток фотбприемника пропорционален интенсивности падающего на него светового потока.Рас0 стояние между фотоприемниками 10 и

11 и 18 и 19 каждой пары выбрано равным половине периода интерференционной картины, значит, если один из фо топриемников каждой пары будет располагаться в максимуме освещенности, то второй — в минимуме освещенности, Токи фотоприемников 3 0 и 3 1 первой пары поступают на вход вцчитающего устройства 12, а токи фотоприемников

18 и 19 — на входы вычитающего устройства 20. Вычитающие устройства 12 и 20 обеспечивают подавление фоновой засветки фотоприемников и выделяют на своих выходах напряжения, пропорциональные интенсивности интерференционной картины в пределах апертуры фотоприемников.

1406508

Первая пара фотоприемников 10 и

11 является основной, вторая пара фотоприемников 18 и 19 — дополнительной и включается в работу в тот момент, когда на основную пару фотоприемников 10 и )1 попадает свет одинаковой интенсивности, что эквивалентно переходу фазовой характеристики дискриминатора через нулевой уровень.

На первое 13 и третье 21 порого. :вые устройства установлен нулевой

: порог, а на второе пороговое устрой-! ство 14 подан порог срабатывания, ! равный напряжению нечувствительнос, ти первого порогового устройства 13, На сигнальные входы пороговых уст-!

: ройств 13 и 14 подается сигнал с вы хода первого вычитающего устройства 12, на сигнальный вход третьего поро-! гового устройства 21 — сигнал с вы хода второго вычитающего устройст: ва 20.

Если положение светлых и темных полос интерференционной картины на

:фотоприемниках 10 и 11 таково, что, освещенность их существенно различна, то напряжение на выходе первого

;вычитающего устройства 12 больше напряжения порога на втором пороговом ,устройстве 14 и напряжение íà его

,выходе соответствует уровню логичес кой "1". Напряжение с выхода второго порогового устройства 14, поступая на элемент 2И-ИЛИ 15, открывает первый логический элемент И и закрывает второй элемент И. В этом случае на выходе логического элемента 2И-ИЛИ

15 будет напряжение, соотвествующее логическому уровню первого порогового устройства 13. Этот уровень "0" или "1" с выхода элемента 2И-ИЛИ 15 поступит на соответствующий разрядный вход регистратора 17 и установит

его в положение, соответствующее "0" или "1", в зависимости от состояния порогового устройства 13.

Если положение светлых и темных полос интерференционной картины будет таково, что освещенность фотоприемников 10 и ll первой пары будет одинакова или разность их будет мень«пе напряжения срабатывания второго

««орогового устройства 14, то пороговое устройство l4 устанавливается в

««оложение, соответствующее уровню ло«ического "0" на его выходе, а следовательно, закроется первый элемент И

55 и откроется второй элемент И логического элемента 2И-ИЛИ 15. В результате на выход логического элемента 2И-ИЛИ

15 будет поступать логический уровень, соответствующий выходному уровню третьего порогового устройства 21, которое будет находиться в состоянии логического "0" или "1" в зависимости от того, какой из фотоприемников 18 или

19 второй пары освещен сильнее. Поскольку они сдвинуты относительно фотоприемников 10 и 11 первой пары на четверть периода интерференционной картины, то равной или близкой освещенности фотоприемников 10 и 11 первой пары будет соответствовать максимальная разность освещенности фотоприемников 18 и 19 второй пары, в этом случае пороговое устройство 14 надежно срабатывает и не будет неопределенности в выходном сигнале фазового дискриминатора 9 за счет конечной его чувствительности.

ФД 9 с первого по (N-1)-й работают аналогично N-му ФД 9. Отличие за" ключается лишь в том, что если пороговое устройство 14 устанавливается в положение логического "0" на его выходе, то на вход второго элемента

И логического элемента 2И-ИЛИ 15 будет поступать сигнал не с выхода третьего порогового устройства 21 (как в N-м ФД 9), а с выхода следующего по номеру ФД 9, причем второй вход второго элемента И логического элемента 2И-ИЛИ 15 выполнен динамическим и сигналу логического "0" со" ответствует передний фронт синхронизирующего импульса, а логической "1" задний фронт. В результате выходной сигнал логического элемента 2И-ИЛИ

15 i-ro ФД 9 будет синхронизироваться фронтом импульса переключения (i+1)-ro ФД 9.

