Калибратор фазовых сдвигов

(54) КАЛИБРАТОР ФАЗОВ ИГО ится к технибыть использотике д работ в качеий с заданным ретения - поня фазовых тройства. Устразователь 1 ния в светоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНЯТИЯМПРИ ГКНТ СССР(57) Изобретение относ ке фазометрии и может вано в метрологической проведения поверочных стве источника колебан сдвигом фаз, Цель изоб вышение точности задан сдвигов и упрощение ус ройство содержит преоб электрического напряже, ЯОВ 44657 вои поток, светоделитель 2, оптически последовательно связанные устройства 3 и 11 ввода оптического излучения в оптическое волокно, оптические волокна 4 и 12, оптические переключатели 5 и 7, блок 6 оптических волокон, фотопреобразователи 8 и 13, оптически последовательно связанные поворотная призма 9, зеркало 10, переключатели 14 и 15, измеритель 17 частоты, генератор 18 исходных электрических гармонических колебаний. Повьппение надежности состоит в исключении интерферометрического канала контроля перемещения поворотной призмы, а также системы коммутации рабо- а чих оптических каналов на фотопреобразователи, К упрощению приводит реализация перемещения поворотной призмы 9 на расстояние, равное дли- Ъ не волны гармонического колебания в блоке 6, Устройство не требует массивного виброзащитного основания .и может быть реализовано в переносном варианте. 1 ил. 43 Ь4 ьИзобретение относится к технике9 азометрии и может быть использованов метрологической практике для проведения поверочных работ в качестве источника колебаний с заданным сдвигомФаз,Целью изобретения является повышение точности задания азовых сдвигови унрощение устройства. 1 ОВа чертеже приведена схема калибрзтеюКалибратор фазовых сдвигов содержит преобраэоватюиь 1 электрическогонапряжения в световой поток, оптически езязанньй с входом светодель."теля 2 е Один из выходов светоделитатя. 2 оптически соиуакен с оптически последоветельно связаниции первымустройством ввода ентического излученйя в оптическое аадокио 3, первымоитическии вопокиом 4, первым оптическим переключателем 5, бдоком 6 оптйчесщас волокон,втори оптическимищЗФюВОчателем 7 и перРым фотОщмобразователем 8, злектрачеаиий выход ХкеиФого является нервым вьжодом .КаЙибфатора сдВигафазЛяйОйвбродсвеищелителя 2 оцтижски сопряжене ейтически послдоааъеьио связан- ЗОцнии:иовороткой призмой 9, выполиеиНОЙ 6 возмОщностью линЖЙого и(фжмещежщ яо направпению паденияотражеуиа света ИИ, зеркалом 0, вторымустройством ввода оптического излу- З 5чения в оптическое выокно 11-, втоРим оптическим волокном 12 и вторымФотопреобразователем 13, электричесясий Выход ХХ которогоявляется вторым выходом калибратора сдвига Фаз. 40Вщжд первого фотопреобразователя 8 соединен с одним из входов первого переключателя 14, вьмод которого через инвертор 13,подключен кодному из входов второго переключатаня 1 б, выход которого соединен параанельно с входами ареобразователя 1..электрического напряиенйя в световойпоток и измерителя 17 частоты. Выходвторого фотопреобразовйтеля 13 соеди неи с другим входом иервого переключателя 14, другой вход второго переключателя 16 подключен к выходу генератора 18 исходных электрических гарконических колебаний. 55Устройство работает следующим об-,разом.При установке первого переключателя 14 в положение, когда выход последнего соединяется с выходом фотопреоб" разователя 8 а второй переключатель 16 установлен в положение, когда его выход соединяется с выходом инвертора 15 и оптические переключатели 5 и7 установлены в положение, когда ихвыходы соединены с первым отрезкомоптического волокна блока 6 онтических волокон. При этом образуется замкнутый контур, состоящий из последовательно соединенньк преобразователя 1 электрического напряжения в световой поток, светоделителя 2, первого устройства ввода оптического,излучения в оптическое волокно 3, оптического волокна 4, первого оптического переключателя 5, первого отрезка оптического волокна блока б онтических волокон второго оптическогонерекюночателя 7, Фотонреобразователя 8, первого переключателя 14, инвертера 15, второго переключателя 16 выход которого соединен с объединенньмщ входаж преобразователя 1 электрического наиряжения в световой поток и измЕрители 17 частоты,В этом контуре наличие инвертора 15 необходимо для выполнения условия, при котором во время поступления на Фотойреобразователь 8 излучения с преобразователя 1 электрического напряжения в световой поток, прошедшего оптический путь через .