ОПТОЭЛЕКТРОННОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ АНАЛОГОВЫХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике для передачи аналоговых электрических сигналов с использованием светового канала в условиях сильных электромагнитных помех.

Известно оптоэлектронное устройство для передачи аналоговых сигналов (см. а.с. №543167 от 26.09.73 г., опуб. в БИ №2 от 15.01.77 г.). Вышеуказанное устройство содержит последовательно соединенные датчик, первый согласующий блок, первый излучатель, например светодиод, связанный через оптический канал с фотоприемником, и последовательно соединенные пороговый блок, второй согласующий блок и второй излучатель, связанный через оптический канал с фотоприемником, причем выход датчика подключен к входам порогового блока и второго согласующего блока.

Недостатком устройства является низкий динамический диапазон по амплитуде входного сигнала.

Вышеуказанное устройство является наиболее близким к заявляемому устройству по технической сущности и поэтому выбрано в качестве прототипа.

Решаемой технической задачей является создание оптоэлектронного устройства для передачи аналоговых сигналов с расширенными функциональными возможностями.

Достигаемым техническим результатом является расширение динамического диапазона (отношения сигнал/шум) волоконно-оптического канала.

Для достижения технического результата в оптоэлектронном устройстве для передачи аналоговых сигналов, содержащем лазерный передатчик, оптически связанный с оптическим приемником, выход которого соединен с входом цифрового регистратора, дополнительно введены блок стабилизации лазера и блок логарифмирования входного сигнала, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первым входом лазерного передатчика, второй вход и выход которого соединены соответственно с входом и выходом блока стабилизации лазера.

Введение блока логарифмирования входного сигнала позволяет сжать измерительный сигнал по амплитуде перед подачей его на лазерный передатчик, а введение блока стабилизации лазера обеспечивает стабилизацию рабочей точки лазера и уменьшает погрешность передачи мощности оптического сигнала в оптический приемник.

Схема заявляемого устройства приведена на фигуре 1. Оптоэлектронное устройство для передачи аналоговых сигналов содержит лазерный передатчик 1, оптический выход которого через оптический кабель 2 связан с оптическим приемником 3, выход которого соединен со входом цифрового регистратора 4, блок стабилизации лазера 5 и блок логарифмирования входного сигнала 6, вход которого является входом устройства, а выход соединен с первым входом лазерного передатчика 1, второй вход и выход которого соединены соответственно со входом и выходом блока стабилизации лазера 5.

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии входного сигнала с помощью цепи обратной связи по мощности излучения блок стабилизации 5 обеспечивает неизменной начальную мощность излучения лазерного передатчика 1, удерживая его выходную мощность в начале линейного участка ватт-амперной характеристики. Входной аналоговый электрический сигнал подается на вход блока логарифмирования 6, сжимается в нем по логарифмическому закону и подается на вход модуляции мощности излучения лазерного передатчика 1. С оптического выхода лазерного передатчика 1 оптическое излучение через оптический кабель 2 поступает на вход линейного оптического приемника 3, преобразуется в нем в электрический сигнал напряжения и поступает на вход цифрового регистратора 4. Переданный, сжатый по логарифмическому закону сигнал записывается в память цифрового регистратора 4. Восстановление исходной формы входного сигнала производится программным способом с помощью ЭВМ, подключаемой к регистратору 4, путем антилогарифмирования записанного в регистратор сигнала.

Проведенные испытания макетного образца оптоэлектронного устройства для передачи аналоговых сигналов, изготовленного по схеме, приведенной на фигуре 1, подтвердили его работоспособность.

На фигуре 2 приведены осциллограммы работы макетного образца устройства при передаче сигнала степенной функции от внешнего генератора. Генератор с помощью 12-разрядного цифроаналогового преобразователя формирует на своем выходе ступенчато нарастающий по экспоненциальному закону сигнал напряжения таким образом, что размах каждой последующей ступеньки увеличивается в 2 раза по отношению к предыдущей, то есть с шагом 6 дБ по амплитуде. Сигнал с генератора подается на вход устройства. Блок логарифмирования усиливает сигнал с малой амплитудой и ослабляет сигнал с большой амплитудой. По напряжению 6 дБ=20 Log₁₀ 1, 995, поэтому на выходе блока логарифмирования из экспоненциально нарастающего сигнала генератора формируется линейно ступенчато нарастающий сигнал, каждая ступенька которого соответствует изменению входного сигнала по амплитуде на 6 дБ. Сжатый по логарифмическому закону сигнал модулирует мощность излучения лазера и передается через оптический кабель в оптический приемник, который преобразует оптический сигнал в электрический сигнал напряжения, который записывается в память цифрового регистратора TDS3052B (верхняя кривая на фигуре 2).

Из приведенных осциллограмм сигнала генератора и сигнала генератора, прошедшего через заявляемое устройство, видно, что при развертывании сигналов по Y на полную шкалу регистратора в сигнале генератора (нижняя кривая) различимы только 9 ступенек, что соответствует динамическому диапазону регистратора 2⁹=512 уровней, в то время как верхний луч - линейно ступенчато нарастающий сигнал через волоконно-оптический канал - четко прописывает 12 ступенек, что соответствует 2¹²=4096 уровней.

Следует отметить, что у типовых лазеров линейный динамический диапазон по выходной мощности излучения (отношение максимальной выходной мощности в линейном режиме к мощности шумов) в полосе частот 100 МГц не превышает 500.

Таким образом, при введении заявляемого устройства в измерительный волоконно-оптический канал его динамический диапазон увеличивается не менее чем в 8 раз.