МНОГОКАНАЛЬНОЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И РЕГИСТРАЦИИ ОДНОКРАТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

МНОГОКАНАЛЬНОЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И РЕГИСТРАЦИИ ОДНОКРАТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ


RU (11) 2293341 (13) C2

(51) МПК
G01R 29/02 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(14) Дата публикации: 2007.02.10 
(21) Регистрационный номер заявки: 2004136555/09 
(22) Дата подачи заявки: 2004.12.14 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2004.12.14 
(43) Дата публикации заявки: 2006.06.10 
(45) Опубликовано: 2007.02.10 
(56) Аналоги изобретения: ЧАНГ и др. Высокоскоростной оптоэлектронный метод регистрации аналоговых данных. Приборы для научных исследований. №10, 1985, с.3. ОЛИФЕР В.Г., ОЛИФЕР Н.А. Компьютерные сети принципы, технологии, протоколы. - М.: Питер, 2002, с.168-169. US 2002/126346 A1, 12.09.2002. US 2004/0208623 A1, 21.10.2004. JP 7-221738 A, 18.08.1995. 
(72) Имя изобретателя: Евреев Алексей Иванович (RU); Казачков Юрий Петрович (RU); Пименов Андрей Вячеславович (RU); Соболевский Андрей Алексеевич (RU) 
(73) Имя патентообладателя: Федеральное государственное унитарное предприятие "Научно-исследовательский институт импульсной техники" (RU) 
(98) Адрес для переписки: 115304, Москва, ул. Луганская, 9, ФГУП НИИИТ 

(54) МНОГОКАНАЛЬНОЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ И РЕГИСТРАЦИИ ОДНОКРАТНЫХ ИМПУЛЬСНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

Изобретение относится к измерительной технике. Технический результат заключается в увеличении числа каналов регистрации однократных импульсных электрических сигналов без увеличения числа каналов регистрации регистратора оптических сигналов. Для этого на каждый оптический канал регистратора устанавливают по оптическому мультиплексору, а сам регистратор (осциллограф) снабжают дополнительной функцией демультиплексирования. 1 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к информационно-измерительной технике и предназначено для передачи и цифровой регистрации однократных импульсных электрических аналоговых сигналов. Оно может быть использовано в научных исследованиях по ядерной физике.

Известно устройство [1], позволяющее передавать электрические сигналы по оптическому волокну. В его состав входит оптический передатчик, преобразующий входной электрический сигнал в оптический аналог, оптическое волокно как линия передачи, по которой этот аналог передается, и фотоприемник, осуществляющий обратное преобразование оптического сигнала в исходный электрический, который может быть зарегистрирован с помощью аналого-цифрового регистратора. Однако данное устройство является одноканальным.

Известно многоканальное устройство для передачи информации [2], состоящее из четырех оптических передатчиков, входящих в состав передающего блока, четырех оптических волокон и четырех фотоприемников, входящих в состав приемного блока. Аналоговые выходы фотоприемников подсоединены каждый к своему аналого-цифровому регистратору. Также в состав этого устройства входят блоки и схемы управления, осуществляющие включение/выключение оптических передатчиков и калибровку каналов передачи информации: оптический передатчик - оптическое волокно - фотоприемник. Данное устройство позволяет передавать одновременно четыре электрических сигнала, которые можно зарегистрировать с помощью четырех аналого-цифровых регистраторов, подключенных к выходам фотоприемников.

Недостатком данного устройства является необходимость использования четырех высокоскоростных аналого-цифровых регистраторов.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является многоканальное устройство [3], реализующее высокоскоростной оптоэлектронный метод регистрации аналоговых данных, состоящих из N электрических импульсных сигналов. Данное устройство состоит из N оптических передатчиков, преобразующих входные электрические сигналы в оптические. Оптический выход каждого из передатчиков подсоединен к оптическому волокну. Оптические волокна выстроены в ряд и подсоединены через входную щель к высокоскоростному многоканальному регистратору оптических сигналов, состоящему из пикосекундной электронно-оптической камеры и компьютера. В этом устройстве сигналы с оптических передатчиков по оптическим волокнам передаются на высокоскоростной многоканальный регистратор оптических сигналов. В регистраторе производится их временная развертка на экране электронно-оптической камеры в виде параллельных линий, число которых соответствует числу входных оптических волокон N, а яркость точек вдоль этих линий пропорциональна величине оптических сигналов. Записанное изображение на экране электронно-оптической камеры оцифровывается и поступает на компьютер, где по специальной программе производится восстановление зарегистрированных электрических сигналов. Данное многоканальное устройство позволяет передавать и регистрировать электрические импульсные сигналы, используя один многоканальный высокоскоростной регистратор.

