Измеритель частоты

1275318 1 О 20 30 элемента 2 И-ИЛИ 19 позволяет значительно повысить точность измерителяза счет повышения чувствительности 1Изобретение относится к радиоизмерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения частоты радиосигнала в широком диапазоне частот с высокой точностью,Целью изобретения является повышение точности измерения частоты радиосигнала в широком диапазоне частот.На чертеже приведена структурная схема измерителя частрты.На одной оптической оси последовательно расположены лазер 1, четвертьволновая: пластина 2, оптический квадратурный конденсатор 3, опти ческий анализатор 4, система формирующих линз 5 и Б-отводная оптическая линия 6 задержки. Источник 7 исследуемого сигнала электрически соединен с одной из пар обкладок вадратурного конденсатора 3 непосредственно, а с другой парой - черезфазовращатель 8. Каждый из И Фазовыхдискриминаторов 9 имеет на входе двепары компланарных Фотоприемников 10,11 и 12, 13, выходы которых электрически соединены с входами вычитающих устройств 14 и 15 соответственно.Выход вычитающего устройства 14 соединен с сигнальными входами пороговых устройств 16 и 17, выход вычитающего устройства 15 - с сигнальным входом порогового устройства 18. Выходы пороговых устройств 16 и 18 подключены соответственно к первым входам: первого и второго элементов И логического элемента 2 И-ИЛИ 19, являющегося выходным устройством фазового дисФкриминатора 9, а выход порогового устройства 17 подключен к второму вхоО ду первого элемента И и к второму инвертирующему входу второго элементаИ элемента 2 И-ИЛИ 19. Выход каждогоиз Н фазовых дискриминатором 9 черезформирующие линзы 20 оптически связаны с соответствующей парой световодовлинии 6 задержки, а выход электричесфазового дискриминатора в области перехода фазовой характеристики черезнулевой уровень. 1 ил. ки соединен с соответствующим разрядом регистра 21.Измеритель частоты работает следующим образом,Узкий когерентный световой луч слинейной поляризацией, генерируемыйлазером 1, проходит через /4 пластину 2, где приобретает круговую поляризацию и .постулает на оптическийвход квадратурного конденсатора 3. Наэлектрический вход оптического квадратурного конденсатора 3 поступает исследуемый радиосигнал, причем на одну пару противоположных пластин - непосредственно, а на другую пару - через фазовращатель 8. Так как сдвигфаз задается Фазовращателем 8 постооянным ( Ч= 90 ), то в объеме кристалла оптического квадратурного конденсатора 3 Формируется круговое моделирующее поле которое сдвигает частоту световой волны оЭ на величину частоты исследуемого радиосигнала и),Таким образом, на оптическом выходеквадратурного конденсатора 3 световая волна имеет частоту ь +о 1 икруговую поляризацию, Проходя черезоптический анализатор 4, поляризациясветовой волны преобразуется в линейную.Далее системой Формирующих линз5 формируется плоский когерентныйсветовой луч с равномерной по сечению интенсивностью. Падая соосно наторцовый срез оптической линии 6 задержки, световой луч делится равномерно и с одинаковыми начальными фазами на К = 2 И частей, (т.е. наК = 2 И световодов пучка) . Точностьразделения определяется точностью изготовления световодов.Световоды оптической линии 6 зарержки разбиты на пары так, чтобы вкаждой паре обеспечивалась необходимая пространственная задержка одногосветового луча (измерительного) ноотношению к другому (опорному). Све318 каналов регистрации, в которых используется другая пространственная задержка а 7Длина второго (измерительного) световода 1-й пары определяется выражением 2. = 2 + 2 ь 1;. Такой ряд пространственных задержек позволяет определить н регистрирующем устройстве значение частоты радиосигнала н виде йс-Е:;1 О = 21 и 1, оР сэ С С)0 8= г 217 и 0 пРи соз - (С С)Д О3 ь, - частота световой волны лазера.В регистре 21 в каждый момент времени запоминается полученная последовательность логических "0" и " 1"всех каналов регистрирующего устройства. Этот двоичный код соответствует частоте исследуемого радиосигнала и,Фазоный дискриминатор 9 работаетследующим образом.