Прецизійний калібратор фази інфранизьких та низьких частот

Изобретение относится к области фазоизмерительной техники и может быть использовано для поверки фазоизмерительной аппаратуры. Известно "устройство для поверки фазометров" [Авт.св. СССР № 676944], содержащее генератор синусоидального напряжения, два фазовращателя, измеритель углов поворота статора одного фазовращателя относительно статора другого фазовращателя, электродвигатель, два ограничителя амплитуды и фазометр. Недостатками указанного устройства являются невозможность работы в диапазоне инфранизких частот, а также достаточно высокая погрешность задания фазового сдвига из-за наличия инструментальных погрешностей фазовращателей и погрешности измерителя углов поворота статора одного фазовращателя относительно статора другого фазовращателя. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является "Прецизионный калибратор фазы" [Авт.св. СССР № 1213433], содержащий лазер, который оптически связан с однополосным акустооптиче-ским модулятором, механически связанным с измерителем линейных перемещений, модуляционный вход которого подключен к выходу задающего генератора, а выход однополосного акустооптического модулятора оптически связан через устройство сведения лучей с фотоэлектрическим преобразователем, именуемым в дальнейшем фотоприемником, выход которого является одним из выходов прецизионного калибратора фазы, вторым выходом служит вы ход задающего генератора. Недостатками указанного устройства являются невозможность работы в диапазоне частот до 1 МГц, а также наличие погрешности задания угла фазового сдвига из-за вибрации оптической части прецизионного калибратора фазы. В основу изобретения поставлена задача создания прецизионного калибратора фазы инфранизких и низких частот, в котором за счет того, что акустооптические модуляторы совмещены на одной платформе, возбуждаются от одного задающего генератора и задаваемое значение угла фазового сдвига между выходными напряжениями переносится на частоту вращения ротора вращающегося трансформатора, обеспечивается снижение влияния вибрации оптической части калибратора, и за счет этого расширяются функциональные возможности устройства и повышается точность задания угла фазового сдвига в диапазоне инфранизких и низких частот. Поставленная задача решается тем, что в прецизионном калибраторе фазы инфранизких и низких частот, содержащем лазер, измеритель линейных перемещений, первый акустооптический модулятор, модуляционный вход которого подключен к выходу задающего генератора, а выход оптически связан через устройство сведения лучей с фотоприемником, согласно изобретению введены устройство разведения лучей, второй акустооптический модулятор, удвоитель частоты, фазовращатель, цепь 90°-ного фазового сдвига, вращающийся трансформатор, электродвигатель, источник питания, тахогенератор, частотомер, первый и второй преобразователи частоты и нуль-индикатор, при этом лазер оптически связан через устройство разведения лучей с первым и вторым акустооптическими модуляторами, совмещенными на одной платформе, механически связанной с измерителем линейных перемещений, к выходу задающего генератора подключены модуляционный вход второго акустооптического модулятора и вход удвоителя частоты, выход второго акустооптического модулятора оптически связан через устройство сведения лучей с фотоприемником, выход удвоителя часто ты подключен ко входам фазовращателя и косинусной обмотки вращающегося трансформатора непосредственно, а ко входу синусной обмотки вращающегося трансформатора - через цепь 90°-ного фазового сдвига, электродвигатель, подключенный к источнику питания, механически связанный с роторной обмоткой вращающегося трансформатора и тахогенератором, выход которого подключен ко входу частотомера, роторная обмотка вращающегося трансформатора подключена к первым входам первого и второго преобразователей частоты, второй вход первого преобразователя частоты подключен к выходу фазовращателя, второй вход второго преобразователя частоты подключен к выходу фотоприемника, а выходы первого и второго преобразователей частоты, являющиеся выходами калибратора, подключены ко входам нуль-индикатора. На чертеже представлена структурная схема