Устройство для измерения разности фаз

(я)5 6 О 1 й 25/02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 985.В,Т., Митроов в машинооении, Л.; -245. ЕНИЯ РАЗ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМНОСТИ ФАЗ(57) Использование: фатехника, измерение разно рительна3 двух коге зои сти(21) 4840292 (22) 18,06.90 (46) 30,08.92 (75) О.В. Ме (56) Авторск й. 1247780,Крылов фанов А.С, строении Машиностр Бюл. %32ьничуке свидетельствол. 6 01 К 2502,К.И., Прокопенкорименение лазери приборострение, 1978, с. 244 о ЫЛао 1 75858 О А 1 рентных электрических колебании и фазовых характеристик радиозлементов в широком диапазоне частот. Сущность изобретения: устройство содержит высокочастотный генератор (1), клеммы для подключения исследуемого радиозлемента (2), переключатель (3), магазин калибруемых ЯС-цепочек (4), 2 блока согласования (5,1, 5.2), лазер (6), 2 полупрозрачных зеркала (7 Л, 7.2), 2 электрооптических модулятора (8 Л, 8.2), 4 поляризатора света (9 Л. 9.2, 9.3, 9.4), 2 отражательных зеркала (10.1, 10,2), уголковый отражатель (11), фоторегистрирующее устройство (12), имеритель длины (13), 1 илизобретение относится к фазоизмери- лебаний, Сформированные одинаковыетельной технике и может быть испОльзова- электрические импульсы упраВляют электно для измерения разности фаз двух рооптическими модуляторами 8.1 и 8.2.когерентных электрических колебаний и фа- Свет от лазера 6 делится полупрозрачзовых характеристик радиоэлементов В ши ным зеркалом 7.1 и далее распространяетсяроком диапазоне частот, включая высокие и по первому и Второму оптическим каналам,По первому оптическому каналу лазерноенаиболее близким к предлагаемому ус- излучение проходит через электрооптичетройству является устройство, содержащее ский модулятор 8,1 и, при наличии управляисточник света, высокочастотный генера. 10 ющего сигнала, поляризатор 9.1 света,тор, входные и выходные клеммы для под- ориентированный перпендикулярно плоключения исследуемого радиоэлемента, скости поляризации лазерного излучения,модулирующую электрооптическую ячейку, отражается от первого зеркала системы отдемодулирующую электрооптическую ячей- ражательных зеркал 10,1, проходит уголкоку, поляриметр, первый и второй блоки со вый отражатель 11, отражается от второгогласования, Цель изобретения достигаетсл зеркала системь 1 Отражательных зеркалпутем перевода разности фаз двух электри,1, делится полупрозрачным зеркалом 7.2,ческих колебаний в поворот плоскости по- проходит поляризатор 9.4 света и частичноляризации свата и последующего попадает в фоторегистрирующее устройстизмерения этого угла поворота плоскости с 20 во 12, испытав постоянный сдвиг фазы припомощью поляриметоа, чем может дости- прохождении элементов оптического канагаться точность измерения до тысячных до- ла, Во втором оптическом канале лазерноеизлучение проходит через поляризатор свеОднакодля многих задач физики и элок- та 9,2, ориентированный на прохождениетроники эта точность невысока, 25 максимума интенсивности лазерного излуНа чертеже представлена структурная чения, отраженного полупрозрачным зеркасхема устройства, лом 7.1, электрооптический модулятор 8.2 и,Устройство содержит высокочастотный при наличии управляющего сигнала, полягенератор 1, входные клеммы для подклю- риэатор 9,3 света, ориентированный перчения исследуемого радиоэлемента 2, пере пендикулярно к ориентации поляризатораключатель 3, магазин 4 калибруемых 9,2, систему Отражательных зеркал 10.2, деЯС-цепочек, блоки 5.1 и 5.2 согласования, лится полупрозрачным зеркалом 7.2, такжелазер 6, полупрозрачнье зеркала 7.1 и 7,2, проходит поляризатор света 9.4 и частичноэлектрооптические модуляторы 8,1 и 8,2, по- попадает в фоторегистрирующее устройстляризаторы света 9.1 - 9,4, отражательные 35 во 12, испытав постоянный сдвиг фазы призеркала 10.1 и 10,2, уголковый отражатель прохождении элементов второго оптическо 11, фоторегистрирующееустройство 12, из- го канала, отличающейся от сдвига фазымеритель 13 длины, излучения, прошедшего первый оптическийУстройство для измерения разност. Канал.фаз работает следующим образом, 40 При отсутствии одинаковых электричеВысокочастотный сигнал от генератооа ских импульсов от блоков согласования 5,11 в случае прямого вклочения двухпозици- и 5,2 электрооптические модуляторы 8,1 ионнаго двухполосного переключателя 3 по,2 не поворачивают плоскость поляризаступает через магазин 4 калибруемых ции лазерного излучения и оно полностьюЯС-цепочек на первый блок 5.1 согласова поглощается поляризаторами 9.1 - 9.3 свения и через исслецуемый радиоэлемент, та, Сформированные одинаковые электриподклоченный к клеммам 2, - на блок 5,2 ческие импульсы, поданные насогласования, Если радиоэлемент вносит электрооптические модуляторы 8,1 и 8.2,отрицательный сдвиг в фазу сигнала, то эле- приводят к повороту плоскости поляризаменты устройства функционируют следую ции лазерного излучения на 90 вокруг направления распространения излучения.На блок 5.1 согласования поступаетсиг- При этом поляризация лазерного излучениянал, опережаощий по фазе сигнал, постуг 1 а- совпадает с ориентацией поляризаторовющий на блок 5.2 согласования, В блоках света 9,1 и 9,3 в пеоном и втором оптическихсогласования 5,1 и 5.2 исследуемые колеба каналах и через поляризаторы 9.1 и 9,3 прония формируют одинаковые по форме, вели- ходят световые импульсы длительностью ичине и длительности по отношению друг к формой соотВетствующие Одинаковым элек 3друг" электрические импульсы, не завися- трическим импульсам,щие От частОты генератора, и с разнОстью При отсутствии исследуемого радиоэлеавной Оазности фаз исследуемых ко- мента на клеммах 2 сдвига фаэ между оди 1758580наковыми импульсами нет, Изменением положения уголкового отражателя 11 получают приблизительное равенство оптических длин пути света в первом и втором каналах, Интерференция двух одинаковых линейно- поляризованных световых импульсов, вышедших из поляризатора 9.4, позволяет получать при малых изменениях положения уголкового отражателя 11 минимум интенсивности лазерного излучения, поступающего в фоторегистрирующее устройство 12.Включение исследуемого радиоэлемента вызывает запаздывание по фазе второго из одинаковых импульсов, В этом случае свет от обоих импульсов, попадающих в фсторегистрирующее устройство 12, будет давать интенсивность большую, чем при полученном интерференционном минимуме в отсутствие радиоэпемента. Вводя в опережающий импульс лазерного излучения дополнительную сптическуо длину пути с помощью изменения положения уголкового отражателя 11, вновь попуча от минимум интенсивности лазерного излучения, поступающего в фоторегистрирующее устройство 12. Расстояние между положениями уголкового отражателя при минимуме интенсивности на оптическом входе фоторегистрирующего устройства беэ исследуемого радиозлемента и с подключенным радиоэлементом измеряется измерителем длины 13,Измеряемая разность фаз двух когерентных электрических колебаний рассчитывается по формулер =-2 - : ЗИР тс 1,где б - расстояние между положениями уголкового отражателя 11;1 - частота генератора 1;с - скорость света в вакууме.