Повна версія

Головна arrow Техніка arrow АКУСТООПТИЧНІ ПРОЦЕСОРИ. АЛГОРИТМИ І ПОХИБКИ ВИМІРЮВАНЬ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ЯВИЩА РОЗІГРІВУ ЕГУД

У складі акустоопгіческіх радіотехнічних пристроїв НВЧ діапазону часто використовуються Егуд на основі ніобага літію

(LiNbOO, в яких акустичні коливання в обсязі звукопровода збуджуються з поверхні кристала зустрічно-штирові (ВШП) або щілинними перетворювачами [13, 14].

Оскільки дифракційна ефективність г) цих технологічно простих Егуд нс перевищує 5-8% / Вт, то, як правило, вони працюють при підвищених рівнях вхідний електричної потужності (Ре> 1 Вт). Вплив таких потужностей на кристал супроводжується розігрівом середовища AO-взаємодії, пов'язаних з поглинанням матеріалом кристала значної частини електричної потужності Ре (і енергії) і перетворенням її в кристалі в теплову енергію. В результаті цього явища змінюються: дифракційна ефективність взаємодії; швидкість поширення акустичних коливань в матеріалі кристала V; геометрія амплітудного розподілу діфрагованого випромінювання і, як наслідок, роздільна здатність АОІПС по частоті.

Нижче представлені отримані експериментально якісні і кількісні оцінки ступеня впливу температурного розігріву середовища AO-взаємодії (пов'язані з поглинається кристалом Егуд електричною потужністю сигналу) на основні параметри дефлекторів. Явище розігріву вивчалося на виконаному з ниобата літію промисловий зразок Егуд, що працює в діапазоні частот 1,5-2,0 ГГц. Акустичні коливання в кристалі порушувалися ВШП пьезопреобразователем.

У досліджуваному Егуд тангенціальної складової електричного поля збуджувалася зсувна акустична хвиля в напрямку осі Z. Збудження виконувалося з поверхні кристала зрізу XY.

Лазерний світловий пучок з довжиною хвилі у вільному просторі Хо = 0,63 мкм поширювався в кристалі светозвукопровода в площині YOZ, площину поляризації випромінювання була їй перпендикулярна. При такій ізотропної геометрії взаємодії ніобат літію володіє максимальним коефіцієнтом якості, а також здатністю до ефективного і широкосмугового взаємодії з возбуждаемой ВШП сдвиговой хвилею.

Кристал ниобата літію мав розміри 10x10x12 мм 3 уздовж граней X, Y, Z відповідно. На межі XY електроди ВШП були орієнтовані вздовж напрямку X. Система електродів містила 20 елементарних "випромінювачів" (штирів) із загальною довжиною h = 0,61 мм і висотою L = 0,64 мм; період ВШП, що дорівнює 15 мкм, відповідав частоті f 0 = 1730 МГц, на якій виконувалися умови корекції кута Брегга [1]. Значення коефіцієнта стоячої хвилі по електричному входу Егуд не перевищувало 1,5 в околиці центральної робочої частоти f 0 , де дифракционная ефективність Егуд становила 5,5 % / Вт. Підводиться потужність Ре розсіювалися в матеріалі кристала через металізовану поверхню грані XY, яка прикріплювалася до латунного корпусу Егуд. Нижня грань кристала спеціального тепловідведення не мала і орієнтувалася власником (рис. 2.9).

Мал. 2.9

Структурна схема вимірювальної установки приведена на рис. 2.10.

Мал. 2.10

На цьому малюнку: 1 - СВЧ-генератор, 2 - СВЧ-підсилювач, 3 - спрямований відгалужувач, 4 - електронний частотомір, 5 - лазер, 6 - коліматор, 7 - досліджуваний Егуд, 8 - фокусуються лінза, 9 - позиційно-чутливий фотоприймач типу ФПУ-14, 10 - відеоусілітелі, 11 - схема віднімання, 12 - індикатор.

В цілому дана установка відповідає традиційному акусто- оптичному вимірника частоти (АОІЧ) за винятком того, що в ній в межах елемента дозволу передбачено уточнення вимірюваного параметра. Воно здійснювалося амплітудним дискримінатором, в якому опорне значення частоти (кута дифракції) відповідає малим за рівнем вхідним радіосигналах.

Експериментальна установка забезпечувала можливість відліку інтенсивності діфрагованого випромінювання I, а також реєстрацію зміни місця розташування максимуму інтенсивності х ", з точністю до +2 мкм. Якщо останній параметр висловити в частотних одиницях 6f, го координата х П1 реєструвалася з точністю ~ +0,02 МГц (або в відносних одиницях 6f / f 0 ~ 10 ' 5 ). Ця обставина дозволила реєструвати зміну швидкості ультразвуку в тілі Егуд AV / V з точністю, що перевищує точність, зазвичай забезпечується даними способом: AV / V = 2V 2 / (f 0 2 ^ .L) і обмежену мінімально вирішуваним кутом дифракції V / f 0 L [15J. Подається на вхід Егуд потужність Ре змінювалася в межах 0-1,5 Вт; максимальна подається потужність обмежувалася електричним пробоєм ВШП, наступаючим при значеннях Ре, що перевищують 1,8 Вт.

Результати експерименту представлені на рис. 2.11-2.13.

Мал. 2.11

На рис. 2.11 наведені залежності зміни кута дифракції A0q від Р е на частоті f = 1700 МГц, зареєстровані на різних відстанях D від площини розміщення ВШП.

Крива I відповідає мінімально можливому відстані D = Dmin, а крива 2 - D = 5 мм, що відповідає області дифракції Френеля (по звуку). З аналізу рис. 2.11 випливає, що температурний розігрів Егуд значний поблизу ВШП. При зміні Ре в межах 0,5-1,5 Вт "догляд" 0 q склав А0 Ч = (4-10 ' 2 ) 0 . Це означає, що при використанні такого Егуд в складі АОІЧ, похибка вимірювання частоти складе -4 МГц. Оскільки для даного зрізу кристала ниобата літію значення температурного коефіцієнта швидкості склало (-1,685х 10 -4 ) До -1 [16], то, мабуть, перевищення температури межі XY кристала над кімнатної становить> 17 ° С.

На рис. 2.12 наведені залежності (1/1 0 ) від координати х (1 0 - інтенсивність в максимумі діфрагованого плями світла при максимальному значенні Ре), зареєстровані в площині, перпендикулярній площині дифракції при різних значеннях РЕ-

Мал. 2.12

Їх аналіз показує, що дифракційне пляма зберігає сталість своєї форми у всьому діапазоні зміни Р е . Дана обставина дозволяє зробити висновок, що при Ре <1,5 Вт в Егуд не проявляється ефект акустотерміческой фокусування лазерного пучка, що приводить до зміни його геометричних параметрів, як це має місце в високоефективних Егуд [17,18J.

В експерименті виявлено, що в досліджуваних Егуд, що володіють незначною дифракційної ефективністю р, і відповідно режим дифракції яких можна вважати лінійним, зі збільшенням середньої електричної потужності зменшується ефективність АТ-взаємодії. Так, при забезпеченні на вході Егуд сталості імпульсної потужності Реі = 0,7 Вт і періоду проходження імпульсів Т = 500 мкс і при збільшенні тривалості імпульсів т від 50 до 450 мкс імпульсна інтенсивність діфрагованого світла 1ц (при D = D M in) зменшується на 40% (рис. 2.13).

Мал. 2.13

Значне зменшення (1ц / 1іо) (де 1цо - імпульсна інтенсивність в максимумі діфрагованого плями світла при D = D M in і т = 50 мкс) пояснюється як відповідною зміною в Егуд ефективності перетворення електричної енергії в ультразвукову, так і зменшенням ефективності AO-взаємодії з ростом температури.

Зміна (1ц / 1цо) означає, що при необхідності реєстрації амплітудних параметрів радіосигналів за допомогою такого Егуд залежність (1 та / 1іо) = <р (Т, т) буде сприйматися у вигляді амплітудної похибки АТ-вимірювача.

Проведене експериментальне дослідження, в цілому носить приватний характер, дозволяє звернути увагу на необхідність жорсткого підтримки температурного режиму Егуд на основі ніоба- та літію, що працюють у складі АОІЧ. Порушення температурного режиму може бути обумовлено значним рівнем діючих на вході АОІЧ радіосигналів. Відповідні частотні і амплітудні погрішності АОП будуть тим значніше, чим вище дифракционная ефективність Егуд, що застосовуються в його складі.

 
<<   ЗМІСТ   >>