Диссертация (Радиотехнические приёмно-преобразующие устройства оптико-электронных систем), страница 2

В ВОСПИприемно-преобразующее устройство включает фотоприемное устройство, устройствовыделения синхросигнала, декодер данных [65]. В волоконно-оптических устройствахпередачи видеосигнала к радиотехническим ППУ относятся приемно-передающие модемы[116]. В случае многоканальных волоконно-оптических телевизионных систем для выделенияТВ-каналов используются фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ) [164].Радиотехнические ППУ демодуляторов сенсорных фазомодулированных оптическихсигналов включают фотоприемное устройство (ФПУ), усилители амплитудного и фазовогомодулятора и блок управления, регистрации и обработки информации (УРОИ) [133].

Вгазоанализаторах на основе эффекта проявления молекулярных ядер конденсации (МоЯК) всостав ППУ входит фотометр, блок управления, регистрации и обработки информации(УРОИ) [183]. В рентгено-абсорбционных сепараторах радиотехническое ППУ включаетпозиционно-чувствительный сцинтилляционный детектор, фотоинтегратор, блок управления,регистрации и обработки информации (УРОИ) [167]. В системах синхронизации источниковударных волн в сейсморазведке радиотехническое ППУ включает волоконно-оптическийприемно-передающий тракт (источник, волоконный кабель, фотоприемное устройство) иустройство обработки информации.Несмотря на различие в областях применения, все рассматриваемые в настоящейдиссертации ППУ объединены общей радиотехнической методологией, состоящей вприменении эквивалентных шумовых схем усилительных и фильтрующих устройств,использованием методов оптимизации параметров ППУ для достижения заданного отношениясигнал/шум, рассмотрением явлений прохождения и рассеяния электромагнитных волноптического и рентгеновского диапазона через среды.

Наличие неисследованных вопросов втеории, несовершенство практических методик расчета и недостаточная проработанностьоснов проектирования ППУ затрудняет конструирование оптико-электронных систем, чтоприводит к замедлению темпов внедрения оптико-электронных систем в народное хозяйство.СовершенствованиеППУволоконно-оптическихсистем передачиинформации(ВОСПИ) требует разработки: 1) методики расчета параметров ППУ на основе использованияболее полных эквивалентных шумовых схем усилительных элементов и шумов лавинныхфотодиодов, 2) методики применения канонических эквивалентных схем для расчетачувствительности фотоприемных устройствППУ с использованием выражений длякоэффициента шума усилителей, 3) высококачественных волоконно-оптических ППУпередачи видеосигнала в цифровой форме и ППУ передачи видеосигналов с высокими9техническими характеристиками для телевизионных применений на основе частотноимпульсной модуляции, 4) энергоэффективных высокочастотных усилителей мощности иформирователей радиоимпульсов, пригодных для применения в ППУ акустооптическихкоммутационных приборов.В оптико-электронных системах на основе ППУ с интегрированием фототока требуетсяразработкаисовершенствование:методики1)точногорасчетачувствительностифотоинтеграторов с учетом реальных импульсных характеристик усилителей заряда иэквивалентныхшумовыхисточников,2)методикирасчетачувствительностифотоинтеграторов с использованием фотоэлектронных умножителей.Интеграторы фототока используются в ППУ газоанализаторов на основе эффектапроявления молекулярных ядер конденсации (МоЯК) и в ППУ рентгено-абсорбционныхсепараторов.

Принцип проявления МоЯК задает технические требования к ППУ оптикоэлектронной системы газоанализатора на основе эффекта проявления МоЯК, сводящиеся кнеобходимости: 1) обеспечениявысокой пороговой чувствительности фотоприёмногоустройства ППУ к оптическому сигналу на уровне фемто-ватт, 2) осознанного выбораспектрального состава оптического источника облучения аэрозоля, основанного на расчетесветорассеяния аэрозольными частицами и воздухом в фотометрируемом объеме на основетеории рассеяния электромагнитных волн (метод Ми), 3) создания конструкции оптическойчасти фотометра с малыми уровнями фоновой засветки и эффективной фокусировкойрассеянного оптического излучения на фотоприёмном устройстве ППУ, 4) разработки блокаУРОИ, реализующего алгоритм регистрации оптического излучения в ППУ газоанализатора.Улучшение характеристик ППУ при определенных условиях приводит к улучшениюпараметров всей оптико-электронной системы газоанализатора.Метод рентгено-абсорбционной технологии основан на регистрации прохожденияэлектромагнитных волн рентгеновского диапазона через среду, в которой кусковая рудапомещенавкоэффициентуиммерсионнуюпоглощениясреду,руды.имеющуюВысокиекоэффициентпотенциальныепоглощения,возможностиблизкийрентгено-абсорбционной технологии должны быть реализованы в ППУ рентгено-абсорбционногосепаратора, представляющего производственное оборудование данной технологии.

