close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY4164

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 4164
(13)
C1
(51)
(12)
7
G 01C 3/08
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
СИСТЕМА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ПУТИ
(21) Номер заявки: a 19980727
(22) 1998.07.30
(46) 2001.12.30
(71) Заявитель: Институт электроники Национальной
академии наук Беларуси (BY)
(72) Авторы: Пилипович В.А., Есман А.К.,
Солонович И.Ф., Кулешов В.К. (BY)
(73) Патентообладатель:
Институт
электроники
Национальной академии наук Беларуси (BY)
(57)
Система для измерения оптического пути, содержащая усилитель, соединенный с блоком обработки, лазер, приемник, отличающаяся тем, что включает блок нелинейного преобразования оптического сигнала,
блок нелинейного преобразования электрического сигнала, логический элемент “ИЛИ”, одновибратор, соединенный с входом логического элемента “ИЛИ”, второй вход которого подключен к усилителю и блоку
обработки, а выход через блок нелинейного преобразования электрического сигнала соединен с лазером,
выход последнего через блок нелинейного преобразования оптического сигнала и объект измерения связан с
приемником, выход которого подключен к усилителю.
(56)
DE 4115552 A1, 1992.
US 5179286 A, 1993.
SU 1810753 A1, 1993.
BY 4164 C1
Система предназначена для измерения оптического пути, но может быть использована также и для определения физических величин, связанных с длиной оптического пути, в частности геометрических расстояний.
Известно устройство [1] для измерения расстояния, содержащее оптически связанные лазер, рефлектор,
приемник, а также электрически последовательно связанные приемник, первый смеситель, преобразователь
ВЧ-сигнала, цепь преобразования частотного сдвига во временной интервал, цепь измерения временного интервала, блок обработки, соединенный также с осциллятором, фазовым детектором и вторым смесителем, причем осциллятор связан также с лазером.
Устройство не обеспечивает высокую точность и широкий диапазон измерений ввиду того, что, вопервых, основной измеряемый параметр - временной интервал распространения света - оценивается аналоговым методом, во-вторых, диапазон измерения ограничивается величиной периода несущей частоты.
Из известных устройств наиболее близким является лазерная система [2], содержащая лазер, приемник,
оптически связанный через объект с лазером, вход которого подключен к выходу усилителя, вход последнего вместе с входом блока обработки и выбора диапазона измерения соединены с осциллятором, вход которого подключен через компаратор к выходам усилителя и приемника.
Данная система не обеспечивает высокую точность, т.к. в основу ее работы заложено возбуждение частоты генерации электрических сигналов в осцилляторе, который накапливает в процессе генерации оптическую задержку лазерных импульсных сигналов, смещающих сгенерированную частоту в пределах
выбранного диапазона. Основным источником неточности измерения является нестабильность осцилляторного принципа получения частоты, в рамках которого невозможно получить погрешность измерения менее
10-5 ,т.к. каждый новый объект измерения вызывает изменение основного измеряемого параметра-частоты осциллятора в новых условиях работы, то получить в неравновесных условиях работы точность приблизительно 10-4 является проблематичным. Приведение измерительной системы в равновесное состояние требует
временных затрат приблизительно 10...15 мин. Кроме того, временных затрат также требует режим выбора
измеряемого диапазона.
Техническая задача изобретения - повышение точности измерения при одновременном ускорении процесса измерения за счет исключения шумовых составляющих информационного сигнала.
Для решения указанной технической задачи система для измерения оптического пути, содержащая лазер, приемник, усилитель, соединенный с блоком обработки, включает блок нелинейного преобразования оптического
сигнала, блок нелинейного преобразования электрического сигнала, логический элемент “ИЛИ”, одновибратор,
соединенный с входом логического элемента “ИЛИ”, второй вход которого подключен к усилителю и блоку обработки, а выход через блок нелинейного преобразования электрического сигнала соединен с лазером, выход последнего через блок нелинейного преобразования оптического сигнала и объект измерения оптически связан
с приемником, выход которого подключен к усилителю.