Недостатком прототипа является ограниченное количество регистрирующих каналов многоканального регистратора, обусловленное пространственным разрешением электронно-оптической камеры.

Техническим результатом, обеспечиваемым заявляемым изобретением, является увеличение числа каналов передачи и регистрации однократных импульсных электрических сигналов без увеличения числа каналов регистрации многоканального регистратора оптических сигналов.

Технический результат достигается тем, что многоканальное волоконно-оптическое устройство для передачи и регистрации однократных импульсных электрических сигналов, содержащее N оптических передатчиков по числу передаваемых электрических сигналов, N оптических волокон, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего оптического передатчика, многоканальный регистратор оптических сигналов с К входами, дополнительно содержит К одинаковых волоконно-оптических разветвителей, каждый из которых имеет М входов и один выход, где M=N/K, выходы оптических передатчиков через соответствующие им оптические волокна, подключены к соответствующим входам соответствующих оптических разветвителей, выходы которых подключены к соответствующим входам многоканального регистратора, оптические волокна, соединенные с входами одного и того же разветвителя, выполнены разной длины, определяемой из условия:

Ln=L0+(n-M·(k-1)-1)· gtрег, n=M·(k-1)+1, ..., M·k; k=1, ... K,

где Ln - длина оптического волокна; L0 - расстояние от оптических передатчиков до разветвителей вдоль оптического волокна; g - скорость распространения оптического сигнала в оптическом волокне; tрег - время регистрации электрического сигнала,

многоканальный регистратор оптических сигналов, выполнен с возможностью реализации по каждому своему каналу функции:



где Un(t) - электрический сигнал, поступающий на вход n-го оптического передатчика, Sn - коэффициент преобразования устройства по n-му каналу; P k(t) оптический сигнал, зарегистрированный по k-му входу регистратора оптических сигналов.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в оптическом мультиплексировании по времени сигналов с разных оптических передатчиков за счет разных времен прохождения оптических сигналов по оптическим волокнам разной длины с последующим программно-аппаратным демультиплексированием, осуществляемым в регистраторе по специальной программе, за счет чего удается увеличить число каналов регистрации без увеличения числа входов многоканального регистратора оптических сигналов.

Функциональная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже.

Волоконно-оптическое многоканальное устройство передачи и регистрации импульсных электрических сигналов содержит 11, ..., 1N оптических передатчиков, число которых равно числу N передаваемых электрических сигналов, которые через равное им количество оптических волокон 21, ..., 2N подключены к входам соответствующих одинаковых волоконно-оптических разветвителей 31, ..., 3 К, выходы которых подключены к соответствующим входам многоканального регистратора оптических сигналов 4.

Число М входов волоконно-оптического разветвителя определяется условием:



где tразв. - длительность временной развертки многоканального регистратора оптических сигналов 4; tрег. - длительность регистрируемых входных импульсных электрических сигналов, одинаковая для всех N входных сигналов, которая должна удовлетворять условию:

tрег. td,

где td - ожидаемая максимальная длительность входных электрических сигналов.

Число К волоконно-оптических разветвителей 31, ..., 3К и соответственно входов многоканального регистратора оптических сигналов 4 определяется условием:



Длины оптических волокон 2М·(k-1)+1 , ..., 2M·k, подключенных к входам одного и того же k-го волоконно-оптического разветвителя 3k, выбираются из условия:



где Ln - длина оптического волокна 2n, подключенного к (n-М(k-1))-му входу k-го волоконно-оптического разветвителя; L0 - расстояние от оптических передатчиков до разветвителей вдоль оптического волокна; g - скорость распространения оптического сигнала в оптическом волокне.

Многоканальный регистратор оптических сигналов 4 выполнен с возможностью производить вычисления для каждого из К своих каналов по следующей формуле:



где Un(t) - электрический сигнал, поступающий на вход одного из оптических передатчиков 11...N , подключенного через одно из оптических волокон 21..N к (n-M(k-1))-му входу разветвителя 3k, соответствующего данному передатчику; Sn - коэффициент передачи устройства по n-му каналу; Pk(t) - оптический сигнал, записанный по k-му входу регистратора оптических сигналов 4, к которому подключен данный разветвитель 3k.

Устройство работает следующим образом. Импульсные электрические сигналы поступают на входы оптических передатчиков 11 , ..., 1N, где преобразуются в аналогичные им сигналы оптической мощности по формуле:

P'n(t)=a·U n(t),

где а - коэффициент преобразования электрического сигнала в оптический сигнал в соответствующем передатчике. Эти сигналы передаются по оптическим волокнам 21, ..., 2N на входы волоконно-оптических разветвителей 3 1, ..., 3K.