Принципрентгено-абсорбционной технологии задает технические требования к ППУ оптикоэлектронной системы рентгено-абсорбционного сепаратора, сводящиеся к необходимости: 1)обеспечения минимального времени интегрирования фототока в ППУ, что позволяетдостигать максимально высокую скорость движения конвейера с рудой, 2) обеспечениявысокой чувствительности ППУ рентгено-абсорбционного сепаратора, что позволяетанализировать максимальную толщину руды на конвейере, 3) осознанного выбора линейного10коэффициентаослабленияэлектромагнитногоизлучениярентгеновскогодиапазонаиммерсионной среды и сцинтилляторов, 4) разработки блока УРОИ рентгено-абсорбционногосепаратора, реализующего алгоритм функционирования сепаратора. Для выполнения данныхтребований к ППУ необходимы новые методы расчета проникающего электромагнитногоизлучения рентгеновского диапазона через среды.В оптико-электронных системах, использующих акустоэлектронные устройства,требуется разработка и совершенствование методики расчета коэффициента шума иоптимизации параметров с целью минимизации коэффициента шума ППУ с использованиемприборов на поверхностных акустических волнах с учетом шумов пьезоплаты ипротивошумовых коррекций.Таким образом, несмотря на то, что существует научно-технический задел по основамфизическихпринциповППУ,требуютпроектирования,конструированияфотоприёмныхустройствиВОСПИразработкивнедренияииППУрегистрациисовершенствованиявопросыоптико-электронныхсистем:оптическогоизлучения,сверхчувствительных газоанализаторов на основе эффекта проявления МоЯК, рентгеноабсорбционных сепараторов, селективных трактов с использованием акустоэлектронныхприборов на поверхностных акустических волнах (ПАВ), волоконно-оптических модемовпередачи видеосигнала в телевидении.

Основные трудности разработки методик расчета ипроектирования ППУ связаны с необходимостью удовлетворения предельно высокомууровню требований, выдвигаемых новыми технологиями к ППУ оптико-электронных систем.Из отмеченных проблем вытекают цель и основные задачи диссертационной работы,посвященной разработке научных и технических основ проектирования, конструирования ивнедрения ППУ оптико-электронных систем.Цели и задачи исследования:Цель исследования: Комплексный подход к построению и реализации узлов управления,регистрации и обработки информации в оптико-электронных системах широкого назначенияна основе общей идеологии проектирования радиотехнических приемно-преобразующихустройств этих систем.Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:1.Разработка методик расчета чувствительности к световому потоку фотоприемныхустройств оптико-электронных систем методом эквивалентных шумовых схем.2.Совершенствование методик расчета чувствительности фотоприемных устройств снакоплением сигнала (интеграторов фототока).113.Разработка методики расчета рассеяния электромагнитных волн оптического диапазонааэрозольнымичастицамиивоздухомвППУоптико-электроннойсистемыгазоанализатора на методе МоЯК.4.Разработка и совершенствование устройств управления, регистрации и обработкиинформации приемно-преобразующих устройств с накоплением сигнала (интеграторовфототока).5.Разработка методики расчета коэффициента шума и оптимизации параметров с цельюминимизации коэффициента шума приемно-преобразующих устройств с использованиемприборов на поверхностных акустических волнах с учетом шумов пьезоплаты ипротивошумовых коррекций.6.Разработка методики расчета прохождения электромагнитных волн рентгеновскогодиапазона через среды на основе аппроксимации энергетической зависимости массовыхкоэффициентов ослабления.7.Разработка схемотехнических решений и рекомендаций по построению ППУ:1) ВОСПИ,2) волоконно-оптических телевизионных модемов, 3) газоанализаторов на методепроявления МоЯК, 4) рентгено-абсорбционных сепараторов, 5) систем синхронизацииисточников ударных волн в сейсморазведке, 6) акустооптических модуляторов.8.Внедрение разработанных устройств в промышленно эксплуатируемые системы.Научная новизна:1.

Впервые разработан метод расчета чувствительности фотоприемных устройств ППУ,основанный на использовании выражений для коэффициента шума усилителя ФПУ.2. На основе выявленной связи чувствительности фотоприемного устройства ППУ спараметрами фотодетектора и усилителя фототока впервые разработан метод оптимизациифотоприемных устройств ППУ с целью достижения высокой чувствительности ибыстродействия ФПУ путем обоснованного выбора формы его амплитудно-частотнойхарактеристики, параметров фотодетектора и усилителя фототока.3.

Впервыеопределенытребованиякпараметрамфотоприемногоустройстваинтегрирующего типа ППУ, обеспечивающим в расчетах чувствительности фотоприемногоустройства ППУ интегрирующего типа на основе свертки автокорреляционной функции иимпульсной реакции цепи возможность использования приближения идеального интегратора.4. Впервыевыявленинтерференционныйнемонотонныйхарактерзависимостиинтенсивности рассеяния электромагнитных волн аэрозольными частицами в ППУгазоанализатора, основанного на эффекте проявления МоЯК, от длины волны и угла рассеянияоптического излучения. Экстремумы интенсивности рассеянного излучения определяютсяинтерференцией волн, продифрагировавших на сферической поверхности аэрозольной12частицы, в центре которой расположена молекула определяемой примеси.