Устройство для измерения разности фаз

 

Использование: фазоизмерительная техника, измерение разности фаз двух когерентных электрических колебаний и фазовых характеристик радиоэлементов в широком диапазоне частот. Сущность изобретения: устройство содержит высокочастотный генератор (1), клеммы для подключения исследуемого радиоэлемента (2). переключатель (3), магазин калибруемых RC-цепочек (4), 2 блока согласования (5.1, 5.2). лазер (6), 2 полупрозрачных зеркала

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G О1 R 25/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4840292/21 (22) 18,06.90 (46) 30.08.92. Бюл. М 32 (75) О.В. Мельничук (56) Авторское свидетельство СССР й. 1247780, кл. G 01 R 25/02, 1985.

Крылов К.И., Прокопенко В.Т., Митрофанов А.С. Применение лазеров в машиностроении и приборостроении. Л.:

Машиностроение, 1978, с. 244-245. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ РАЗНОСТИ ФАЗ (57) Использование: фазоизмерительная техника, измерение разности фаз двух коге„„Я2 „„1 75858О А1 рентных электрических колебаний и фазовых характеристик радиоэлементов в широком диапазоне частот. Сущность изобретения: устройство содержит высокочастотный генератор (1), клеммы для подключения исследуемого радиозлемента (2). переключатель (3), магазин калибруемых

RC-цепочек (4), 2 блока согласования (5,1, 5.2), лазер (6), 2 полупрозрачных зеркала (7Л. 7.2), 2 электрооптических модулятора (8Л, 8.2), 4 поляризатора света (9Л. 9.2, 9.3, 9.4), 2 отражательных зеркала (10.1, 10,2), уголковый отражатель (11), фоторегистрирующее устройство (12), имеритель длины (13).

1 ил.

1758580

Изобретение относится к фазоизмери- лебаний, Сформированные одинаковые тельной технике и может быть использова- электрические импульсы управляют элект;- о 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- 5 ным зеркалом 7.1 и далее распространяется роком диапазоне частот, включая высокие и по первому и второму оптическим каналам, По первому оптическому каналу лазерное

HàèooëBB 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, модулиру ощую электрооптическую ячейку, отражается от первого зеркала системы отдемодулирующую электрооптическую я ей- ражательны". зеркал 10,1, проходит уголкоку, поляриметр, первый и второй блоки со- 15 вый отражатель 11, отражается от второго гласования, Цель изобретения достигаетсл зеркала системы отра>кательных зеркал путем перевода разности фаз двух электри- 10,1, делится полупрозрачным зеркалом 7.2, ческих колебаний в поворот плоскости по- проходит поляризатор 9.4 света и частично ляризации свата и последующего попадает B фоторегистрирующее устройстизмерения этого угла поворота плоскости с 20 во 12, испытав постоянный сдвиг фазы при помощью поляриметра, чем может дости- прохождении элементов оптического канагаться точность измерения до тысячных до- ла, Во втором оптическом канале лазерное излучение проходит через поляризатор свеОднакодля многих задач физики и элок- та 9,2, ориентированный на прохождение троники 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- 30 пендикулярно K ориентации поляризатора ключатель 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, также лазер 6, полупрозрачные зеркала 7.1 и 7.2, проходит поляризатор света 9.4 и частично электрооптические модуляторы 8,1 и 8,2, по- попадает в фоторегистрирующее устройстляризаторы света 9.1 — 9,4, отражательные 35 Во 12, испытав постоянный сдвиг фазы при зеркала 10.1 и 10,2, уголковый отражатель прохожденииэлементоввторогооптическо11, фоторегистрирующееустройство12, из- го канала, отличающейся от сдвига фазы меритель 13 длины, излучения, прошедшего первый оптический

Устройство для измерения разност . KB;làë. фаз работает следующим образом, 40 При отсутствии одинаковых электричеВысокочастотный сигнал от генератооа ских импульсов QT блоков согласования 5,1

1 в случае прямого включения двухпозици- и 5.2 электрооптические модуляторы 8,1 и оннаго двухпол осного переключателя 3 по- 8,2 не поворачивают плоскость поляризаступает через магазин 4 калибруемых ции лазерного излучения и оно полностью

RC-цепочек на первый блок 5.1 согласова- 45 поглощается поляризаторами 9.1 — 9.3 свения и через исслецуемый радиоэлемент, та, Сформированные одинаковые электриподключенный K клеммам 2, — на блок 5,2 ческие импульсы, поданные на согласования, 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- 50 ции лазерного излучения на 90 вокруг направления распространения излучения.