Подача синхрбнизирующего сигнала на второй вход элемента И логического элемента 2И-ИЛИ 15 дает возможность исключить..вторую пару фотоприемников 18 и 19, второе вычитающее устройство 20 и третье пороговое устройство 21 в (N 1)-ом ФД 9, что упрощает конструкцию измерителя частоты в целом.

Вероятность сбоя предлагаемого измерителя частоты в N раз меньше, чем вероятность сбоя прототипа (соответственно надежность в N раз выше).

Под вероятностью сбоя понимается

1406508 вероятность того, что в области пе- ли рехода фазовой характеристики через on ноль произойдет неверное переключе- ли ние ФД 9. Эту вероятность 7„сбоя во

5 можно характеризовать величиной не- пу чувствительности А ; ФД 9, в которой до интенсивность сбоя, распределена рав- фо номерно, т.е. P = const, следователь- с но P; = с ; P.

Так как фазовые дискриминаторы 9 ст в устроистве-прототипе конструктивно ла идентичны, то вероятности их сбоя во по всем диапазоне частот можно считать одинаковыми и равными Р . Поскольку все ФД 9 работают независимо друг от друга, то суммарная вероятность откато за устройства-прототипа будет равна пр

Ц ни

Р = ЕР =И.P 20 фе

1 где P = P. = ... =Р

1 " " й

В предлагаемом измерителе частоты из-за выбора времени задержек во всех 2 каналах, кратного 2, переключение в частотной области во всех каналах происходит одновременно. Для достижения одновременности переключения

i-й ФД 9 синхронизируется фронтом переключения (i+1)-ro ФД 9, причем этой синхронизацией охвачены все ФД

9 измерителя частоты. Это приводит к тому, что при переключении i-ro разряда сбой в i-ом разряде произойдет только при сбое в (i+1)-ом разряде. Таким образом, суммарная вероятность сбоя i-ro и (i+I)-го ФД 9 равна вероятности сбоя одного (i+1)-го

ФД 9.

Поскольку аналогично синхронизированы все разряды. измерителя частоты, то его сбой происходит только при сбое в самом младшем разряде (N-ом). Следовательно, вероятность сбоя всего измерителя равна вероятности сбоя только одного N-ro ФД 9:

P q = Рм — а выигрыш в надежности равен

Р21 м

Формула изобретения

Измеритель частоты, содержащий последовательно расположенные на одной оптической оси лазер, четвертьволновую пластину, оптический квадратурный конденсатор, оптический ана35

8 затор, систему формирующих линз, тически связанную с N-отводной нией задержки, выполненной в виде локонного разветвителя светового чка с N парами волоконных световов, выходы i-й пары световодов через рмирующие линзы оптически связаны

i-ым фазовыми дискриминаторам, ход котого соединен с -ым входом региратора, источник исследуемого сигна-,подключенный к одной из пар противоложных обкладок оптического квадрарного конденсатора непосредствена к второй паре — через фазовратель, при этом фазовый дискриминар содержит пару компланарных фотоиемников, расположенных на расстояи, равном половине периода интерренционной картины, выходы фотоприемников подключены к входам вычитающего устройства, выход которого соединен с сигнальными входами перво- го и второго пороговых устройств, выход первого порогового устройства подключен к первому входу первого элемента И логического элемента 2И-ИЛИ, который является выходным устройством фазового дискриминатора, а выход второго порогового устройства подключен к второму входу первого элемента И логического элемента 2И-ИЛИ и к первому инвертирующему входу второго элемента И логического элемента 2И-ИЛИ, причем N-й фазовый дискриминатор содержит еще вторую пару компланарных фотоприемников, второе вычитающее устройство и третье пороговое устройство, расстояние между фотоприемниками второй пары равно половине периода интерференционной картины, а расстояние между крайними фотоприемниками пар равно четверти периода интерференционной картины, выходы второй пары компланарных фотоприемников соединены с входами второго вычитающего устройства, выход ко" торого соединен с сигнальным входом третьего порогового устройства, выход .третьего порогового устройства подключен к второму входу второго элемента И логического элемента 2ИИЛИ, при этом порог срабатывания второго порогового устройства выше порогов срабатывания первого и третьего на величину напряжения нечувствительности первого и третьего поро" говых устройств, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения на1406508

Составитель И. Коновалов

Техред А. Кравчук Корректор Н.Король

Редактор А.Ренин

Заказ 3187/40

Тираж 772 Подписное

ВПИИПИ Государственноro комитета СCCP по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 нежности и упрощения конструкции, второй вход второго элемента И логического элемента 2И-ИЛИ фазовых дискриминаторов, креме М-го подключен к выходу последующего фазового дискриминатора.