Устройство для регистрации изменения оптической длины волоконного интерферометра

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности, упрощение оптической схемы за счет исключения оптического блока формирования квадратурных сигналов и расширение рабочего диапазона за счет применения цифровой обработки квадратурных сигналов. Устройство состоит из последовательно соединенных генератора 1, делителя 2 частоты, селективного усилителя 3 и модулятора 4, последовательно соединенных фотодетектора 5, усилителя 6, синхронного детектора 7 и триггера Шмитта 9, последовательно соединенных синхронного детектора 13 и триггера Шмитта 15, регулируемых фазовращателей 19 и 20, включенных между опорными входами детекторов 7 и 13 и выходами генератора 1 и делителя 2 соответственно, и реверсивного счетчика 23. Квадратурные сигналы формируются на выходах детекторов 13 и 7, которые выделяют первую и вторую гармоники сигнала с фотодетектора 5. В зависимости от соотношений фаз квадратурных сигналов последние с триггеров 9 и 15 подаются на суммирующий или вычитающий вход счетчика 23. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С00ИАЛИСТИ<ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

В 01 В 21/00, Ci 02 В 6/(Ю

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО > ЗСБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРЧ ГКНТ СССР

121) 4:>г>f).È). 2>4 7>t

>>t 2>k 1 и. (><<), . < t л > 1>><,.> i<<) 1) ! ! « II HHHl1 1 1слии "()лите<(>tltt(TH1) т им 11 If К,>.1>1><ина

f", () 11 1 >< н, . 1 В .Ч(вел(в н <1 <1 t»

<;, <>,>,;1; <>ни н < > < I >! н ll> Р l < („)и; !г<1<пг(t)«(г<>п:е<г>с . )f . >5<>г

>!,; ",, 1 i < <)1)< ll! <г «» 1-:п> i, 198:5, 4, );1; «<>< I,)Ë

> >1)< > Г1 <; I f1< ) .1. 1Я РI-: Г3 (<.Т1>, .1(> I I l ! I > 1 11<)<. 1("л()! 11«)! < 11 t f 11.1)(1>f l>!.).×f:ТI, (<

< >Т >«h 11 Ti >< К >(<>I«<>< > 1>.; I ) г !.! « . <;. < >< "i:1 <л" If<,>!э >! !<><>1) ° < пп>! <><, , »а

> :« I . < « t < Г Л.18 > I< Il>f >< <)

< 1 < <; »I.«I.<>! <п>.<1 lтъ1>><<41 < > ° >1;1.<пв >!

П < Ill,нп; «. <« < >>< >!! >.I < «<,.в<>„„1528518 Аl применения цифровой обработки квадрат) р ных сигнал п<>ел<. довательно соединенных генератора I. .делителя 2 частоты, селектнвного усилителя 3 и модулятора 4, последовательно соединенных фотодетектора 5, усилителя 6, «ннхронногп детектора 7 н триггера Шмитта 9. r >леди вательпп сое1HHpH>fbi õ спи>HHo«> д . Телтпl) 1

1Л н триггера Шмнтта 15, регулнр)ечыi фа <овра.цателей !9 и 20. вкл<оченных чем д) опорными входа ми детекторов 7 и I:3 н выходамн генератора I и делителя 2 сп<>т

f<(7 тасин >. и реверсHHM<)f

k H <3 3 P d T i P H bl (LH Г из bf ф(> Р ч >1 Р ъ >от с и н а I> bl ходах дет(кторов 13 и 7, которые ныде лик>т ft(p») >f> í ftT<>pi». <,>рч(»1нки снгндлл (l>T> f<) l(Tt K тора > г> li >>>f (H (f< >(тн < > T (1) .

<>тн >и<с><нй ф.>.1 кв !др<17) 1>ныл сигналов ll<>(л> дпие (триггеров 9 и 1:> п(>лак>тсн н;! суччир) >(><цни H lH вы <>17;>к>п<нй ><м>д . !" тч л.1 "3 2 пл

j52S518 (2) 15 I. =- I. i+ II.(o

14 (. (5) / == / /«

Иэобретсние относится к контрольно-измерительной технике и может быть исполь(овано длн иэмерення иэменений оптической длины волоконного интерферометра

11ель иэобретсния -- (вышенне точносTH, ) flpoIttt. HHt Оптическии схемы 3а счРт Нс

3<;IK) tt t(It((Оптического блока формирования лвздр.(г) р)334х снг алов и рзсгцирение,)збои I<) (и;(и.l и>из 3,3 счевT иримеиеиин цнфроH()>I (tC>pз(н)тли (.Bilдрзтъ (

