учебный прибор по оптике
Классы МПК: | G09B23/22 в оптике |
Автор(ы): | Дикарев Виктор Иванович, Федоров Валентин Васильевич, Кромский Борис Васильевич, Шилим Иван Тимофеевич |
Патентообладатель(и): | Дикарев Виктор Иванович, Федоров Валентин Васильевич, Кромский Борис Васильевич, Шилим Иван Тимофеевич |
Приоритеты: |
подача заявки:
1993-03-16 публикация патента:
27.12.1995 |
Сущность изобретения: устройство содержит основание 1, осветитель 2, вибратор 4, фотопреобразователи 5, 21, 29, осциллографы 6, 22, 30, источник 7 питания, генераторы сложных сигналов 8-10, переключатели 11 и 12, умножители 13, 15, 17, полосовые фильтры 14, 16, 18, ячейки Брэгга 19 и 24, линзы 20 и 26, диафрагмы 25 и 27, оптический клин 28. 4 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
Формула изобретения
УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ОПТИКЕ, содержащий осветитель, оптически связанный через ячейку Брэгга с последовательно расположенными размещенным на вибраторе объектом и первым фотопреобразователем и с последовательно установленными в направлении распространения дифрагируемой части пучка света ячейки Брэгга линзой и размещенным в ее фокальной плоскости вторым фотопреобразователем, источник питания, соединенный выходом с входом вибратора и первыми входами первого и второго осциллографов, связанных вторыми входами с выходами соответствующих первого и второго фотопреобразователей, генераторы сложных сигналов, соединенные выходами через первый переключатель с последовательно включенными первым полосовым фильтром, вторым умножителем, вторым полосовым фильтром, третьим умножителем и третьим полосовым фильтром и первым выводом второго переключателя, подключенного вторым, третьим и четвертым выводами к выходам соответствующих полосовых фильтров и связанного дополнительно первым, вторым и третьим выводами с вторыми входами соответствующих умножителей, отличающийся тем, что он снабжен третьими переключателем и осциллографом, дополнительной ячейкой Брэгга, установленной на оптической оси между основной ячейкой Брэгга и объектом, и последовательно расположенными в направлении распространения дифрагируемой части пучка света дополнительной ячейки Брэгга первой дифрагмой, дополнительной линзой, второй диафрагмой, оптическим клином и третьим фотопреобразователем, размещенным в фокальной плоскости дополнительной линзы и соединенным выходом с первым входом третьего осциллографа, второй вход которого дополнительно соединен с выходом источника питания, причем пятый вывод второго переключателя связан с первым выводом третьего переключателя, второй и третий выводы которого подключены к входам пьезоэлектрических преобразователей основной и дополнительной ячеек Брэгга.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к учебным приборам по оптике и может быть использовано для изучения методов и средств при обработке сложных радиосигналов. Известен учебный прибор по оптике, содержащий основание, осветитель, на пути распространения пучка света которого последовательно установлены первая ячейка Брэгга, объект с вибратором и первый фотопреобразователь, к выходу которого подключен первый осциллограф, три генератора сложных сигналов, к выходам которых через первый переключатель последовательно подключены первый умножитель, первый полосовой фильтр, второй умножитель, второй полосовой фильтр, третий умножитель и третий полосовой фильтр, при этом выходы первого, второго и третьего полосовых фильтров через второй переключатель подключены к пьезоэлектрическому преобразователю первой ячейки Брэгга, на пути распространения дифрагируемой части пучка света первой ячейки Брэгга установлена первая линза, в фокальной плоскости которой размещен второй фотопреобразователь, к выходу которого подключен второй осциллограф, вторые входы вибратора первого и второго осциллографов соединены с выходом источника питания [1]Недостатками известного устройства являются невысокие дидактические возможности устройства. Целью изобретения является устранение указанных недостатков. На фиг. 1 представлена структурная схема прибора; на фиг. 2 вид возможных осциллограмм; на фиг. 3 взаимное расположение символьных частот сложных сигналов с многократной частотной манипуляцией; на фиг. 4 закон изменения фазы частотно-манипулированного (ЧМН) сигнала. Учебный прибор по оптике содержит основание 1, осветитель 2, объект 3 с вибратором 4, первый фотопреобразователь 5, первый осциллограф 6, источник 7 питания, первый генератор 8 сложных фазоманипулированных (ФМН) сигналов, второй генератор 9 сложных частотно-манипули- рованных (ЧМН) сигналов, третий генератор 10 сложных частотномодулированных (ЧМ) сигналов, первый 11 и второй 12 переключатели, первый умножитель 13, первый полосовой фильтр 14, второй умножитель 15, второй полосовой фильтр 16, третий умножитель 17, третий полосовой фильтр 18, первую ячейку Брэгга 19, первую линзу 20, второй фотопреобразователь 21, второй осциллограф 22, третий переключатель 23, вторую ячейку Брэгга 24, первую диафрагму 25, вторую линзу 26, вторую диафрагму 27, оптический клин 28, третий фотопреобразователь 29 и осциллограф 30. Причем на пути распространения пучка света от осветителя 2 последовательно установлены ячейка Брэгга 19, ячейка Брэгга 24, объект 3 с вибратором 4 и фотопреобразователь 5, соединенный с осциллографом 6, который подключен к источнику 7 питания. Генераторы 8-10 сложных сигналов через переключатель 11 соединены с двумя входами умножителя 13, к выходу которого последовательно подключены полосовой фильтр 14, умножитель 15, полосовой фильтр 16, умножитель 17 и полосовой фильтр 18. Пьезоэлектрические преобразователи ячеек Брэгга 19 и 24 через переключатели 23 и 12 соединены с выходами переключателя 11 и полосовых фильтров 14, 16 и 18. На пути распространения дифрагируемой части пучка ячейки Брэгга 19 установлена линза 20, в фокальной плоскости которой размещен фотопреобразователь 21, соединенный с осциллографом 22, который подключен к источнику 7 питания. На пути распространения дифрагируемой части пучка света ячейки Брэгга 24 последовательно установлены диафрагма 25, линза 26, диафрагма 27 и оптический клин 28. В фокальной плоскости линзы 26 размещен фотопреобразователь 29, соединенный с осциллографом 30, который подключен к источнику 7 питания. Все блоки прибора установлены на основании 1. Прибор работает следующим образом. При включении осветителя 2, в качестве которого могут быть использованы лазер и коллиматор, сколлимированный пучок света проходит через ячейки Брэгга 19 и 24 и объект 3. Последний вызывает интерференцию, в результате чего световой пучок пространственно перераспределяется и некоторая часть его попадает на фотопреобразователь 5. При подаче напряжения от источника питания вибратор 4 приводит объект 3 в колебательное движение, синхронно с движением луча индикатора 6 по экрану и в различные моменты времени на фотопреобразователь 5 попадают различные части пространственно перераспределенного объекта 3 светового пучка. На экране осциллографа 6 возникает картина пространственного распределения энергии в световом пучке, например, для явления интерференции. При постановке переключателя 11 в первое положение I к устройству подключается генератор 8 сложных (ФМН) сигналов, который может работать в трех режимах. В первом режиме генератор 8 формирует сложный сигнал с бинарной фазовой манипуляцией (ФМн-2) [
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
При работе в первом режиме генератор 8 формирует ФМн-2 сигнал
Uc(t) Vc
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
+
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/964.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/964.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/964.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/964.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/964.gif)
U1(t) V1
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
К коэффициент передачи умножителя. Так как 2
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
U2(t) Vc
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
Это напряжение выделяется полосовым фильтром 16 и поступает на два входа умножителя 17, на выходе которого образуется гармоническое напряжение
U3(t) V3
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
Это напряжение выделяется полосовым фильтром 18. При постановке переключателей 12 и 23 в первое положение I ФМн-2 сигнал поступает на пьезоэлектрический преобразователь ячейки Брэгга 19. Пучок света от осветителя 2 проходит через ячейку Брэгга 19 и дифрагирует на акустических колебаниях, возбужденных ФМн-2 сигналом. На пути распространения дифрагируемой части пучка света, а дифрагирует приблизительно 1/10 часть основного пучка света, установлена линза 20, формирующая пространственный спектр сложного ФМн-2 сигнала. В фокальной плоскости линзы 20 установлен фотопреобразователь 21, соединенный с осциллографом 22. Ячейка Брэгга 19 (24) состоит из звукопровода и возбуждающей гиперзвук пьезоэлектрической пластины, выполненной из кристалла ниобата лития соответственно Х и Y-35о среза. Это обеспечивает автоматическую подстройку по углу Брэгга и работу ячейки в широком диапазоне частот. Ширина спектра ФМн-2 сигнала