прецизионного калибратора фазы инфранизких и низких частот. Прецизионный калибратор фазы инфранизких и низких частот содержит лазер 1, оптически связанный через устройство разведения лучей 2 с первым 3 и вторым 4 акустооптическими модуляторами (АОМ), расположенными на платформе 5. механически связанной с измерителем линейных перемещений 6, устройство сведения лучей 7, посредством которого оптически связаны выходы первого 3 и второго 4 АОМ и вход фотоприемника 8, задающий генератор 9, выход которого подключен к модуляционным входам первого 3 и второго 4 АОМ и входу удвоителя частоты 10, фазовращатель 11, вход которого подключен к выходу удвоителя частоты 10, вращающийся трансформатор 12 с роторной 13 и статорными косинусной 14 и синусной 15 обмотками, причем косинусная 14 обмотка подключена к выходу удвоителя частоты 10 непосредственно, а синусная 15 обмотка - через цепь 90°-ного фазового сдвига 16, электродвигатель 17, подключенный к источнику питания 18 и механически связанный с роторной 13 обмоткой вращающегося трансформатора 12 и тахогенератором 19, подключенным к частотомеру 20, первый 21 и второй 22 преобразователи частоты, первые входы которых подключены к выходу роторной 13 обмотки вращающегося трансформатора 12, вторые входы - соответственно к выходам фазовращателя 11 и фотоприемника 8, а выходы, являющиеся выходами калибратора - ко входам нуль-индикатора 23. Устройство работает следующим образом. Излучение лазера 1 с помощью устройства разведения лучей 2 разделяется на два излучения, на пути которых под углом Брэгга установлены первый 3 и второй 4 АОМ, расположенные на платформе 5. На модуляционные входы первого 3 и второго 4 АОМ подается напряжение возбуждения от задающего генератора 9 (40...110 МГц). В результате акустического взаимодействия лазерного излучения с частотой f и волны возбуждения с частотой F на выходных АОМ за счет дифракции излучения лазера появляются дифрагированные лучи . ± 1 порядка, имеющие частоту (f ± F). На выходе первого 3 АОМ используется луч-1 порядка, а на выходе второго 4 АОМ - луч+1 порядка. Так как длина волны лазерного излучения намного меньше длины акустической волны в АОМ, на сравнительно небольшой базе можно обеспечить пространственную фильтрацию лучей на вы ходе первого 3 и второго 4 АОМ. Пространственно разведенные лучи на выходе первого 3 и второго 4 АОМ с помощью устройства сведения лучей 7 сводятся в плоскости фоточувствительной части фотоприемника 8, работающего подобно смесителю радиодиапазона, на выходе которого получим напряжение где w=2πf, Ω=2πF; Ε1 и Е2 - интенсивности излучения на выходах первого 3 и второго 4 АОМ; Djві и Djв2 - фазовые нестабильности, вносимые первым 3 и вторым 4 АОМ при вибрациях: Dj31 и Dj32 - фазовые задержки света в первом и втором каналах интерферометра соответственно: - фазовый сдвиг, возникающий при перемещении на величину ΔΧ первого 3 или второго 4 АОМ при помощи измерителя линейных перемещений 6: 22(t), являющимися выходными напряжениями устройства, будет определяться величиной ΔjМ. Передвигая платформу 5 на расстояние ΔΧ, равное половине длины акустической волны L, можно на выходах устройства получить регулируемый фазовый сдвиг в пределах 0...360°. Задаваемый фазовый угол определяется по отсчетному устройству измерителя линейных перемещений 6. Изменять частоту вы ходных напряжений прецизионного калибратора фазы инфранизких и низких частот можно при помощи изменения величины напряжения источника питания 18, подаваемого на электродвигатель 17, что приводит к изменению угловой скорости вращения ротора 13 вращающегося трансформатора 12 Ω), контролировать которую можно с помощью тахогенератора 19 по частотомеру 20. Точность задания фазового сдвига перемещением АОМ определяется точностью измерения линейного перемещения платформы 5, которая для современной аппаратуры линейных перемещений составляет ΔΙ=0,005-0,01 мкм. Длина акустической волны в первом 3 и втором 4 АОМ в диапазоне 40...110 МГц для основных акустооптических материалов (плавленный кварц, стекло, германий, молибдат свинца) составляет L = 0,033...0,149 мм. Тогда погрешность задания фазовых сдвигов что позволяет с высокой точностью производить поверку фазометров инфранизких и низких частот.