11.! фи> Нэобрзл «и,t C) «)K свеча иредлзгзх мого ъстройств (. Нз +Hf - э(3>с>, t4 и()ирйл<(Мни 1tH<1)p()B>4 t(l-1(4< ит<) В сh«чы

It ст (х) ЙГт вз

5 стрОЙГ ТВо ГО<. т<)и г и l ио< .(Рд()В.(Tt .t t, ИО ((3tt1HíttHHN <(ГРИР()зтирд 1. 1< ли е.1Я 2 чз< титы, сел(ктнвиого ) си.(ит«лн 3 и чод) литорз

4 оитн Ни(кой длины ннт«рф«роч(трз, i!()«лез<)В;) Т< Л)>И(Ъ t(ЪР 1ИН(ИИ)4Ъ ф<)Т<) <(Г< ЛТ!>ti,l (>(>t „(на Зиз J.1и <>и тическОЙ < нн <и с ин Tt ptpрс>че((ъоч, )силн Tt .Ън Г>, сиHъp<)ннОГ(> дсг«hT<>P;I 7, фильгРз к ни Ih<)A чз T<>(t4, три(ftр,l 3 11!митта и и.(н.>пи<.p;(Top,! 1(l и)

t .1< 1()Hill<.! tit>4% иив«(ът<);),3 1, ВЪ<).1 Л(ЪТ<)(Ъ<ЪГ< > II(> (К.ЪФ)Ч4 " h ЧН Ъ« t tt TPH! Г((ЪЗ l, H <>.3H<)B>

iH! .(«Tt hT(TP;I ! НХ<>1

Л Г(>РО(С< (!ОДК 1ХЪЧСН Л В<ХЪО13 iii H.1И (ЛИ (Ъ, 1ън.!),fpH 14 Hit )лн3 чзст(), тригft рэ 1 !11 . (T (и (<>э <ъвиб(ъ > (<)р;> i < «и) .;(.: >)<и., (и 1HHt ив<4 % )IHBtipT<)j<,i Нъ<>,; л< i,

fI<,Lt<.IKt It И Л Htlh«Д< Т(И I . (Ъ i I:i i«) lii i (ti4 ° . .«и .; .!

iIlЗ f(. lt И < ) ИЛ<><>.i,t

tt< иl(<>, (1>ъh .i<1! i< и< лиъ, t ъ< ) 1!

41!. !(1 !11 "i и .".. р и (> н . « (или >1 IА л« (ъ "(ъ f !K)4

Ъ ).(.(Ч (< Ч "! И " .;)< ()!<,l

1<) f ИЧ(С h< Ч

О.(н<.виГ>р;) г<>р:< 18 и и им< j) T<>p,t 1! М(и;< и (I3pB h в>4х )э;(ч (ри lt p.l .» !, (и<)виб (i )TOP I <(Ъ Т Ъ(ТЬИ !(3() ° t Л Ht4(!, 3ЗЧ ) (И<>

i(»C!p < T()j) t 1 и Tp<(! <";) i (.ю, « тHt 1>т.(и и рз л Вн 3<<1 ч (t l>< >Ви«(ъз т ti I 1(> и

ИИВС »7()".ii i II". . М .)«I И

<(((Kt)И (<(ЧЫ ) И<):(Л l!()H ° Hii Л ЯЬ! <(«1З <4 Т, ЪИ>f i Рз 9 H <>,! t Y><3H ° <Рзт(>)>з i <. В.()P J и f;;IP;I л внх<>.1;>ч и><м< рт<>р.l I >< ).1и<>мибр,) tiiii,l () гр TB>t f;,I;t,i л иы1<) lJН .j>l<)RIIC<(> « );),>

И ИНВ«P (Of)il к . I б< ТВ((! I,) <(И ) (ЪЗ Л 3«4 ХС)1,l÷ () lf«»!Hapl>T<>рв 1((и tpèf tt рз 1.(ъ

Ъ < T (>ОЙ« Тв() f>H á<> T it 1 t ° . ч

j1li1(и яви<а(ь !и Til, >и>л <вз! чс)г(с вы хо.((1 интерферочетр;! и;! ф ><О.1(т< ктсър (ъ. ИэЧ(ИНРI<(t ИО ).1КС)НЪ

<, 1r /, > и; «pt .1 í í H и и г«и« и ((и <)«; ь и,! ч и.1 (< .

ТЪ Д (\<. !I (Ч< Ht ИИ. СООТ ВСТР Г.

В1 II i«) — постоянная распространения света в волокне;

I. -- длина интерферометра.

Генератор 1 работает ма частоте 2Q, следовательно, иа выходе делителя 2 частоты -- прямоугольные колебания с частотой Q

Лля модуляции оптической длины ннтерфе. рометрз по гармоническому эакону используется селективный усилитель 3. иа .троен ный нз частоту <ъ с выхода которого

10 гармоническое напряжение и<)даетсн из чолулятор 4.