Увеличение точности измерения оптического пути лазерного излучения в предлагаемом изобретении
достигается за счет устранения шумовых составляющих информационного сигнала, что обеспечивается, вопервых, за счет цифрового логического формирования периода прохода измерительных импульсов через все
элементы системы, включая измеряемый объект, что в свою очередь позволяет получить стабильное значение измеряемой частоты, зависящее лишь от напряжения питания электрической системы и температуры лазера, во-вторых - обострения фронтов и спадов как оптических, так и электрических зондирующих
импульсов в блоках нелинейного преобразования оптических и электрических сигналов, т.к. при этом
уменьшается вероятность ложных срабатываний в блоке обработки. Ускорение измерений в предлагаемом
изобретении достигается за счет исключения этапа выбора диапазона измерения.
Сущность изобретения поясняется блок-схемой, приведенной на фигуре, где 1 - одновибратор, 2 - логический элемент “ИЛИ”, 3 - блок нелинейного преобразования электрического сигнала, 4 - лазер, 5 - блок нелинейного преобразования оптического сигнала, 6 - приемник, 7 - усилитель, 8 - блок обработки.
В системе для измерения физических величин одновибратор 1 через логический элемент “ИЛИ” 2 подключен ко входу блока нелинейного преобразования электрического сигнала 3, выход которого соединен с
лазером 4, оптический выход последнего связан с блоком нелинейного преобразования оптического сигнала 5,
выход которого оптически связан с приемником 6, выход последнего через усилитель 7 подключен к блоку
обработки 8 и входу логического элемента “ИЛИ” 2.
В конкретном исполнении одновибратор 1 - стандартная цифровая схема, собранная на ЭСЛ интегральных логических элементах, см., например, [3], логический элемент “ИЛИ” 2 -стандартный логический элемент К1500ЛП112; блок нелинейного преобразования электрического сигнала 3 - нелинейная полосковая
передающая линия, согласованная по выходному волновому сопротивлению с лазером 4 и включающая регулярно-расположенные в передающей полосковой линии нелинейные элементы, например варикапы, смещенные в исходном состоянии на нелинейный участок вольт-фарадной характеристики [4]. За счет
нелинейных солитонных эффектов в такой линии электрические импульсы укорачиваются по длительности и
увеличиваются по амплитуде; лазер 4 - одномодовый полупроводниковый лазер типа ПОМ-14М со схемой
термостабилизации на основе элемента Пельтье; блок нелинейного преобразования оптического сигнала 5 - в
2
BY 4164 C1
простейшем варианте это отрезок одномодового оптического волокна, нелинейные и дисперсионные свойства
которого приводят на выбранной длине к эффективному сжатию оптических импульсов; приемник 6 - лавинный фотодиод ЛФД-2; усилитель 7 - стандартная усилительная схема, собранная на GaAs полевых транзисторах, например [5]: блок обработки 8 - в простейшем варианте частотомер, включенный в режим
измерения периода входной частоты.
Система для измерения оптического пути работает следующим образом: одновибратор 1 по переднему
фронту запускающего импульса формирует короткий электрический сигнал, который проходит через логический элемент "ИЛИ" 2 и поступает на вход блока нелинейного преобразования электрического сигнала 3, где
за счет нелинейной задержки различных спектральных составляющих происходит укорачивание фронта и
спада электрического импульса. Указанный короткий электрический сигнал, поданный на вход лазера 4,
формирует на его выходе еще более короткий световой импульс, который в блоке нелинейного преобразования оптического сигнала 5 испытывает дальнейшее сжатие по длительности и подается на объект, или отражатель (при измерении расстояний). Прошедший через объект или отраженный световой сигнал (в режиме
измерения расстояния) поступает в приемник 6, где преобразуется в электрическую форму и подается через
усилитель 7 на входы блока обработки 8 и логического элемента "ИЛИ" 2. Через последний замыкается цикл
прохода зондирующего сигнала через основные элементы измерительной системы. Частота "обхода" зондирующих импульсов измеряется в блоке обработки 8, где, сравнивая период следования указанной частоты с
эталонным временным интервалом, вычисляют длину оптического пути зондирующих световых импульсов.
Эталонный временной интервал получается в блоке обработки 8 при отсутствии объекта в режиме измерения
оптического пути и при минимальном измеряемом расстоянии в режиме измерения расстояний.
Источники информации:
1 Патент США 5430537.
2. Заявка ФРГ 4115552 (прототип).
3. ПТЭ, 1990. - №° 3. - С. 94.
4. ПТЭ, 1988. - № 2. - С. 89.
5. ПТЭ, 1990. - № 6. - С. 102.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
107 Кб
Теги
by4164, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа