Оптоэлектронное устройство для измерения оптических сигналов

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскид Социалистических Республик(51)М. Кл 3 С 01 й 29/08 с присоединением заявки Йо Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ1Изобретение относится к измери тельной технике и может быть использовано для измерения широкогоамплитудного диапазона постоянныхили медлен,:о,меняющихся оптических 5сигналов, имеющих различную спектральную характеристику и степень поляризации,Известно оптоэлектронное устройстводля измерения оптических сигналов, 10содержащее генератор интегратор, регистратор, канал измерения, состоящий из последовательно соединенныхмодулятора, фотоприемника и эмиттерного повторителя, первый ключевой 15умножитель, соединенный сигнальнымвходом с выходом канала измерения,управляющим входом - с выходом гене-.ратора и входом канала измерения,выход первого ключевого умножителя 2 Осоединен с первым входом интегратора11 .Недостатком известного устройстваявляется низкая помехоустойчивостьи чувствительность при измерении постоянных и медленно меняющихся опти-.,ческих сигналов.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и чувствительностиустройства цри измерении постоянных Зо или медленно меняющихся оптическихсигналов,Для достижения этой цели в устройство для измерения оптических сигналов, содержащее генератор, интегратор, регистратор, канал измерения, состоящий иэ последовательно соединенных модулятора, фотоприемника и эмиттерного повторителя, первый клю . чевой умножитель, соединенный сигнальным входом с выходом канала иэ - мерения, управляющим входом - с выходом генератбра и входом канала измерения, выход первого ключевого умножителя соединен с первым входом интегратора, введены инвертор три ключевых умножителя, триггер, счет чик и блок опорного напряжения, причем выход второго ключевого умножителя подключен к первому входу интегратора, выходы третьего и четвертого ключевых умножителей соединены с вторым входом интегратора, сигнальный вход третьего ключевого умножителя соединен с выходом канала измерения, блок опорного напряжения соединен с сигнальными входами вто- рого и четвертогб ключевых умножителей, вход инвертора соединен суправляющими входами первого и четвертого ключевых умножителей, а выход - с управляющими входами второго и третьего ключевых умножителей,выход триггера подключен ко входугенератора и управляющим входам интегратора и счетчика, сигнальнымвходом соединенного с выходом генератора, вход триггера соединен с выходом регистратора,Устройство использует принцип модуляции измеряемого светового потокапсевдостохастической последовательностью двоичных командных импульсовс последующей противошумовой корреляционной обработкой . Псевдостохастическая последовательность двоичных 15импульсов характерна тем, что может принимать только два значения-единица или ноль, причем изменениезйаЧения Может происходитьтолько вопределенные моменты времени, отстоя- Щщит"друг от друга на строго равныеинтервалы. Эти интервалы можно назвать дискретами. Дискреты, в течениекоторых псевдостохастическая последовательность двоичных. импульсов принимает значение единицы, можно назватьединичными, остальные же дискреты будут нулевыми. На фиг. 1 изображена блок-схемаустройства; на фиг. 2 - временные диа 3граммы, поясняющие работу устройства.Устройство состоит из генератора1 псевдостохастической двоичной команды, канала 2 измерения, содержащего оптический модулятор 3, фотоприемник 4 и эмиттерный повторитель5, коммутатора б, содержащего блок7 опорного напряжения, включающий всебя источник 8 опорного напряженияи эмиттерный повторитель 9, четыреключевых умножителя 10-13 и инвертор 14, триггера 15, интегратора 16,счетчика 17 единичных дискретов и регистратора 18.Работа устройства происходит следу.45ющим образом.Генератор 1 вырабатывает псевдостохастическую двоичную команду 0 к " которая поступает на командные входыоптического модулятора 3 и коммутатора б и на сигнальный вход счетчика17 единичных дискретов, Измеряемыйсветовой поток фомодулируется в модуляторе 3 и на его выходе представляет из себя световой сигнал Фс спрямоугольной огибающей, принимающий два значения, большее из которыхсоответствует во времени единичномудискрету команды Ох(т), а меньшеенулевому дискрету. Фотоприемник 4 сэмиттерным повторителем 5 на выходе щосуществляет линейное преобразованиесветового сигнала Фс(с) в электрический сигнал О,д(с), величина которогопропорциональйая яркости сигналаФ. , способной изменяться в шйроком диапазоне, Источник 8 опорного напряжения с эмиттерным повторителем 9 на выходе вырабатывает постоянное опорное напряжение Ооц, причем эмиттерный повторитель 9 полностью идентичен эмиттерному повторителю 5 канала измерения, Величина Оо может быть отре-. гулирована с целью устранения систематических ошибок. В состав коммутатора 6 входят четыре идентичных ключевых умножителя 10-13 и инвертор 14, включенные таким образом, что через них к дифференциальным входам интегратора 16 подключены соответственно выход канала 2 измерения и выход блока 7 опорного напряжения, причем выход канала 2 измерения будет подключен к инвертирующему входу интегратора 16 во время нулевых дискретов Ок и к неинвертирующему входу во Время единичных дискретов. Выход же блока 7 опорного напряжения