Под действием модулятора 4 длина ин терф«ромегрз н >меняется ио эакону

T.3t 1, - средняя длина и)(терферометрз. н3ченение которой необходимо эз р< (иГТ()ирои;)ть с . )чи;((ькь l>pt э.ъ.(I it(A< iI() ((.T Nil, 31 и <) ачилит).1а и угтовзн частота мод)линии длины ии(ерферометра. Го >т в т< (в(ии()

f T«ЛЪ И(«< ВР(МИ

j j >1<. TBBiTÿH (ъ(в 11 I. иолтчич

/ - / - 3/< л "1(1.;. )jj 3/((p ()(;=

/,-1/, „< "jjl.. <, "() 1/ с<>1(3 -- st;32)((!

>)((.„<. / - ц, „Щ.11,. jjal.— )/ ъ((ъ/ < зэ Э вЂ” 1 с(ъ(3/ ъ/

, i /. °,.. ) . / ((h / r <>((>(. i ) (30 (t / )(, Ъ/ ) at > Л!iH>< })(it< < 1И И(P>t(СЪ<Ъ

iJ f<) И<ЪРЯДЛЗ

}(,>, )ii Ô t ии< i<.) )() lt Tt t< )Рз, .

J .! ъ< B,IT< It >< . и ) < нлнт(г(н 6 (lP<)fl<«.

I<, ...tiI ;!>Iò < . иви<и ти i в(т()МО(О и<>г()лз. 1! ). . !t i< iI Ъ(Ъ<Ъ>< И< И <) .1<. Tt Л И(Ы)ИЗ(<НИ i >ll И. ) 1 1 И> фи. ((> «и )(и (4 IioJKчд!От f3 3(1pH «

(1 /, ъ)! \1 < ч<(40 (,t >ъ-(ъ/ 1 -и K/ >ъ<(.

Г.3((< И (1 <И(ЫН.IK>T фЗ.И>ВЫЙ «ДВНГ Mt Л

Оиорныч и дегектирулчь>ч

НаЛОЧ ! lit(траивзл фз(овращзтелн 19 н Л) (JK.

45 (т()бь> < „ <(, -:. < ъ (° -=1, и Выбирая зчилит д) чих)1il!I>IH 31. тзк< Й, чтобы /, 2ъ(ъ ъ!. л / «j) il, 2(ъ 31 « а.4 ) иь1)ч(33()1.,(вз hH<> 1

j)(3T)(ных сн(на.1з. ИРГ3<3((их инф< (ъч.(иих> (ъб н (чt и(. нии (tt. ли !ин34 1 <) .

50 1 „,, ))/„ 16) . (« (ОЛ2()1 (<) Длн аиалн1а работы цифровых элементов схемы устройства на фнг. 2 приведены

55 эп(орн напряжений в раэличн(4х точках схемы. Пред((оложим. <(то длина интерферомет. рз рзвночерно увеличивается во времеьи

Гогд.) нзиряжения I I и 1 >(нн выходах фильтров 8 и 14 будут нэменятьсн ио эалоиу

l5285I8 (6) н (7) соответственно (зависимости а н б на фнг. ") 1)рн этом на выход х триггеров

9 и )5 Шмнтта напряжения будут принимать значения, соответ:твующне уровням логического «О» и «)». в зависимости от значений Ua н (/«в каждый момент времени t (зависимости в и д на фиг. 2). Сигналы после инверторов I l H l7 изменяются, как и<зказано нл фиг 2 (завнснхости г и соот8<тс<8енн0} Олиовнбраторы 10. I2 (6 и l8 н.) Ихолн которых подалч сигналы с выхо (о лов триггеров 9 н l5 Шмнтза и ннэерт<-.ров

I I H I 7, формируют короткие имп) льсы. представленные зависимостями ж, з. ц. к на фиг 2.

Как Видно из фиг. I и фиг. 2, ВМОды

1nm(

2! н 22, подк.зючеиы так, что при указан. ном на фнг 2 соотношении фаз между наис)н лсииччи (. и (. <, нчн)льсы с олновиб раторов б)луг проходить 1ишь на вых >л <. xe. ® чы 2! (i <эви".Ич>сть л на фиг. 2) H посту.

«,).ь ин ччирую1цнй вход счетчика 23 Иэ

Нн,>ле .<.>< и и слой (хеч<г 22 б)лет по.элер.

ЛиватЬ(И <,P<>)H НЬ Л Н ИЧЕСКОй «I», КотОРЫй пола< тс)< на в<г <нта)О<)1ий вхол счетчика (за- 2>

>)иснчосзь >< иа фнг 2). IlpH этом lloKBJ>BHHA сч(1чила 6> лу1 ) велнчиваться.

