Научная литература
booksshare.net -> Добавить материал -> Физика -> Козлов В.Л. -> "Оптоэлектронные датчики " -> 26

Оптоэлектронные датчики - Козлов В.Л.

Козлов В.Л. Оптоэлектронные датчики — Радиофизика , 2005. — 116 c.
Скачать (прямая ссылка): optoelektronniedatchiki2005.pdf
Предыдущая << 1 .. 20 21 22 23 24 25 < 26 > 27 28 29 30 31 32 .. 47 >> Следующая

I I
вофазе U1=-U1, U2=-U2. Если разбаланс измерительного моста отсутствует, то величина выходного сигнала не изменится. Если произошел разбаланс моста, то в зависимости от знака AU величина выходного сигнала увеличится или уменьшится на 2AU. Таким образом, в режиме одинако-
71
вого питания плеч моста выходной сигнал будет равен Ux = Uc + AU, в режиме противофазного питания Ux = Uc - AU, где ис - величина сигнала, обусловленная только регистрируемым излучением. Искомый сигнал ис , обусловленный только регистрируемым ИК излучением, будет равен
Uc = UХ + Uz (96)
Однако не всегда имеется возможность обеспечить раздельное динамическое питание каждого из плеч балансного моста, например в случае гибридно-интегрального исполнения моста. Для измерения величины AU в этом случае предлагается второй вариант (рис.33в) решения этой задачи. К выходу опорного плеча балансного моста подключается интегрирующий конденсатор С. С начала используется низкая частота ft1 динамического питания моста, удовлетворяющая условию ft1<<1/RC. При этом интегрирующий конденсатор С не будет оказывать влияния на работу системы, так как постоянная времени интегрирующей цепочки RC будет значительно меньше периода динамического питания т, поэтому система будет работать как описано выше и выходной сигнал будет равен Ux = Uc + AU. Затем частота динамического питания увеличивается до уровня f2>1/RC. В этом случае интегрирующий конденсатор С будет оказывать влияния на работу системы, интегрируя величину разбаланс A U. Выходной сигнал в этом режиме будет Ux = Uc. Как следует из алгоритма работы, если разбаланс отсутствует (AU=0), то результаты измерений в обоих режимах будут одинаковые. Если разбаланс присутствует, то его величина будет равна разности результатов вычислений в обоих режимах.
Данные методы позволяют производить проверку правильности балансировки измерительного моста не прерывая процесса непрерывного измерения температуры. Метод динамического питания можно использовать при построении датчиков теплового излучения в спектральном диапазоне 3 - 14 мкм для систем бесконтактного измерения температуры. Использование такого метода регистрации теплового излучения обеспечивает разрешение по температуре 0,05 оС. Необходимо также отметить возможность использования метода при разработке и создании высокочувствительных прецизионных систем регистрации ИК излучения и миниатюрных бесконтактных измерителей температуры в гибридноинтегральном исполнении.
Синхронное детектирование. Для выделения полезного сигнала на фоне шума и улучшения отношения сигнал/шум на выходе измеритель-
72
ного тракта используется принцип синхронного детектирования (когерентного накопления) с последующим интегрированием.
Функциональная схема системы, реализующей принцип синхронного детектирования, представлена на рис.34.
\]Источник /измеряемого напояжения
Измеряемый объект
Источник
шумовых
напряжений
Синхронный
детектор
k \
Uynp
Формирователь
прямоугольных
импульсов
Фильтр
нижних
частот
Is,
Рис. 34. Использование синхронного детектора для измерения сигнала,
искажённого шумами.
В синхронном детекторе знак усиления определяется не полярностью входного напряжения, а внешним управляющим напряжением Uупр (t).
Синхронный детектор может быть использован в измерительной системе (рис. 34) для того, чтобы выделять из спектра входных сигналов амплитуду того колебания, частота которого равна управляющей частоте и положение фазы р постоянно относительно фазы управляющего сигнала.
Частный случай ./' = fynp и (р = 0 иллюстрируется рис. 4. Очевидно, что синхронный детектор здесь работает как двухполупериодный выпрямитель. Если <рф 0 или ./' ф fynp, то наряду с положительным выходным напряжением появляется и отрица-t тельное.
Найдем зависимость выходного напряжения от частоты и фазы. Входное напряжение Ue умножается
на +1 или -1 в зависимости от управляющей частоты. Это утверждение математически может быть представлено следующим образом:
Рис. 35. Принцип действия синхронного детектора.
Ua = Ue (t) • S (t). При этом S (t) =
+ 1 при иупр > 0
-1 При иупр
Применяя разложение в ряд Фурье, получаем
<0
(97)
73
4 1
S (t) — - Zо----7 sin(2n + 1)raynpt (98)
7lt^02n +1 yp
Пусть входное напряжение имеет синусоидальную форму, частоту fe — m ¦ fynp и фазовый сдвиг Pm по отношению к управляющему напряжению. Тогда с учётом формул (4) и (5) получаем выходное напряжение Л 4 ^ 1
Ua (t) — Ue ¦ sin(m^npt + Pm )~ Z 2---1+ (99)
п n—0 2П + 1
С помощью последовательно включенного фильтра нижних частот формируется среднее арифметическое значение. Используя вспомога-
1 t
тельную формулу — J sin(m^ynpt + (Pm ) — 0 (100)
T0
и соотношение ортогональности
0 при m ф l l2cospm m — l
, T J sin(m^npt + Pm )sin lraynptdt — T 0
из уравнения (99) получаем
' 2 U "
(101)
-Ue ¦ cospm npu m — 2n +1
nm e m n = 0, 1, 2, 3, ... (102)
0 npu m ф 2n +1
Если входной сигнал представляет собой произвольный набор частот, то вклад в усредненное значение выходного напряжения вносят только те составляющие, частота которых равна управляющей частоте или является ее нечетной кратной. Поэтому синхронный детектор подходит для селективного измерения амплитуды. Так как среднее значение выходного напряжения, кроме того, зависит от сдвига фаз между соответствующей составляющей входного напряжения и управляющим напряжением, синхронный детектор называют также и фазочувствительным детектором. При pm — 90o величина Ua равна нулю в том случае, когда выполняются соответствующие частотные условия. В рассматриваемом примере на рис. 4 т = 1 и pm — 0. В этом случае из формулы (102) получаем
Предыдущая << 1 .. 20 21 22 23 24 25 < 26 > 27 28 29 30 31 32 .. 47 >> Следующая

Реклама

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed

Есть, чем поделиться? Отправьте
материал
нам
Авторские права © 2009 BooksShare.
Все права защищены.
Rambler's Top100

c1c0fc952cf0704ad12d6af2ad3bf47e03017fed