Оптический анализатор спектров

 

АНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

ОП ИС

3989 87

Союз Советских

СОКиьлисти4юских

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Зависимое от авт. свидетельства № 378902

Заявлено 03,11,1971 (№ 1620472/26-9) с присоединением заявки №вЂ”

М.Кл. б 061 9/08

G 06l 9/13

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытии

Приоритет—

Опубликовано 27.1Х.1973. Бюллетень ¹ 38 УДК 621.317.35(088.8)

Дата опубликования описания 5.III.1974

Авторы изобретения

В. В. Садовский, Л. Л. Никифоров, К. Б. Круковский-Синевич и

A. М. Бурковский

Заявитель

ОПТИЧЕСКИЙ АНАЛ ИЗАТОР СПЕКТРОВ

Изобретение относится к области измерительной техники.

Известен оптический анализатор спектров

1.о авторскому свидетельству № 378902. Hp l определении моментов спектра мощности он имеет недостаточное быстродействие.

Целью изобретения является повышение быстродействия при определении моментов спектра мощности на всех уровнях сигнала.

Это достигается тем, что перед фотоприемниками помещены дополнительный транспарант с переменной прозрачностью и щелевые диафрагмы. Фотоприемники с соответствующими диафрагмами механически связаны с устройством вертикального сканирования, а между выходами фотоприемников и входом регистрирующего прибора включен делитель сигнала с одного фотоприемника на сигнал с другого.

На чертеже схематично иозбражен предлагаемый анализатор.

Узкий луч источника 1 когерентного света расширяется до требуемого сечения с помощью коллиматора 2 и освещает исследуемую модель 3 сигнала, которая представляет собой поперечную (трансверсальную) фотозапись исследуемого электрического сигнала, выполненную одним из известных способов.

В выходной фокальной плоскости цилиндрической интегрирующей линзы 4, установленной, как показано на чертеже, образуется поканальный спектр пространственных частот (преобразование Фурье) исследуемого сигнала. Каждое сечение сигнала вдоль оси К можно рассматривать как соответствующую дифракционную решетку или как соответствующий жестко клиппированный сигнал. Так как в качестве интегрируемой линзы применена цилиндрическая линза, которая выполняет преобразование Фурье только по одной координате

1О (в данном случае по х), то в выходной фокальной плоскости линзы одновременно образуется спектр пространственных частот всех сечений (уровней) сигнала, называемый поканальным спектром сигнала.

Покапальный спектр сигнала существует в виде соответствующего распределения светового поля в выходной фокальной плоскости линзы, Так как линза 4 симмет1зичпа относительно оси g, "î и спектральная картина симметрична относительно линии 00, соотвествующей постоянной составляющей всех каналов сигнала. Симметричность спектральной картины может быть формально истолкована как наличие положительных и отрицательных частот сип1ала, т. е. как

25 комплексный спектр сигнала.

Для того, чтобы вычислить первый момент спектра мощности какого-либо уровня (канала) сигнала, необходимо спектр мощности созт ответствующего уровня умножить на функцию

398987

1о

2О (f»(f)/ Ч о

25 зо

40

3 соответствующую линейному изменению частоты, взять интеграл от этого произведения и разделить на спектр мощности соответствующего уровня. Эти операции осуществляются в предлагаемом анализаторе следующим образом.

Так как вся информация о спектре мощности полностью заложена в одной из полуплоскостей плоскости пространственных частот, то в одну из полуплоскостей (на чертеже правую) введен транспарант 5, прозрачность которого возрастает вдоль оси х по линейному закону от нуля (на частоте постоянной составляющей) до некоторой величины.

Установленная перед рабочей поверхностью фотоприемника б щелевая диафрагма 7, ориентированная вдоль соответствующего уровня сигнала, выделяет спектр этого канала.

Так как всякий фотоприемиик реагирует на мощность света, а введение транспаранта эквивалентно операции умножения, то выходной сигнал фотоприемника пропорционален величине где /1(/ ) / — спектр мощности, / — частота, т. е. первому моменту спектра мощности соответствующего уровня сигнала. Интегрирование осуществляется за счет того, что поверхность фотоприемника охватывает весь световой поток соответствующего канала.

1Целевая диафрагма 7 фотоприемника 6 выделяет тот же канал, что и диафрагма 7 фотоприемника б. Так как в левой полуплоскости спектра пространственных частот транспарант 5 отсутствует, то выходной сигнал фотоприемника б пропорционален величине

Ь(/)/ "f о

Выходные сигналы фотоприемников 6 и б подаются иа делитель 8, осуществляющий деление сигнала фотоприемника 6 на сигнал фотоприемника б . Выходной сигнал делителя пропорционален приведенному первому моменту спектра мощности того уровня сигнала, который выделяется диафрагмами 7 и 7, т. е. величине

Выходной сигнал с делителя подается на регистрирующий прибор 9, по одной из осей которого отложена величина f, а по другой— уровень сигнала, При синхронном перемещении фотоприемников б и б вдоль различных уровней сигнала с помощью устройства 10 вертикального сканирования иа приборе 9 регистрируется кривая распределения первого момента спектра мощности в зависимости от уровня сигнала. Эта кривая характеризует среднее значение переходов сигнала (или среднюю частоту) через соответствующий уровень.

При замене транспаранта 5 на транспарант, прозрачность которого изменяется по закону

j", n=2, 3, 4,..., на регистрирующем приборе получают распределение и-oro момента спектра мощности от уровня сигнала.

Так как геометрические размеры спектральной картины обычно малы, то в качестве фотоприемников можно использовать стандартные фотоумножители, рабочая поверхность которых имеет диаметр порядка 10—

20 мм. Ширина спектра пространственных частот, выражаемая в миллиметрах, определяет выбор размеров рабочей поверхности фотоприемников, а следовательно, и выбор длины диафрагм 7 и 7 . Ширина диафрагм определяет ширину уровня (канала) сигнала, для которого определяется средняя величина «нуль»-переходов. Очевидно, что эта величина может быть очень мала, так как определяется главным образом разрешением фотопленок и может иметь порядок 0,01 мм.

Предмет изобретения

Оптический анализатор спектров по авт. св. № 378902, отлика ои1ийся тем, что, с целью повышения быстродействия при определении моментов спектра мощности на всех уровнях сигнала, перед фотоприемниками помещены дополнительный транспарант с переменнои прозрачностью и щелевые диафрагмы, при этом фотоприемники с соответствующими диафрагмами механически связаны с устройством вертикального сканирования, а между выходами фотоприемников и входом регистрирующего прибора включен делитель сигнала с одного фотоприемника на сигнал с другого.

398987

Составитель А. Горбачев

Техред Л. Грачева Корректор Л. Новожилова

Редактор Т. Юрчикова

Загорская типография

Заказ 6445 Изд. № 1953 Тираж 647 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5