Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Такую схему можно использовать как фазочувствительный детектор при определении направления иа излучатель в случае полудискового анализатора изображений (см. рис. 7.4). Если между сигналом и„, соответствующим, например, сигналу от излучателя, и сигналом и„от генератора опорного напряжения имеется сдвиг фаз тр, то, как следует из диаграммы напряжений, — ч- С+и;тч~. или, обозначая с = он/ичы находим ,- „,~1 .'+8.,:,- „тт+ '-т--,: ири с «1 и, и (1 +ссозтр)1 иэ и (1 — ссозтр).
где й„, — коэффициент передачи интегрирующей цепочки детектора. Рис. 9Л. Фаэочувстиительиый детектор Детектирование сигнала может осуществляться не только в выу(Одиых каскадах электронного тракта, т.е. после усиления и фильтрации электрического сигнала, но и при приеме оптического сигнала в модуляторе или в фотоприемнике. Такое детектирование испольйуит, например„в фазовых светодальномерах со сверхвысокочастотаэй модуляцией излучения. 9,3. Потери мощности сигнале при модуляции В тех случаях, когда модуляция потока излучения реализуется путам периодического перекрытия (обтюрацией) пучка лучей или друГям Путем изменения прозрачности модулятора, всегда имеют место яотари мощности оптического сигнала.
Это необходимо учитывать при энергетических расчетах ОЭП, выборе вида модуляции и проведении ряда других расчетов. Определим потери мощности сигнала — потока Ф . Если при модуляции прерыванием по закону Ф(т) теряется часть энергии, то эти цптеРи можно оценить с помощью коэффициента )тут — )Ф(у) у о т= Фе Числитель этого выражения определяет эффективное (среднее каздратическое) значение потока. В зависимости от способа обработки сигнала, пропорционального Ятфо, в элеКтроНной схЕме испсльЗУется та или иная его доля, котоРую УеловимсЯ обозначать 1г .
Коэффициент йл Учитывает, напРимеР, тот факт, что в следующих за приемником звеньях ОЭП происходит измеазкке спектра этого сигнала с использованием лишь его части. Произведение )т„= )к )кв является коэффициентом, учитывающим пптэри при модуляции (кпд модуляции), поскольку )в„определяет ДОЛЮ полезной, используемой в приборе мощности по отношению к МОщности немодулированного сигнала.
В общем случае для определения )к„целесообразно применить выРВкения типа (9.2) и (9.3), рассчитывая долю мощности сигнала в по- 247 Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет олтико-электронных приборов Глава 9. Модуляция и демодуляция в олтико-электронных лриборвх лосе его пропускания путем сложения квадратических значений ко аффициентов отдельных гармоник. Рассмотрим простые, но часто встречающиеся на практике при.
меры. Пусть в результате модуляции путем прерывания потока образуется непрерывная последовательность синусоидальных импульсов. В этом случае легко найти, что )тт = 0,5. То же значение имеет коэффициент ттт для последовательности прямоугольных импульсов с коэффициентом заполнения (отношение длительности импульса к периоду его повторения) Т = 0,5.
Если в дальнейшей схеме спектр сигнала не изменяется, т.е. используется аффективное значение последовательности электрических импульсов, образующихся на выходе приемника, то в этом случае )тг= 0,707. (Для других значений коаффициента заполнения Т среднее квадратическое — аффективное за период значение импульсного периодического сигнала — составит у ).
Следоватхг тельно, при такой импульсной модуляции в образовании полезного сигнала участвует 35,4% ()т„= )тт)тг = 0,354) немодулированного потока. Другой пример. В приборе осуществляется модуляция с помощью вращающегося растра, у которого одна половина (полудиск) непрозрачна и не модулирует сигнал, а вторая разделена на равные прозрачные и непрозрачные секторы. Если с некоторым, вполне допустимым для практики приближением считать, что в рассматриваемом случае происходит двукратная гармоническая амплитудная модуляция, описываемая функцией вида Ф(Г) = (Фр/2) (1+ в1п мог) зш от„г, а в детекторе электронного тракта выделяются напряжения или токи частоты управления м, на которой переносится полезная информация, то амплитуда сигнала этой частоты на выходе линейного детектора будет пропорциональна 2Фо/х (см. 6 9.2), а ее эффективное значение составит О, ТОТФо.2/х, т.е.
в данном случае )тг = 0,707 2/х = 0,45, а ттт = 0,25. Действительно, за время, составляющее в общей сложности 3/4 периода модуляции, кванты излучения не попадают на приемник, т. е. средняя за период мощностьсоставляет 0,25Фо. Таким образом, /т„ы 0,115. Для оценки эффективности модуляции следует сопоставить выигрыш в отношении сигнал/шум на выходе ОЭП с потерями энергии сигнала при модуляции, т.е. с коэффициентом /т„, Коэффициент эффективности модуляции может быть определен (Ц как частное от деления отношения эффективных напряжений сигнал/шум после модуляции иа отношение эффективных напряжений сигнал/шум для постоянного тока, существующее без прерывания излучения на несущей частоте.
