Оптоэлектронное измерительное устройство

СОЮЭ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 09) ( ю 601 813 01 В 15 АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССЛАМ ИЭОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ГО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯН АВТОРСНОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 18-21 21) 333385322) 04.09,8й 6) 23.05,872) А,А, Ви71) Институкой ССР53) 62131756) 1, Пате2033601, к2. Патент981,Бюл, У 19 нер и В,М, Лу электроники(54)(57) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, содержащее установле ные друг за другом оптически связанные источник излучения, поляризатор, электрооптический модулятор и анализатор, выход которого через согласую щий .оптический блок и световод соед нен с входом фотоприемника, усилите сигнальный вход которого подключен к выходу фотоприемника, и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точ ности измерения и надежности работы путем компенсации непреднамеренных изменений уровня оптического сигнала в него введены дополнительные световод, фотоприемник и усилитель, два интегратора, четыре дифференциальных усилителя, блок опорного напряжения, а анализатор выполнен с дополнительным выходом, составляющим с основным выходом систему лучей со взаимно арто. гональной поляризацией, причем дополнительный выход анализатора через согласующий оптический блок и дополнительный световод соединен с входом дополнительного фотоприемника, выход которого подключен к сигнальному входу дополнительного усилителя, одни разноименные входы первого и второго дифференциальных усилителей через ин- : теграторы соединены с выходами соот-. ветствующих фотоприемников, другие разноименные входы - с выходом блока опорного напряжения, а выходы - с входами третьего дифференциальногоФ усилителя, управляющие входы усилителей подключены к выходу третьего дифференциального усилителя, а выходык входам 4 Ътвертого дифференциального усилителя, выход которого соединен с входом регистрирующего прибора.Изобретение относится к электроизмерительной технике и предназначенодля использования при создании комплексов измерения электрических параметров, например импульсного напряжения, с полной гальванической развязкой контролируемого объекта регистрирующей аппаратуры.Известно оптоэлектронное измерительное устройство, содержащее источник излучения, связанный через согласующий оптический блок с оптическимсветоводом, имеющим активную областьс эффектом фарадея и размещенным внутри электромагнитного преобразователя,фотоприемник, установленный на противоположном конце оптического световода и соединенный через усилительс входом регистрирующегоприбора 1 11,Недостатки устройства, предусматри вающего предварительное преобразованиеизмеряемого параметра в магнитное поле, сопряжены с ограниченным рабочимдиапазоном, низкой точностью измерения и неудовлетворительной эксплуатационной надежностью. Ограничение рабочего диапазона устройства обусловлено зависимостью реактивного сопротивления обмотки электромагнитногопреобразователя от частоты и формы . 30контролируемого сигнала. Указаннаязависимость, конечные геометрическиеразмеры магнитного поля в активнойобласти оптического световода, и наконец, Флуктуация мощности источникаизлучения, наряду с изменениями степени затухания сигнала.в оптическомсветоводе, оказывают существенноеотрицательное влияние на точность измерения и эксплуатационную надежность 4 Оустройства.Наиболее близким техническим решением к изобретению является оптоэлектронное измерительное устройство,содержащее установленные друг за другом оптически связанные источник излучения, поляризатор, электрооптический модулятор и анализатор, выход которого через согласующий оптическийблок и световод соединен с входом. Фотоприемника, усилитель, сигнальныйвход которого подключен к выходу фо"топриемника, и регистрирующий приборвход которого соединен с выходом усилителя 1 2 ,55Недостатки указанного устройстватакже определяются невысокой точностью измерения и низкой эксплуатационной надежностью. На результаты измерения влияют флуктуация мощности источника излучения, изменения степе ни затухания оптического сигнала на трассе источник излучения - фотопри. емник колебание оптических потерь в электрооптическом модуляторе, и при вводе излучения в световод - изменение соотношения пикового и среднего значений измеряемого параметра. Любой из перечисленных Факторов в равной степени снижает точность измерения, поскольку на стороне фотоприемника невозможно установить причину отклонения уровня оптического сигна-, ла, подвергаемого одновременно модуля. ции измеряемым параметром. Пониженная эксплуатационная надежность устройства объясняется тем, что действие отмеченных факторов может привести к потере его общей работоспособности,Целью изобретения является повы шение точности измерения и надежности работы устройства путем компенсации непреднамеренных изменений уровня оптического сигнала.Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронное измерительное устройство, содержащее установленные друг за другом оптически связанные источник излучения, поляризатор, электрооптический модулятор и анализатор, выход которого через согласующий оптический блок и световод соединен с входом фотоприемника, усилитель, сигнальный вход которого подключен к выходу Фотоприемника, и регистрирующий прибор, введены дополнительные световод, фотоприемник и усилитель, два интегратора, четыре дифференциальных усилителя, блок опорного напряжения, а анализатор выполнен с дополнительным выходом, составляющим с, основным выходом систему лучей со взаимно ортогональной поляризацией, причем дополнительный выход анализатора через согласующий оптический блок и дополнительный световод соединен с входом дополнительного фотоприемника, выход которого подключен к сигнальному входу дополнительного усилителя, одни разноименные входы первого и второго дифференци- . альных усилителей через интеграторы соединены с выходами соответствующих Фотоприемников, другие разноименные входы - с выходом блока опорного напряжения, а выходы - с входами третьего дифференциального усилителя, управляющие входы усилителей подключены3 10 1:934к выходу третьего дифференциальногоусилителя, а выходы - к входам четвертого дифференциального усилителя,выход которого соединен с входом регистрирующего прибора.5На чертеже представлена функциональная схема предложенного оптоэлектронного измерительного устройства.