IlpH раВН<)t(« pj«)<(< ъ ченьл>енин л 1нны HH< j>feP(>H<.-.Р,1 фэ <(8>ГЙ СДВИГ МЕЖДУ На<>РАл )<и><чи, . <

<з><снч(;< »< > и 61. Нзченнтсн на и. 8 3Q

j е < 1ü 8,< « I(> ич<>ъ .зьсы 6).>ут п(юходить

„j « -.,i(>< ;((л х< чз 2 и.(B)Jчит,>к>11<ий

И <.>

" рчн <и и < >(>р" ге><ия

<;»и <8;;и В< н тр;1(<ии ч <чеHt иия ,(1;и,> ° ...Нин !H>л<>кони((го ннгерфсро< <р,> рж.>ни.t 6.1(>j(формировании к)<,;лра г; »<

;.1H ((<(>«<», h<)H (<)я <и с интсрферометр>ч. .< 61(,л:б>рабо;ли лналрат) рных сигналов. 40 .«лн л > . p(> <) i!(>.1ллlоч< ны h выходам 6.1<>hJ, чи,><>8.>иин кBJ.ср. 1) рных сигналов, <>г <и(„ (,1(((((Ч и ГО, С 1181ЬК) ПОВЫШЕНИИ точности. упрощения оптической схемы и расзиирения рабочего диапазона. оно снабжено последовательно соелиненными генератором, делителем частоты и мод).зятороч. предназначенным для механической связи с интерферометром, блок формирования квал. ратур ых сигналов выполнен в виде фозо

ДЕтЕКтОРа, 18V X СИНХРОННЫХ .1ЕтЕКт< РО<З. 8»О дн которых п<>лкл<(«.енн . мнх<>л) <>< то.<<.

1t. у тора. и лв) х phl <> зипз ем <г х ф l ><>hp 1 <><.> те1ей, вк 110че нных меж.1ъ Bbi х((за чи <енс ()з тора н делителя частоты н опорными вхо дами соответствующих синхронных детекто ров, выходы синхронных детекторов ABJHþòся выходамн блока формирования квадрэтурных сигналов, блок обработки квадратурных сигналов выполнен в виде двух триггеров Ш митта, входы которых являются входа ми блока, лвух инверторов. входы которыхх пол ключены к вы ходам аот ветс твующнк триггеров Шмитта, первого н второго одновибраторов, входы которых подключены к выходам первого триггера Шмитта и первого нивертора соответственно. третьего и че(иертого одновибраторов. Нходы которых подключены к выхолам второго триггера

Шм><<тз, и второго ннверзора соответственно, двух сеч 2 — 2- 2- 2И -4ИЛИ-НЕ и реверсивного счетчика, входы козорог(з подключе. ны к внхс>лам схем 2 2 -2 - 2И- 4ИЛИ-ИГ. первая пара входоэ первой схемы

2 " 2И 4)1. IИ IIГ п<>д)слюченэ к

ННХОЛДЧ ПсрИО<О ИН8Ерт<>ра И «ЕтвсрГОГО <>Лн<>ви .<г ;рл. 8тсраH пар,< к внходэч пеp. ног< гера Шчитт,з и т(>етьегс олновнб.

PB 1((,,:,РЕ)ЬЯ П,>РД h 1<)ГХ((Л,<Ч BT()Pt)T()( трнг<ер.> Ш)гнтза и BT(>p<)i <»лновибратора, чеTBl ргJ>) пэвэ к Bb< ()ë,)ч вт рого ииверз >рл н первог< (>ли<> )ИГрат >р;«;< р8.)я <и р3 8холов 81()p(i)< схсчн 2 " 2)(4И. )И НЕ. Ноллл)очсиа л Ныхолзч 1)ерного триггера Шчнтза н четвер)о<>> олиовнбратс>ра. втораи и >рэ л вых()л»ч первого ии. верт >ра í TpBTh" го олновибра гора. т ретья пар ) л вы хо.з;>ч вт<>ро< о олновибрзто.

pi1 и вт >р 1<) иия< р-.t>pil. чет<>срт;>н пара к анхо.>,<ч i)t рво<о ол)<оаиГ>разора и BT(>pt)l() три<гс j)1 ())читт.>

1 5285 l8

Фиг 2 як«. ь М h а <и ° н

1 < .< Ькт р 3 I t «ни 1 %<: < 11 !!i!i

В11!1И11Ы Гись.ъарста< нн<>< э коми<< т,а ui, н «6р» тевеммч и иктлт<.тьккн<т ti>v<