Ток фотоприемника пропорционаленинтенсивности падающего на него светового потока, Расстояние между фотоприемниками каждой пары 10, 1 и12, 13 выбрано ранным половине периода интерференционной картины, значит, если один из фотоприемниковкаждой пары располагается в максимуме освещенности, то второй - вминимуме освещенностиТоки фотоприемников 10 и 11 первой пары поступают на входы вычитающего устройства 14, а токи фотоприемников второй пары 12 и 13 - на входы вычитающего устройства 15. Вычитающие уст-ройства 14 и 15 обеспечивают подавление фоновой засветки фотоприемников и выделяют на своих выходах напряжения, пропорциональные интенсивности максимумов и минимумов интерференционных полос.Первая пара фотоприемников 10 и11 является основой, вторая пара 12и 13 - дополнительной и включается в1работу в тот момент, Когда на основную пару фотоприемников 10 и 11 попадает свет одинаковой интенсивности,что эквивалентно переходу фазоной где Ч - скорость света в светонодеРФоЗ круговая частота лазера 35о - круговая частота радиосигнасла.При изменении частоты радиосигнала о изменяются разности фаэ светосных колебаний и каждой д-й паре све товодов 6 , на различные величины. Соответственно на различные числа периодов сдвинутся интерференционные картины, возникающие на фотоприемниках различных фазовых дискриминаторов 45 .9,а отсчет оказывается кратным степени два.Фазовые дискриминаторы 9 фиксируют сдвиг между световыми колебаниями измерительного и опорного свето вых лучей соответствующей пары световодов и преобразуют его в логический "0", если знак У; = созда, отрицателен, и и логическую " 1", если знак У; = соз а 9, положителен. Возникающая 55 неоднородность отсчета частоты из-за того, что функция сон периодическая, исключается введением дополнительных 3 1275 товые лучи из двух световодон каждой пары через формирующие линзы 20, создающие плоские световые лучи, падают на компланарные фотоприемники 10- 13 под заданным углом. 5В результате интерференции измерительного и опорного световых лучей в плоскости, где расположены фотоприемники 10-13,каждого фазового дискриминатора 9, возникает интерференционО ная картина иэ чередующихся темных и светлых полос, параллельных апертуре фотоприемников. Положение светлых и темных полос интерференционной картины относительно апертур фото приемника 10-13 зависит от разности фаз между колебаниями измерительного и опорного световых лучей в каждой д-й паре волоконных световодон, связанных через формирующие линзы 20 с 20 -м фазовым дискриминатором. Разность фаз между колебаниями опорного и измерительного каналов в 1-й паре световодов пропорциональна . разности11 длин световодов пары ь 1 = 7, -2;1= 2 а 1 ( ь 1 - разность длин оптических путей для 1-й пары светонодов) и равнахарактеристики дискриминатора через нулевой уровень.На первое 16 и третье 18 пороговые.устройства установлен нулевой порог, а на второе пороговое устройство 17 подан порог срабатывания, разный напряжению нечувствительности первого порогового устройства 16, На сигнальные входы пороговых устройств 16 и 17 подается сигнал с вьгхода пер- О ваго вычитающего устройства 14, на сигнальный вход третьего порогового устройства 18 - сигнал с выхода второго вычитающего устройства 15.Если положение светлых и темных 15 полос интерференционной картины на Фотоприемниках 10 и 11 таково, чта освещенность их существенна различна, то напряжение на выходе вь.чита ощего устройства 14 больше пороговогс на пряжения порога па втором порсговом устройстве 17 и напряжение на ега выходе соответствует уровню логической "1". Напряжение с выхода второго порогового устройства 7, посту пая на элемент 2 И-ИЛИ 19 открывает первый логический элемент И и закрывает второй элемент И. В этом случае на выходе логического элемента2 И-ИЛИ будет напряжение, саответст- Овующее логическому уровню первогопорогового устройства 16. Уровень"0" или "1" с выхода элемента 2 И-ИБ19 поступает на соответствующий разрядный вход регистра 21 и устанавливает ега в положение, соответствующее О" или1 , в зависимости отсостояния первого порогового уст. ройства 16.Если положение светлых и темных г 0полос интерференционной картины та"кова, что асвещенность первой парыФотоприемников 10 и 11 одинакова.