2.3.2. Растерни интерполатори
За да се получи по-висока разделителна способност, понастоящем FPP най-често се използва с вътрешноетапна интерполация, т.е. използвайки метода за определяне на позицията на ивицата моаре във фракции от растерната стъпка. Този метод дава възможност да се използват растери със стъпка над 50–70 µm. Такива растери лесно се възпроизвеждат фотографски и следователно са доста евтини. Дифракционните ефекти при образуването на моаре комбинирани ресни при тях са пренебрежимо малки. Оптичните системи за определяне на положението на муарената ивица се оказват по-прости, а допуските за части и възли в такива системи са многократно по-големи, отколкото в системите с дифракционни решетки [1, 9].
FPP, изграден върху метода на интерполация, или, в противен случай, растерни интерполатори (RI),_ могат да бъдат разделени на амплитудни RI и_фазови RI. Амплитудата RI определя позицията на ръба на моарето чрез амплитудите на сигналите, взети от фотодетекторите. Разделителната способност на такива интерполатори е сравнително малка: 1/2*-1/2S, което, разбира се, не отговаря на съвременните изисквания. Основното предимство на амплитудните RI е тяхната висока скорост, която зависи практически само от скоростта на реакция на праговите вериги. Амплитудният RI не е получил широко приложение. Те са описани доста подробно в [1,3,9] и няма да бъдат разглеждани тук.
От всички съществуващи растерни FPP, фазовите RI имат най-висока точност и разделителна способност, при които позицията на движещия се измервателен растер се определя от пространствената фаза на модела на моаре.
Най-широко приложение във FPP са намерили растерните фазови превключватели с електрическа модулация. Според метода на конструиране такива преобразуватели се разделят на две групи:
1) FPP на базата на амплитудна модулация на светлинните потоцикогато преминават през система от подвижни (измервателни) и няколко фиксирани (индикаторни) растри, за преобразуване на светлинни потоци в електрически сигнали, които модулират амплитудите на носещите трептения, които обикновено образуват n-фазова система, с последващо сумиране на тези сигнали;
2) FPP, базиран на амплитудната модулация на светлинните потоци, модулирани от носещи сигнали, образуващи в общия случай n-фазова система, когато преминават през система от измервателни и няколко индикаторни растра, за преобразуване на светлинните потоци в електрически сигнали с последващо сумиране на тези сигнали.
Предимството на втората група е, че всички елементи на веригите на този тип преобразуватели работят с променлив ток, недостатъкът е сложността на изпълнението на веригата.
Недостатъкът на първата група е възможността за нулев дрейф поради работата на редица елементи при постоянен ток, но схемното изпълнение на преобразувателите е малко по-просто.
Според броя на фазите на носещия сигнал преобразувателите от първата и втората група се разделят на дву-, три- и p-фазни. Понастоящем дву- и трифазните растерни FPP са намерили най-голямо приложение.
Нека разгледаме по-подробно принципа на работа на фазовите растерни FPP, използвайки примера на трифазни преобразуватели.
В сравнение с полифазните те имат по-проста верига, а в сравнение с двуфазните имат по-голяма точност.
Фигура 2.7 показва диаграма на трифазен растер FPP с въвеждане на носещи трептения в електронната част. Конверторът работи по следния начин. Постоянният светлинен поток от източника на светлина AI влиза в растерния модулатор RM. Структурно RM се състои от оптична система 1.5, измервателен растер 2, свързан сдвижещ се обект, три индикаторни растера 3, изместени един спрямо друг в пространството с 2p/3 растерни стъпки и завъртяни спрямо измервателния растер на ъгъл съгласно (2.1), както и три диафрагми4. По този начин в този RM. има три модулационни канала, образувани от три 2,3 растерни конюгации. Периодът на промяна на светлинния поток във всеки растерен интерфейс е равен на стъпката на растера, фазата зависи от относителното първоначално изместване на индикаторния растер, а формата зависи от конструктивните параметри на растера, диафрагмите и апертурата на оптичната система.