оптичес-. кое волокно 4 и первый отрезок оптического волокна блока 6 оптических волокон, срывалась генерация .излучения преобразователя 1 эмктрическо го напряжения в световой ноток. И наоборот, преобразователь 1 электрического напряжения в световой ноток генерирует при отсутствии излучения на фотоиреобразоватее 8, т.е, из-за конечйой величины скорости распространения излучения в оптическом волокне,. в этом замкнутом контуре возникает генерация прямоугольных световых импульсов со скважностью два, частота которых однозначно связана с общей длиной отрезка оптического во"локна блока 6 оптических волокон, плюс путь, проходимый излучением от преобразователя 1 электрического напряжения в световой поток до оптического волокна 4, длина которого определяет верхний предел границы диапазона измерений измерителя 17 частоты, При включении устройства поскользу еще нет никакого излученияна Фотоприемнике 8) начинает излучать преобразователь 1 электрического напряжения в световой поток и тем самым начинается генерация нрямоуголь 5 ных световых импульсов, в описанном выще контуре, с некоторой частотойзначение которой определяется с помощью измерителя 17 частоты.При установке первого переключа теля 14 в положение, когда выход последнего соединяется с выходом Фото- преобразователя 13, а второй переключатель 16 остается в предыдущем положении и оптические переключате ли 5 и 7 также, как и в первом случае, устанавливаются в положение, когда их выходы соединены с первым отрезком оптического волокна блока 6 оптических волокон. образуется другой 20 замкнутый контур, при этом ранге образованный контур разрывается. Новый контур состоит из последовательно соединенных преобразователя 1 электрического напряжения в световой по Ь ток, светоделителя 2, поворотной призмы 9, зеркала 10, второго у"тройства ввода оптического излучения в оптическое волокно 11, второго оптического волокна 12, фотопреобразова теля 13, первого переключателя 14, инвертора 15 и второго переключателя 16, выход которого соединен с объединенными входами преобразователя 1 электрического напряжения в световой поток и измерителя 17 частоты.В этом замкнутом контуре тоже возникает генерация прямоугальных светоьых импульсов со скважностью два и 40 некоторой другой частотой 2 . Подбирая соответствующие длину второго оптического волокна 12 и положение поворотной призмы 9 по оси М-М, устанавливают значения частот 6 и 1 45 равными, т.е, выравниваются пути, проходимые электромагнитной волной в рабочих каналах, После этого переключатель 16 устанавливается в положение, когда выход последнего соеди няется с выходом генератора 18 исходных электрических гармонических колебаний, при этом ранее образованные замкнутые контуры разрываются. Первый рабочий канал устройства (канал опорного сигнала) образован элементами 2-8, а второй рабочий канал устройства (канал сигнала с переменной Фазой) образован элементами 2, 9- 13.Иодулированный по интенсивности с частотой Г, генератора 18 световой поток посла светоделителя 2 распространяется по двум указанным вьппе рабочим каналам калибратора фазовых сдвигов, а по достижении фотопреобразователей Б и 13 преобразуется в последних в электрические сигналы и подается на выходы 1 и 11 устройства.Так как предварительно выравнены пути прохождения электромагнитной волной в обоих рабочих каналах (установлено равенство значений частот, генерируемых в обоих контурах импульсов), на выходе предлагаемого калибратора Фазовых сдвигов будем иметь два электрических гармонических колебания частоты Г с нулевым Фазовым сдвигом.Требуемый сдвиг по фазе задаегся выбором соответствующего отрезка ка" либрованного оптического волокна в блоке б путем установки оптических переключателей 5 и 7 в требуемое положение (дискретная установка разнос- ти Фаз) и соответствующей установкой: поворотной призмы 9 (перемещение призмы 9 вдоль оси ИН обеспечивает плавное изменение разности фаз), При этом разность задержек в каналах есть1 Т - г.(1)да сдвиг Фаз гармонического сигнала навыходах устройствас=И Е360 = - ---- 180,(2)а ( - ), огт.