или разность их меньше напряжениясрабатывания второго порогового уст- д 5райства, то пороговое устройс-во 7устанавливается в положение, соответствующее уровню логического "0нр его вьходе, а следовательно, закрывается первый элемент И и аткрывается второй элемент И логическогоэлемента 2 И-ИЛИ. В результате на выход логического элемента 2 И-ИЛИ 19 поступает логический уровень, соответствующий выходному урозню третье го порогового устройства 18, которое1находится в состоянии лагическога 0 или "1" в зависимости ат тога, каой из Фотоприемников 2 или 13 второй пары освещен сильнее. Наскапьку Фотоприемники 12 и 13 второй пары сдвинуты относительно фотоприемников первой пары 10 и 11 на четверть периода интерференционной картины, та равной или близкой освещенности фотоприемников 10 и 11 первой парысоответствует максимальная разность освещенности Фотоприемников 12 и 13 второй пары, в этом случае пороговое устройство 18 надежно срабатывает и нет неопределенности в выходном сигнале Фазового дискриминатора за счет конечной чувствительности фаэовага дискриминатора,Нредлагаемое построение и алгоритм работы фазового дискриминатора 9 позволяет значит:а повысить егочувствительность в ,сти перехода Фазовой характери:ики через нулевой уровень и как следствие, точность измерителя частоты, так как ошибка из-за нетасп ости вьделения фазы .особенна в старших разрядах ре- гистрирующего устрайсва)зывает большую погрешность в и. "нии частоты.Выражение для тсчности измерениячастоты имеет вид21и +2где и - число световых волн, укладывающихся на пространственной разности хода лучей в измерительном и опорном световодах пары ьУ., Используя лазер с линой волны 1, = 0,63 мкм, устройства обеспечивает на частоте ис - следуемого сигнала Х,= 500 "Гц ,(1 = 0,6 м) при Л . .=- 0,6 м и предельную точность с =: (а /Л )-6с с - 2 10 , значительна превосходящую точность традиционных радиатехничесих измеречий частоты,Ф а р м у л а и з обретенияИзмеритель частоты, содержащий источник исследуемого сигнала, 11-отводную линию задержки и Ы-канальное устройство регистрации, в каждом1-ам канале которого включен Фазовый дискриминатор, выход которого соединен с .-м разрядным входом регистра, а т л и ч а ю щ и й с я тем, что1275318 Корректор Т. Колб Редактор И. Булла Техред А.Кравчук Заказ 6555/35 Тираж 728 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб.,д. 4/5Подписное Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 с целью повышения точности измерениячастоты, в него введены последовательно расположенные на одной оптической оси лазер, четвертьволноваяпластина, оптический квадратурный Вконденсатор, оптический анализатор исистема формирующих линз, оптическисвязанная с И-отводной линией задержки, выполненной в виде волоконногоразветвителя светового пучка с И па- орами волоконных световодов, выходыд-й пары световодов через формирующие линзы оптически связаны с х-мфазовым дискриминатором, фазовыйдискриминатор выполнен в виде двух Зпар компланарных фотоприемников,расстояние между которыми в паре равно половине периода интерференционной картины, а расстояние междукрайними фотоприемниками пар равночетверти периодов интерференционнойкартины, выходы каждой пары фотоприемников подключены соответственнок входам первого и второго вычитающих устройств, выход первого вычитаю-щего устройства соединен с сигнальными входами первого и второго пороговых устройств, выход второго вычитающего устройства подключен к сигнальному входу третьего пороговогоустройства, выходы первого и третьего пороговых устройств подключенысоответственно к первым входам первого и второго элементов И элемента2 И-ИЛИ, а выход второго пороговогоустройства подключен к второму входупервого элемента И и второму инвертирующему входу второго элемента Илогического элемента 2 И-ИЛИ, выходэлемента 2 И-ИЛИ является входом фазового дискриминатора, причем порогсрабатывания второго порогового устройства выше порогов срабатыванияпервого и третьего пороговых устройств на величину напряжения нечув"ствительности первого и третьего пороговых устройств, а источник исследуемого сигнала подключен к однойиз пар противоположных обкладок оптического квадратурного конденсато,ра непосредственно, а к второй паре -через фазовращатель.