В случае большой величины разности фаз, когда измерителем длины нельзя измерить всю оптическую разность хода двух когерентных световых импульсов, используют предварительно калиброванные дпя данной частоты ЯС-цепочки магазина 4. ЯС- цепочки магазина 4 вносят отрицательный заранее известный сдвиг фазы в опережающий электрический сигнал, псдаощийся на блок 5.1, Тем самым достигается уменьшение на известную калиброванную величин, оптической разности хода двух когерентых световых импульсов до величины, ксторус можно измерить измерителем длины, Формула разности фаз записывается в этом случае таким образом:Иф=ю+У. ю=о 5 10 15 20 30 35 40 50 55 где р - разность фаз, измеренная измерителем длины;л - сдвиг фаз, задаваемый 1-й ЙС-цепочкой;И - число используемых цепочек, Если пс достижении (-180 не получен минимум интенсивности лазерного излучения, поступающего в фсторегистрирующее устройство 12, тс это означает, что сдвиг фазы сигнала вносимый радиозлементом положительный. При этом элементы устройства функционируют следующим образом,Двухпозиционным двухполюсным переключателем 3 переключают цепи перекрестно и сигнал, прошедший радиоэпемент, будет подан через магазин 4 на блок 5,1 согласования, а сигнал от генератора 1 - на блок 5,2 согласования, В обоих случаях (ипи отрицательный, ипи положительный сдвиг фаз вносится радисзпементсм) нэ бпск согласования 5,1 поступает сигнал, Опережающий по фазе сигнал, поступающий на блок согласования 5,2.Вновь проводят указанные измерения разности фаз, При этом в формуле измеряемой разности фаз изменяют знак,Если измеритель длины 13 выполнен в виде известного интерференционнсгс лазерного измерителя длины, то точность измерения расстояния между положениями уголксвого отражателя 11 достигнет О = - где Л - длина волны лазерного излучателя, используемогс в измерителе длины, Теперь на частоте исследуемых сигналов1 МГЦпр кАо =- - ЗЬУ 1,точность измерения может достигать вели- чины 10-р - Р . ,10 о . ;80 д - 1 210 )2 310Таким образом, в результате перевода разности фаз двух электоических колебаний в разность фаз двух одинаковых импульсов лазерного излучения и последующего измерения этой разности фаз путем определения оптической разности хода между ними можно достичь более высокой точности, чем указано в прототипе при переводе разности фаз двух электрических колебаний в угол поворота плоскости поляризации и последующего измерения этого угла поворота плоскости поляризации с помощью псляриметра. Формула изобретения Устройство дпя измерения разностифаэ, содержащее высокочастотный генера1758580 Составитель С. ЧерняковаРедактор С, Лисина Техред М,Моргентал Корректор Н. Ревская Заказ 2997 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж. Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 тор, входные и выходные клеммы для подключения исследуемого радиоэлемента, первый и второй блоки согласования, первую и вторую электрооптические ячейки, при этом выход высокочастотного генератора соединен с первым блоком согласования и через клеммы с вторым блоком согласования, отличающееся тем,что,сцелью повышения точности измерения, в него введены двухпозиционный двухполюсный переключатель, соединяющий выходы генератора и клемм с входами первого и второго блоков согласования, магазин калибруемых ВС-церпочек, размещенный между двухпозиционным двухполюсным переключателем и первым блоком согласования, источник лазерного излучения, первое полупрозрачное зеркало, оптически связанное с лазером и создающее два оптических канала, первый канал состоит из последовательно соединенных электрического модулятора, связанного с первым блоком согласования, поляризатора света, системы 5 отражательных зеркал, оптически связанной с уголковым отражателем, и второго полупрозрачного зеркала, второй оптический канал состоит из последовательно соединенных первого поляризатора света, 10 электрооптического модулятора, связанного с вторым блоком согласования, второго поляризатора света и системы отражательных зеркал, оптически связанной с вторым полупрозрачным зеркалом, которое оптиче ски связано с последовательно соединенными поляризатором света и фоторегистрирующим устройством, причем уголковый отражатель первого канала механически связан с измерителем длины.