е. оперируя частотами 2(генератора 18) и Г, 1,определяемыми оптической длиной соответствующего канала,дискретно и плавно устанавливается любая разность Фаз.Число отрезков оптического волокна в блоке 6 выбирается таким, чтобы дискретно обеспечить требуемую величину Фазового сдвига на выходе устройства в пределах 0-360 (или от -180 до +180 ). Так, если число отрезков оптического волокна в блоке 6 равно п=13, тогда и число положений в оптических переключателях 5 и 7 равно 13, то с учетом ну 5 1 ч 465 левого сдвига Фаз в блок 6 включаются отрезки оптического волокна с такой длиной, чтобы обеспечить разность Фаз между двумя соседними голоженнями переключателя ,360 /и=30 , а перемещением поворотной призмы 9И-О) обеспечивается Фазовый сдвигов пределах этих 30Если, например, требуется полу ить .0 на выходе предлагаемого устройства два гармонических сигнала, сдвинутых один относительно другого по Фазе на160 , тогда с помощью оптических переключателей 5 и 7 выбирается б-й отрезок оптического волокна блока 6, который обеспечит величину сдвигаоФазы 150 , а с помощью перемещения поворотной призмы 9 задается сдвиг фазы еще на 10 . В итоге на выходах предлагаемого калибратора Фазовых сдвигов будут гармонические колебания с разностью Фаз 160Точность задания Фазового сдвига в предлагаемом калибраторе опрделя ется точностью установления Ь с 1),т.е. точностью измерения частот Е,Г и составляет 10 - 10 . Кроме тоз ,гйР го, как следует иэ 2), величина зараваемого сдвига фаз че зависит от Зд .показателя преломления среды, т,е, точность задания Фазового сдвига не ограничена точностью определения показателя преломления среды, в которой распространяется оптическое излучение.упрощение по сравнению с известным калибратором, а значит и повьыение надежности состоит в исключении интерФерометрического канала контроля 40 перемещения поворотной призмы 9, а также системы коммутатни рабочих оптических каналов на Фотопреобразователи. Кроме того, приводит к упрощению и тот Факт, что в предлагаемом калиб раторе необходимо реализовать перемещение поворотной призмы 9 на расстояние, равное длине волны гармонического колебания, деленное на число отрезков оптического волокна в блс 50 ке 6, т.е. деленное на число не менее десяти, а в известном калибраторе перемещение поворотной призмы производится на расстояние, равное длине волны того же гармонического колебанияПредлагаемый калибратор не требует массивного виброзащитногооснования. что позволяет реализовать калибратор Фазовых сдвигов в переносном варианФормула изобретенияКалибратор Фазовых сдвигов, содержащий г реобразователь электрического напряжения в сьетовой поток, оптически сопряженный с входом светоделителя, первый выход которого через поворотную призму, выполненную с возможностью линейного перемещения по направлению падения - отражения света, оптически связан с зеркалом, генератор исходных электрических гармонических колебаний и два Фотопреоб" разователя, электрические выходы которых соединены с выходами калибратора, отличающийся тем, что, с пенью повышения точности задания сдвига Фаз и повышения надежности в него введены блок оптических волокон, два оптических гереключателя, два устройства ввода оптического из" лучения в оптическое волокно, два оптических волокна, два переключателя, инвертор и измеритель частоты, причем электрический выход каждого Фотопреобразователя соединен с соответствующим входом первого переключателя, выход которого через инвертор соединен с одним из входов второ; го переключателя, к другому входу которого подключен выход генератора исходных электрических гармонических колебаний, а выход второго переключателя соединен параллельно с вхо" дами преобразователя электрического напряжения в световой поток и измерителя частоты, при этом второй выход светоделителя оптически сопряжен через последовательно оптически соединенные первое устройство вводя оптического излучения в оптическое волокно, первое оптическое волокно, первый оптический переключатель, блок оптических волокон и второй оптический переключатель с оптическим входом первсго Фотопреобразователя, а зеркало через последовательно оптически соединенные второе устройство ввода оптического излучения в оптическое волокно и второе оптическое волокно сопряжено с оптическим входом второго фотопреобразователя.