будет в это время йодключен к тому из дифференциальных входов интегратора 16, который остается свободным, Таким образом, если назвать значения выходного сигнала канала измерения Ор(с), соответствующие во времени единичному и нулевому дискретам О(1),еди-. ничным и нулевым значениями, то можно утверждать, что единичные значения О будут проинтегрированы со знаком плюс а нулевые - со знаком минус. Если число единичных и нулевых дискретов О будет равным, то скорость нарастания выходного напряжения О(с) интегратора 16 будет пропорциональна разности величин единичного и нулевого значений О. При этом внутренние шумы канала измерения будут одинаковы во время единичных и нулевых дискретов О(с) и на скорости нарастания выходного напряжения 00(с) интегратора почти не скажутся. Благодаря этому, повышается устойчивость предлагаемого устройства к помехам внутреннего происхожцения и открываются пути повышения его чувствительности . Регистратор 18 представля,ет из себя пороговое устройство, кото,рое сработает, как только выходное напряжение 00(с) интегратора 16 достигнет -заранее заданного значения, называемого порогом срабатывания, При этом на выходе регистратора 18 появится команда Оу (с) на срыв триггера 15, ранее запущенного поданной извне командой Оп. - пуск, обозначающей начало измерения. Выходной сигнал Ор(с) триггера 15, принимающий значение "1" в интервале между подачей О(с) и О (с), разрешает работу генератора 1. Нулевое же значение сигнала Ор(с) обнуляет интегратор 16 и счетчик 17 единичных дискретов.Все единичные дискреты, соответствующие во,времени накоплению энер-. гии на интеграторе, будут подсчитанысчетчиком единичных дискретов, причем их количество будет обратно пропорционально разности значений светового сигнала Фс, соответствующих единичному и нулевому дискретамО(с). Эта разность и является измеряемым параметром, который можно 5оценить по показаниям счетчика единичных дискретов в момент окончанияизмерения фотоприемника 4.Работу устройства поясняют временные диаграммы (фиг.2). На фиг.2 а .10изображены диаграммы напряжений вслучае равенства значений Фс, соответствующих единичному и нулевомудискрету О(т), а на фиг. 2 б - вслучае существенного превышения значений Фс(г), соответствующих единичному дискрету,На диаграмме 19 изображена форманапряжения ОК на выходе генератора 1, на диаграмме 20 - форма светового сигнала Ф(с) на входе фотоприемника 4, на дйаграмме 21 - форманапряжения О,п(с)на выходе канала 2измерения; на диаграмме 22 - форманапряжения ОО(с) на выходе интегратора 16; на диаграмме 23 - формазапускающего импульса триггера 15Оп(с) - пуск, на диаграмме 24 - форма срывающего импульса триггера 15Оср (выход регистратора 18), надиаграмме 25 - форма .напряжения на ЗОвыходе триггера 15 О (с); на диаграмме 26 - последовательность тактовых импульсов в счетчике 17 единичных дискретов, промодулированнаяпоступающим на сигнальный вход счетчи ка 17 выходным напряжением генератора 1 и привязанная к нему по фазе .Иэ диаграмм видно, что нарастаниенапряжения на выходе интегратора пропорционально, а количество единичных 40дискретов обратно пропорциональноразности параметров входного светового сигнала, соответствующих единичному и нулевому дискретам псевдостохастической двоичной команды,При составлении диаграмм 21 и 22 45учтено действие автоматической регулировки усиления фотоприемника 4,В предлагаемом изобретении осуществляется противошумовая корреляционная обработка измеряемого сигнала, 50что и позволяет достигнуть повышенияпомехоустойчивости и чувствительности устройства за счет увеличения отношения сигнал-шум и снижения чувствитель- ности устройства к помехам внутреннего происхожденияФормула изобретенияОптоэлектронное устройство для измерения оптических сигналов, содержащее генератор, интегратор, регистра-. тор, канал измерения, состоящий иэ последовательно соединенных модулятора, фотоприемника и эмиттериого повторителя, первый ключевой умно- житель, соединенный сигнальным входом с выходом канала измерения, управляющим входом - с выходом генератора и входом канала измерения, выход первого ключевого умножителя соединен с первым входом интегратора, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и чувствительности устройства при измерении постоянных или медленно меняющихся оптических сигналов, в него введены инвертор, три ключевых умножителя, триггер, счетчик и блок опорного напряжения, причем выход второго ключевого умножителя подключен к первому входу интегратора, выходы третьего и четвертого ключевых умножителей соединены с вторым входом интегратора, сигнальный вход третьего ключевого умножителя соединен с выходом канала измерения, блок опорного напряжения соединен с сигнальными входами второго и четвертого ключевых умножителей, вход инвертора соединен с управляющими входами первого и четвертого ключевых умножителей, а выход - с управляющими входами второго и третьего ключевых умножителей, выход триггера подключен ко входу генератора и управляющим входам интегратора и счетчика, сигнальным входом соединенного с выходом генератора, вход триггера соединен с выходом регистратора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР9355630, кл. 6 06 С 7/52, 1974,781716 иг ВНИИПИ Заказ 81 Тираж 1019 Подписно филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная