Датчики импульсов, виды, свойства и принцип работы

Что такое датчики импульсов?

"Ультракороткие импульсы в большинстве случаев генерируются лазером с блокировкой режима в виде последовательности импульсов с частотой повторения импульсов порядка 10 МГц – 10 ГГц..."

---

Полезные статьи:

Оптические импульсы, характеристики, применение

Оптические часы, принцип работы

Все статьи

По различным причинам часто бывает необходимо выбирать определенные импульсы из последовательности, т.е. передавать только определенные импульсы и блокировать все остальные. Это можно сделать с помощью датчика импульсов, который по сути является оптическим переключателем с электрическим управлением.

Виды датчиков импульсов

Датчики импульсов могут быть различных видов в зависимости от их назначения и принципа действия. Некоторые из наиболее распространенных видов датчиков импульсов включают:

• Индуктивные датчики - основаны на эффекте электромагнитной индукции, когда изменяющееся магнитное поле вызывает изменение электрического тока в катушке.
• Оптические датчики - используют свет для обнаружения изменений в окружающей среде.
• Ультразвуковые датчики - применяются для измерения расстояния или скорости объектов на основе времени прохождения звука.
• Датчики давления - измеряют давление жидкости или газа и используются для контроля уровня, расхода и других параметров.
• Датчики температуры - используются для измерения температуры окружающей среды или объектов.
• Датчики угла поворота - для определения угла поворота или наклона объекта.
• Датчики вибрации - используются для обнаружения вибрации или ударов в механических системах.

Каждый из этих датчиков имеет свои преимущества и недостатки, и выбор конкретного датчика зависит от требований к точности, надежности и стоимости системы.

Принципы работы датчиков импульсов

Датчик импульсов в большинстве случаев представляет собой электрооптический модулятор или акустооптический модулятор в сочетании с подходящим электронным драйвером. В случае электрооптического устройства датчик импульсов состоит из ячейки Поккельса и некоторой поляризующей оптики. 

Принцип работы акустооптического датчика импульсов заключается в подаче короткого радиочастотного импульса на акустооптический модулятор, чтобы отклонить требуемый импульс в слегка измененном направлении. 

Затем отклоненные импульсы могут проходить через апертуру, тогда как остальные блокируются.

В любом случае, требуемая скорость модулятора определяется временным расстоянием импульсов в последовательности импульсов (т.е. частотой повторения импульсов источника импульсов), а не длительностью импульса, которая может быть намного короче.

Электронный драйвер датчика импульсов может выполнять дополнительные функции. Например, он может использовать сигнал от быстродействующего фотодиода, считывающего исходную последовательность импульсов, для синхронизации переключения с входными импульсами. 

После этого в любое время может поступить сигнал запуска, и электроника подействует на переключатель в нужное время для передачи следующего поступающего входного импульса.

Свойства датчиков импульсов

В зависимости от области применения различные свойства датчика импульсов могут иметь решающее значение:

• время переключения (особенно для высоких частот повторения входных импульсов);
• максимальная частота повторения для переключения;
• вносимые потери, то есть потери энергии передаваемых импульсов;
• степень подавления нежелательных импульсов;
• полоса пропускания оптических сигналов (в частности, для широкополосных импульсов);
• хроматическая дисперсия (особенно для широкополосных импульсов, например, с длительностью значительно ниже 100 фс);
• оптическая нелинейность (особенно для импульсов с высокой пиковой мощностью);
• размер открытой апертуры;
• внешние размеры;
• чувствительность выравнивания (угол приема);
• возможности соответствующего электронного драйвера, например, касающиеся синхронизации.

Области применения датчиков импульсов

Датчики импульсов могут использоваться в различных областях, включая:

• Промышленность. Могут быть использованы для контроля скорости вращения и положения механизмов, таких как электродвигатели, насосы и вентиляторы.
• Автомобильная промышленность. Применяюся для контроля работы двигателя, измерения скорости и ускорения автомобиля.
• Медицинское оборудование. Широко используются в медицинской диагностике, например, для измерения сердечного ритма и артериального давления.
• Спорт: датчики импульсов применяются в спорте для измерения скорости, расстояния и времени во время бега, плавания и других видов физической активности.
• Технологии развлечений: Также могут быть использованы в играх, развлечениях и хобби, например, в качестве датчиков движения для управления роботами и игрушками.

Для получения высоких энергий импульсов в ультракоротких импульсах часто необходимо уменьшить частоту повторения импульсов перед усилением. Этого можно достичь, разместив датчик импульсов между затравочным лазером и усилителем. 

После этого усилитель будет воздействовать только на нужные импульсы. Заблокированные импульсы не обязательно приводят к значительным потерям энергии, поскольку средняя мощность затравочного лазера может быть небольшой по сравнению со средней выходной мощностью усилителя, а оставшейся средней мощности может быть достаточно для насыщения усилителя.

В лазере с сбросом резонатора режима устройство сбора импульсов (тогда часто называемое устройством сброса резонатора) извлекает циркулирующий импульс из резонатора только в каждом N-ый цикл туда и обратно. Во время всех других обходов импульс испытывает низкие оптические потери и может быть усилен до высокой энергии.

Своего рода сборщик импульсов является частью любого регенеративного усилителя, где он используется для ввода и извлечения импульсов. Можно также использовать дополнительный импульс, поскольку для лучшего подавления паразитных импульсов.