Устройство содержит источникизлучения (лазер), поляризатор 2 10(призму Глана), электрооптический модулятор 3 со вспомогательным согласующим четырехполюсником 4 (например, трансФорматором), анализатор 5 (призму Волластона) согласущий оптический блок 6, световоды 7 и 8 (оптические волноводы), фотоприемники 9 и 10, усилители 11 и 12, блок 13 опорного напряжения, интеграторы 14 и 15, .дифференциальные усилители 16- 19, регистрирующий прибор 20 (стробосколи" ческий осциллограф с аналого-цифровым преобразователем).Устройство работает следующим образом. 25Измеряемый параметр через согласую-. щий четырехполюсник 4 подводится к электрооптическому модулятору 3, Назначение согласующего четырехполюсника 4 заключается. в согласовании уров ня сигнала, подаваемого на электро- оптический модулятор 3 с его полувол.-, новым напряжением. Электрооптический .модулятор 3 осуществляет фазовую мо.- дуляцию когерентного оптического излучения источника 1 в соответствии с сигналом на его электрическом входе. Фавовая модуляция преобразуется в амплитудную при помощи анализатора 5, ось которого располагается перпендикулярно оси поляризатора 2. На вы"1 О ходе анализатора 5 образуются два луча со взаимно ортогональной поляризацией, каждый из которых модулирован по амплитуде в соответствии с величиной измеряемого параметра.Оптические сигналы посредством световодов 7 .и 8 направляются в фотоприемники 9 и 10, где вновь преобразуются в электрические. С выходов Фотоприемников 9 и 10 через интегра торы 14 и 15 электрические сигналы поступают -на разноименные входы дифференциальных усилителей 16 и 17 (соответственно на инвертирующий и неинвертирующий входы, либо наоборот); 55к другим разноименным входам которыхподводится опорное напряжение с выхода блока 13. Назначение дифференциальных усилителей 16 и 17 состоитв анализе характера изменения сигналов на выходах фотоприемников 9 и 1 О.В зависимости от причины, вызывающейэто изменение, на выходе дифферен"циального усилителя 18 вырабатываетсяили не вырабатывается выходной. компенсирующий сигнал,Изменение мощности источника 1 из"лучения, степени затухания оптическо"го сйгнала на трассе источник 1 излучения - электрооптический модулятор 3 - световоды 7 и 8, коэФфициентаотражения от торцов кристалла модуля"тора 3 приводит к одновременному изменению сигналов на обоих выходаханализатора 5, причем синфазно в лучах с ортогональной поляризацией,1 ри одновременном увеличении илиуменьшении уровней оптических сигналов на выходах анализатора 5, соответственно изменяются электрические сигналы на .выходах фотоприемни"ков 9 и 10, Например, уменьшение мощности источника 1 излучения приводитк одновременному уменьшению выходныхсигналов фотоприемникс 1 в 9 и 10. Одиниз этих сигналов подается на неинвер"тирующий вход дифференциального усили.теля 16, а другой - на инвертирующийвход дифференциального усилителя 17,В связи с этим уровень сигнала навыходе дифференциального усилителя16 уменьшается, а уровень сигнала навыходе дифференциального усилителя17 увеличивается. В результате происходит противоположное изменениеуровней на размещенных входах дифференциального усилителя 18, котороевызывает появление на его выходе сиг.нала рассогласования, Под действиемэтого сигнала одновременно изменяют"ся коэффициенты передачи усилителей11 и 12 и происходит компенсация изменения уровня оптического сигнала,вызванного уменьшением мощности ис"точника 1 излучения. Аналогичным образом отрабатываются и другие непреднамеренные изменения уровня оптического сигнала, Электрические сигналына выходах усилителей 11 и 12 имеютпротивоположные Фазы, поскольку фотоприемники 9 и 10 связаны с ортогонально поляризованными лучами анализатора 5. Эти сигналы подаются навходы дифференциального усилителя 19и далее на регистрирующий прибор 20.:Если же изменение уровня электэического сигнала на выходе одногоПодпис каз 3691 ЗНИИП ираж 71 иал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная 5 101934 из фотоприемников 9 и 10 вызывается изменением измеряемого параметра (например, изменением соотношения переменной и постоянной составляющих, среднего уровня, формы), оно непременно сопровождается противоположным изменением сигнала на выходе другого фотоприемника. 8 частности, увеличение среднего уровня измеряемого параметра приводит к одновременному 0 увеличению среднего уровня сигнала на выходе одного фотоприемника и уменьшению на выходе другого. Соот.ветственно в одинаковой степени и с одинаковым знаком изменяются уровни 1 з сигналов на выходах дифференциальных усилителей 1 б и 17. Уровень выходного, сигнала дифференциального усилителя 18 не изменяется, сигнал рассогласобвания отсутствует и информация об изменении измеряемого параметра поступает на дифференциальный усилитель 19 и далее на регистрирующий прибор 20. Таким образом, в предложенном устройстве исключено влияние на точность измерения различного рода дестабилизирующих Факторов, носящих характер синфазных помех в парафазном канале .передачи информации, В связи с этим точность и надежность работы устройства оказываются высокими, Представле. ние информации в дифференциальной форме также способствует повышению технических показателей устройства вследствие уменьшения вероятности ухода погрешности измерения за пределы допустимого уровня,.