Так как оптические волокна, соответствующие одному и тому же волоконно-оптическому разветвителю 3k, имеют разную длину, определяемую формулой (1), то на входы волоконно-оптического разветвителя 3k эти сигналы P''n(t) поступят в разные моменты времени, сдвинутые относительно прихода n-го входного электрического импульса на время Ln/ g:



где - коэффициент экстинкции оптического волокна.

На выходе волоконно-оптического разветвителя 3k образуется сигнал Pk(t), который является суммой сигналов на входах разветвителя 3k:



где b - коэффициент потерь в разветвителе 3 k.

Сигнал Pk(t) с выхода разветвителя 3k поступает на k-й вход регистратора оптических сигналов 4, где производится его запись для дальнейшей обработки.

Таким образом, регистратор оптических сигналов 4 по k-му входу запишет следующий сигнал:



где Sn - коэффициент преобразования устройства по n-му входу, равный произведению:



В регистраторе 4 сигнал Pk(t) оцифровывается и по специальной программе вычисляются исходные импульсные электрические сигналы Un(t) по формуле:



Осуществление демультиплексирования по формуле (4) возможно, когда длительность входных импульсов Un (t) будет меньше, чем время регистрации tрег. В противном случае произойдет искажение сигнала из-за наложения импульсов друг на друга.

Действительно, если входные импульсные электрические сигналы Un(t) представимы в виде:



где tdn - длительность входного электрического импульса, поступающего на n-й передатчик; UPn(t) - функция, описывающая форму импульса, а отсчет времени t здесь ведется от начала регистрации сигналов, общего для всех оптических передатчиков, то Un(t) можно записать в виде:



где tрег. - время регистрации сигналов, которое должно удовлетворять условию:

tрег. max{tdn}N n=1;

H(t) - функция Хевисайда.

Подставим выражение (5) в (3):



сделаем замену переменных тогда



Исходя из свойств функции Хевисайда, это выражение перепишется в виде:

Pk(t'+Ln/ g)=SnUn(t'),

откуда сразу следует формула (4).

Вышеприведенный анализ показал, что в предлагаемом устройстве по одному входному каналу многоканального регистратора оптических сигналов 4 можно зарегистрировать М входных оптических сигналов. Соответственно, при К входных каналах регистратора можно зарегистрировать КМ сигналов.

Таким образом, предлагаемое устройство в сравнении с прототипом позволяет зарегистрировать в М раз больше электрических сигналов при использовании одного и того же регистратора, что и в прототипе, имеющего К каналов регистрации.

Источники информации

1. Дж.Гауэр. «Оптические системы связи». М.: «Радио и связь», 1989, с.16.

2. Демьянович М.В., Евреев А.И., Сорокин В.Б. «Многоканальное устройство передачи информации». - Технический прогресс в атомной промышленности, № 10-11, 1990, с.34.

3. Чанг и др. «Высокоскоростной оптоэлектронный метод регистрации аналоговых данных». - Приборы для научных исследований, № 10, 1985, с.3.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Многоканальное волоконно-оптическое устройство для передачи и регистрации однократных импульсных электрических сигналов, содержащее N оптических передатчиков по числу передаваемых электрических сигналов, N оптических волокон, вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего оптического передатчика, многоканальный регистратор оптических сигналов с К входами, отличающийся тем, что оно дополнительно содержит К одинаковых волоконно-оптических разветвителей, каждый из которых имеет М входов и один выход, где M=N/K, выходы оптических передатчиков через соответствующие им оптические волокна подключены к соответствующим входам соответствующих оптических разветвителей, выходы которых подключены к соответствующим входам многоканального регистратора, оптические волокна, соединенные с входами одного и того же волоконно-оптического разветвителя, выполнены разной длины, определяемой из условия:

L n=L0+(n-M·(k-1)-1)·vgt рег., n=M·(k-1)+1, ..., M·k; k=1, ..., K;

где Ln - длина оптического волокна; L0 - расстояние от оптических передатчиков до разветвителей вдоль оптического волокна; vg - скорость распространения оптического сигнала в оптическом волокне; tрег - время регистрации электрического сигнала, k - индекс волоконно-оптического разветвителя, многоканальный регистратор оптических сигналов выполнен с возможностью реализации по каждому своему каналу функции:

Un(t)=(1/Sn)·Pk(t+L n/vg), t [0,tрег],

где Un(t) - электрический сигнал, поступающий на вход n-ого оптического передатчика; S n - коэффициент преобразования устройства по n-му каналу; Pk(t) - оптический сигнал, зарегистрированный по k-ому входу регистратора оптических сигналов.




РИСУНКИ





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru