Повна версія

Головна arrow Техніка arrow АКУСТООПТИЧНІ ПРОЦЕСОРИ. АЛГОРИТМИ І ПОХИБКИ ВИМІРЮВАНЬ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ПЕРСПЕКТИВНІ НАПРЯМКИ РОЗВИТКУ АПАРАТНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АТ-ПРОЦЕСОРІВ

Розширення діапазону робочих частот

Короткий огляд методів

У практиці акустооптичних вимірників (АОИ), в частині смуги робочих частот Д1 ', до широкосмугових прийнято відносити пристрої з Д1' = 1 ГГц і більше. При цьому смуга частот вимірювача, побудованого відповідно до типовою схемою [52J, повністю визначається смугою акустооптичного дефлектора (Егуд), що працює в режимі бреггівськими дифракції [1,2]. Отже, для розширення робочого діапазону частот типового АОИ неминуче доводиться шукати шляхи розширення смуг самих Егуд, що часто супроводжується значними матеріальними і технологічними витратами.

Нижче коротко представлені авторські способи, що дозволяють розширити (іноді значно) частотний діапазон вимірювача, застосовуючи в складі АОИ самі «звичайні» і технологічно доступні дефлектори.

Конструктивно типовий АОИ є блок, на масивному підставі якого (не рахуючи джерела вторинного живлення) розміщені як елементи оптичної схеми (лазер, Егуд, лінійка фотоприймачів, Фур'є-об'єктив і допоміжна оптика), так і електронні компоненти НВЧ-тракту і цифрової обробки. Допоміжна циліндрична оптика служить для узгодження вихідного пучка лазерного джерела з апертурою AO-дефлектора (назвемо цю частину оптики коллиматором), а також діфрагованого пучка - з фотоприймачем (цю частину назвемо согласующим елементом).

В одному із способів розширення робочої смуги частот АОП використовується та обставина, що ефективність дифракції АТ- дефлекторов гигагерцового діапазону з поверхневим встречноштиревим перетворювачем (ВШП) в діапазоні рівнів оброблюваного сигналу не перевищує часток відсотка і, отже, потужність падаючого на Егуд світлового пучка після AO- взаємодії практично не зменшується і може використовуватися повторно [60].

Схема вимірювача, яка пояснює цей принцип, наведена на рис. 4.1. В даній схемі пучок лазера 1, пройшовши коллиматор 2, падає на серію ідентичних дефлекторов 3 під однаковими (з точністю, яка визначається юстировкой) кутами 0б- дифрагованим пучки від кожного з Егуд взаємодіють зі своїми, але ідентичними Фур'є об'єктивами 8 і фотоприймачами 9.

Мал. 4.1

Селекція поддиапазонов відбувається в приймальному пристрої, що складається з дільника 6, змішувачів 5, гетеродинов 7 і підсилювачів 4;

останні, очевидно, працюють в одному діапазоні. У разі, коли АОИ є частиною якогось комплексу, приймальний пристрій може бути виведено зі складу AO-вимірювача, спрощуючи і полегшуючи його конструкцію.

Гідність такої схеми полягає в ідентичності і взаємозамінності її складових, а також у використанні єдиного лазерного джерела. До недоліків можна віднести: погіршення масо-габаритних характеристик; ускладнення приймальні частини необхідністю введення додаткових змішувачів і гетеродинов; «Амплітудне» вплив попередніх каналів на наступні при значних рівнях сигналів.

Інший спосіб розширення смуги частот може бути використаний в измерителях на основі Егуд з ВШП, що формує в далекій зоні діаграму спрямованості акустичного поля у вигляді двох основних пелюсток. Цей спосіб детально буде розглянуто в наступному розділі.

При розширенні робочих частот АТ-ізмсрітслсй діапазон польових кутів Фур'є-об'єктива неминуче зростає. Дане негативний обставина, поряд зі зменшенням фокусної відстані об'єктива, проявляється в збільшенні поперечних аберацій і, як наслідок, в появі помилок вимірювання параметрів.

Так, наприклад, при смузі робочих частот Af = 500 МГц і відстані R = 45 мм між Егуд і об'єктивом з фокусом F = 105 мм необхідне поле зору об'єктива становить 0 = 5,23 ° при апертурі у = 8,04 мм, а величина поперечних аберацій в площині зображення дорівнює р = 6,4 мкм. При розширенні смуги, наприклад до Af = 1200 МГц, фокус об'єктива зменшується до F = 60 мм, а поле, апертура і аберації збільшуються, відповідно, до значень: 0 = 13,5 °, у = 14,43 мм і р = 114,6 мкм, тобто величина поперечних аберацій збільшується більш ніж на порядок.

Розглянуті нижче приклади схем АОП спрямовані не стільки на розширення смуги робочих частот вимірника, скільки на усунення або зниження негативних наслідків такого розширення.

Очевидним способом зниження величин поперечних аберацій є зменшення вхідний апертури об'єктива, що досягається скороченням відстані R до деякого мінімального (R m i n на рис. 4.2), при якому все ще зберігається просторове розділення падаючого на Егуд і діфрагованого пучків, що є гарантією відсутності паразитних засвічень за рахунок розсіяного в об'єктиві світла [61].

Мал. 4.2

Граничним варіантом розвитку даної ідеї є об'єднання в одному елементі функцій AO-дефлектора і Фур'є-об'сктіва (рис. 4.3) [62, 63].

Мал. 4.3

На рис. 4.2 і 4.3: 1 - лазер, 2 - коліматор, 3 - Егуд, 4 - ФПУ, 5 - об'єктив.

Перевагою такої схеми є зниження абераційних спотворень оптичної системи до мінімально можливих. Аберації в даному випадку знижуються завдяки і зменшення апертури об'єктива, і більшою оптичної щільності кристала Егуд в порівнянні з оптичним склом.

Ще одним позитивним ефектом даного рішення є усунення паразитних персотраженій в лінзі об'єктиву з огляду на се відсутності як окремого елемента. Єдиним «недоліком» є «прихильність» такого Егуд-об'єктива до протяжності активної області ФПУ. Але так як тип ФПУ в измерителях зазвичай не змінюється протягом дуже тривалого проміжку часу і так як така заміна більш складна і витратна, ніж виготовлення необхідного Егуд, то цей факт розглядати як «недолік» можна лише формально.

Описувані схемні рішення дозволяють значно розширити смуги аналізу АОИ, використовуючи доступну елементну базу. З цієї причини, а також у зв'язку з тим, що ступінь ускладнення традиційної конфігурації АОИ не виходить за рамки конструкційних доробок, запропоновані варіанти широкосмугових АОИ можна рекомендувати до практичного використання.

 
<<   ЗМІСТ   >>