На блок 5.1 согласования поступает сиг- При этом поляризация лазерного излучения нал, опережающий по фазе сигнал, поступа- совпадает с ориентацией поляризаторов ющий на блок 5.2 согласования, В блоках света 9,1 и9,3 в первом и втором оптических согласования 5,1 и 5.2 исследуемые колеба- 55 каналах и через поляризаторы 9.1 и 9,3 прония формируют одинаковые по форме, вели- ходят световые импульсы длительностью и чине и длительности по отношению друг K формой соответствую .Цие Одинаковым алек"

I другу электрические импульсы, не завися трическим импульсам, щNе От частоты Генерато()а, и с раэнОстью При отсутствии исследуемого радиоэле,, -.авной Оазности фаз исследуемых ко- мента на клеммах 2 сдвига фаэ между оди1758580 наковыми импульсами нет. Изменением положения уголкового отражателя 11 получают приблизительное равенство оптических длин пути света в первом и втором каналах, Интерференция двух одинаковых линейнополяриэованных световых импульсов, вышедших из поляризатора 9.4, позволяет получать при малых изменениях положения уголкавого 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 фаторегистрирующее устройства 12, будет давать интенсивность большую, чем при полученном интерференционном минимуме в отсутствие радиоэпемента. Вводя в опережающий импульс лазерного излучения дополнительную оптическую длину пути с пîMîLll,ь а изMåíeíèÿ положения уголкового отражателя 11, вновь попучжат 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 кагерентных электрических колебаний рассчитывается по формуле

p= — 2 — 360 1

d, где d — расстояние между положениями уголкового отражателя 11;

f — 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. RCцепочки магазина 4 вносят отрицательный заранее известный сдвиг фазы B опережающий электрический сигнал, подающийся на блок 5.1. Тем самым достигается уменьшение на известную калиброванную величин, оптической разности хода двух когерент ых световых импульсов до величины, катару.о можно измерить измерителем длины, Формула разности фаз записывается в этом случае таким образом:

+=e+2У. ю

I=O

« 5

55 где p — разность фаз, измеренная измерителем длины; — сдвиг фаз, задаваемый I-й RC-

N — числа используемых цепа ек, Если по достижении (- 180 не получен минимум интенсивности лазерного излучения, поступающего в фоторегистрирующее устройства 12, то это означает, что сдвиг фазы сигнала вносимый радиозлементом положительный. При этом элементы устройства функционируют следующим образом, Двухпозиционным двухполюсным переключателем 8 переключают цепи перекрестно и сигнал, прошедший радиоэпемент, будет подан через магазин 4 на блок 5,1 согласования, а сигнал от t.e;:ератора 1 — H3 блок 5,2 согласования, В обоих случаях (ипи отрицательныll, ипи положительный сдвиг фаэ вноситс» радиозпементам) нэ блок согласования 5,1 пОступает сигнал, спережающий по фазе сигнал, поступающий на блок согласования 5,2.

Вновь проводят указанные измерения разности фаз. При этом в формула измеряемой разности фаз изменяют знак, Если измеритель длины 13 выполнен в виде известного интерференционнога лазерного измерителя длины, то точность измерения расстояния между положениями уголкового отраж".тепя 11 достигнет

d = — „где 1.— длина волны лазерного излучателя, используе гого в измерителе длины, Теперь на частоте исследуемых сигналов

1=1 МГЦпри А =-1мк, р =- —, 353 t, =- А. точность измерения мажет достигать величины

10 6 6 «„Π— 6

ЛГ=2. 106 ° 360О =(1,2 ° 10 6)

2 3*10

Таким образом, в результате перевода разности фаз двух электрических колебаний

B разность фаз двух одинаковых импульсов лазерного излучения и последующего измерения этой разности фаз путем определения оптической разности хода между ними можно достичь "îëåå 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 паляриметра.

©ормула изобретения

Устройство дпя измерения разности фаэ, содержащее высокочастотный генера1758580

Составитель С. Чернякова

Редактор С. Лисина Техред M,Moðãeíòàë Корректор Н. Ревская

Заказ 2997 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва. Ж 35. Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. 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 RC-gepnosex, размещенный между ji,âóõïoýèöèîííûì 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 оптиче15 ски связано с последовательно соединенными поляризатором света и фоторегистрирующим устройством, причем уголковый отражатель первого канала механически связан с измерителем длины.