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/964.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/964.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
(
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
В этом случае на выходе полосового фильтра 14 образуется ФМн-2 сигнал [
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
На выходах полосовых фильтров 14 и 16 образуются ФМн-4 и ФМн-2 сигналы, а на выходе полосового фильтра 18 образуется гармоническое напряжение U3(t). В этом случае на экране осциллографа 22 при I, II и III положениях переключателя 12 наблюдаются спектры ФМн-8, ФМн-4 и ФМн-2 сигналов (фиг.2в, I, II, III), а при IV положении переключателя 12 наблюдается одиночная спектральная составляющая (фиг.2в, IV). Если переключатель 11 переводится во второе положение II, то к устройству подключается генератор 9 сложных (ЧМН) сигналов, который также работает в трех режимах. В первом режиме генератор 9 формирует сигнал с минимальной частотной манипуляцией (ЧМн-2) (фиг.3а)
Uc(t) Vc
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
0
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
fcp f1 + f2/2 средняя частота сигнала,
f1 fcp 1/4
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/964.gif)
символьные частоты
f2 fcp + 1/4
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/964.gif)
В этом случае на выходе полосового фильтра 14 образуется ЧМН сигнал с индексом девиации частоты h 1. Причем его спектр трансформируется в две спектральные составляющие на частотах 2 f2 и 2 f2 (фиг.2г, III). На выходе полосового фильтра 16 образуются две спектральные составляющие на частотах 4 f1 и 4 f2 (фиг.2г, III). А на выходе полосового фильтра 18 образуются две спектральные составляющие на частотах 8 f1 и 8 f2(фиг.2г, IV). Если генератор 9 переводится во второй режим, то на его выходе образуется сложный сигнал с дуобинарной частотой манипуляцией (ЧМн-3). В этом случае на выходах полосовых фильтров 16 и 18 образуются спектральные составляющие на частотах 4 f1, 4 fcp, 4 f2 (фиг.2д, III) и 8 f1, 8 fср, 8 f2 (фиг. 2д, IV), т.е. сплошной спектр трансформируется в три спектральные составляющие. На выходе умножителя 13 спектр ЧМн-3 сигнала трансформируется в другой сплошной спектр, поскольку h< 1 (фиг.2д, II). Если генератор 9 переводится в третий режим, то на его выходе формируется сложный сигнал со скруглением (ЧМн-5). На выходе умножителя 17 спектр ЧМн-5 сигнала формируется в пять спектральных лепестков с пиковыми значениями на частотах 8 f1, 8 f3, 8 fcp, 8 f4, 8 f2 (фиг.2е, IV). На выходах умножителей 13 и 15 сплошной спектр ЧМн-5 сигнала трансформируется в другие сплошные спектры, так как в этих случаях h < 1 (фиг.2е, II, III). Если переключатель 11 переводится в третье положение III, то к устройству подключается генератор 10 сложных (ЧМ) сигналов, который работает в двух режимах. В общем случае сложный ЧМ сигнал описывается следующим выражением
Uc(t) Vc
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051013/947.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
0
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051013/947.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
j 2, 3 в зависимости от вида частотной модуляции. На выходах полосовых фильтров 14, 16 и 18 в этом случае образуются следующие напряжения:
U4(t) V1
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051013/947.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
U5(t) V2
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051013/947.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
U6(t) V3
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051003/729.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051188/960.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051013/947.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051011/981.gif)
0
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051009/8773.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051013/947.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)
![учебный прибор по оптике, патент № 2051425](/images/patents/421/2051007/916.gif)