В (Ц получены следующие значения коэффициента )т„для после.:довательностей: синусоидальных импульсов, промодулированных прямоугольной функцией, /т„= 0,16; прямоугольных импульсов, промодулированных синусоидальной функцией, )т„= 0,16; прямоугольных импульсов, промодулированных прямоугольной функцией, /т„= 0,2; частотно-модулированных прямоугольных импульсов при индексе модуляции 6 = Лто/й = 1,8, /т„= 0,37; частотно-модулированных синусоидальных импульсов при () = 1,8, /т„= 0,19. 9.4. Общая характеристика способов модуляции сигнала в оптико-электронных приборах Характер модуляции сигналов в ОЭП зависит от свойств реальных модуляторов.
Большинство оптических модуляторов управляет интенсивностью электромагнитного колебания оптической частоты, что отражается на выборе методов приема и обработки сигнала. По способу модуляции оптического сигнала различают модуляцию, выполняемую непосредственно в источнике излучения (внутреннюю), и осуществляемую на пути сигнала от источника к приемнику (внешнюю). Кроме того, в некоторых ОЭП сигнал модул ируется в электронном тракте. Выбор типа модулятора и способа модуляции зависит ат требований к сигналу, поступающему в электронную систему, способу анализа изображений, а также к стабильности и сроку службы самого модулятора.
Для модуляторов, используемых во многих ОЭП, основными требованиями являются: высокое пропускание в рабочем спектральном оптическом диапазоне, высокая стабильность параметров и характеристик, особенно при изменениях питающего напряжения или тока, а также при изменении внешних условий (температуры окружающей среды, влажности, давления и т.п.), малые потери потока, максимальная глубина модуляции, широкий диапазон частот модуляции, а в ряде случаев и возможность плавной или дискретной перестройки частотът. Очень важно, чтобы модулятор потреблял небольшую мощность, бькл прост и надежен в эксплуатации.
Можно указать на некоторые особенности модуляции, осуществ'гяемой непосредственно в источнике излучения. Питая источник (лампу. светодиод, лазер) переменным током, можно изменять амплитуду потока излучения во времени. Очевидно, что для получения больших 249 Ю.Г. Йкушеиков. Теория и расчет оптико-электронных приборов частот модуляции необходимо использовать малоинерционный источ. ник. Поэтому на практике, как правило, этот способ модуляции при мощных некогерентных источниках не находит применения вслед. стене большой инерционности сравнительно большого тепа накала таких источников либо большой иыерциоыности блока питания. Глубина модуляции для них невелика, особенно с учетом ее уменьшения по мере роста частоты модуляции.
Например, на частоте модуляции 100 Гц глубина модуляции даже у маломощных ламп накаливания не превышает 20%. Некоторые типы газоразрядыых ламп позволяют до. птичь глубины модуляции в 60... 70% для частот в несколько килогерц, но мощность их невелика, а условия эксплуатации порой сложны. Гораздо более перспективной является модуляция излучения полупроводниковых рекомбинациовных излучателей. Для некоторых серийно выпускаемых светодиодов граничная частота, при которой обеспечивается глубина модуляции в 50%, составляет 1...1,5 ГГц.
Мощность питания при этом ве превышает 1 Вт. Значительное повышение частот модуляции при большой ее глубине удается получить при использовании лазеров. Модуляцию излучения лазера можно осуществить различными способами, например, изменяя мощность накачки или помещая амплитудный модулятор (электрооптический затвор) внутрь резонатора лазера, т.е. управляя его добротностью, что приводит к амплитудной модуляции излучения. Внутрирезонаторная модуляция реализуется и другими способами [11, 19, 30). Внесение дополнительных элементов в лазеры усложняет их конструкцию, увеличивает потери излучения.
Кроме того, при работе газоразрядных ламп и лазеров в импульсном режиме мощность, переносимая на частоте модуляции, невелика, поскольку длительность импульсов составляет очень малую долю периода их повторения. Следует отметить также нелинейную в общем случае зависимость между напряжением питания источника и амплитудой потока излучения, что иногда создает дополнительные трудности. Широко используются модуляторы, изменяющие параметры потока на пути от источника к приемнику. К их числу относятся хорошо известные механические модуляторы, основанные на периодическом прерывании потока растром или диафрагмой определенной формы (см. 5 9.5). Такими растрами или диафрагмами являются диски или цилиндры с прорезями, заслонки, помещаемые на валы электро- и пневмодвигателей, на подвижные контакты реле и т.д. При их использовании получают частоты модуляции порядка сотен килогерц; это иногда сопряжено с трудностями, связанными, например, с необходимос- 260 Глава 9.
ыодупяция и демодуляция в оптико-эпектронных приборах , вчхю иметь двигатель с очень большой частотой вращения и высокока, явственную оптическую систему, Формирующую пучок малого сече) явя в плоскости растра модулятора. Кроме того, трудно обеспечить ( стабильность высоких частот модуляции.
Другими недостатками механических модуляторов являются сравнительно небольшой срок , службы двигателей, реле и прочих электромеханических их племен;, еов, значительные габаритные размеры и масса. Несмотря на это такие модуляторы получили широкое распространение благодаря своим достоинствам: конструктивной простоте, ртоутствию искажений оптического спектра, возможности изменения ЫЛИ регулировки ряда параметров (например, изменением формы и равмеров прозрачных и непрозрачных участков можно менять вид Иодуляции и частоту модулируемых импульсов).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