В конкретен случай законите за модулация на RM могат да бъдат синусоидални и характеристиката на прозрачността на растерната конюгация има формата
(2.2)
където - средният компонент на прозрачността и дълбочината на модулация чрез изместване = • 1,2,3 - порядък, броят на модулационните канали.
Светлинните потоци, фокусирани върху входните зеници на фотодетекторите FPi, в този случай се определят от израза
Изходните напрежения на РС се усилват и подават към модулаторите M1-MZ, в които се модулира напрежението, идващо от фазовия разделител на носещите трептения на FRN. Фазовият разделител преобразува сигнала на генератора на носещата честота на GICh по такъв начин, че три напрежения се отстраняват от изхода на NDF, фазово изместени едно спрямо друго чрез
(2.3)
Напрежението се премахва от изходите на модулатора
където K е чувствителността на фотодетекторите FPg; Ku е усилването на усилвателя U1, е коефициентът на модулация на модулатора Mi.
Изходните напрежения на модулаторите M1 се сумират в сумиращото устройство SU. В този случай общият сигнал се определя от израза
Където
След прости трансформации на израз (2.4), като се вземе предвид преминаването на сигнала през лентовия филтър на изхода на преобразувателя, получаваме
(2,5)
Където
По този начин, с избраните параметри на преобразувателя, амплитудата на изходното напрежение на FPP е постоянна, а фазата зависи линейно от изместването X. В този случай, с увеличаване на коефициентите на дълбочината на модулация tx, амплитудата на изходния сигнал се увеличава.
Използването на трифазен източник на високочестотно синусоидално напрежение или в общия случай източник на p-фаза е един от недостатъците на FPP от разглеждания тип, тъй като поддържането на точното фазиране на всяко синусоидално напрежение е свързано с определени трудности при реализацията на веригата. Това може да се избегне, ако като генератор на носещи трептения се използва генератор на импулси, сигналите от които идват
запоен към импулсен фазов сплитер (IFR). Изходните напрежения на такъв IFR, изместени едно спрямо друго във фаза в общия случай с (където a = 1 за двуфазен IFR и a = 2 за трифазен IFR), се подават към управляващите входове на ключови вериги, вторите входове на които получават сигнали от фотодетектори. Предимството на такива схеми е относителната простота на електронната част поради използването на импулсни устройства, недостатъкът е необходимостта от използване на лентов филтър на изхода на преобразувателя, който въвежда грешки при промяна на честотата и промяна на нейните параметри, както и влошаване на динамичните свойства на преобразувателя.
Схемата на преобразувателите от втората група растерни FPP с модулация на излъчването на светлинния източник също е доста разнообразна. На фиг. 2.8 показва функционална схема на трифазен растер FPP с модулация на излъчването на светлинния източник. Конверторът работи по следния начин. Сигналът от LFO генератора се подава към FRN Phase Splitter, от изхода на който се отстраняват три напрежения от формата (2.3). Тези напрежения се прилагат къмуправлявани генератори на ток, чийто товар служи като източник на светлина
Светлинни потоци, модулирани в токови генератори
където е коефициентът на модулация, те отиват към растерния модулатор RM, който е конструктивно направен по същия начин, както в преобразувателя (фиг. 2.7). В този случай, в конкретен случай със синусоидален модулационен закон, характеристиката на прозрачността на растерните интерфейси PCi се описва с израз (2.2). Светлинните потоци, модулирани по амплитуда de от изместването на X в RM, се сумират на входната зеница на фотодетектора FP и имат формата
Усилено изходно напрежение на фотодетектора
Къде е амплитудата на променливата компонента на изходния сигнал
FPP; е постоянен компонент.
Така променливият компонент на изходното напрежение на преобразувателя се описва с израз, подобен на (2.5), и следователно за избраните параметри на преобразувателя амплитудата на неговото изходно напрежение е постоянна, а фазата зависи линейно от изместването X.
Има голям брой модификации на разглежданата схема (Фигура 2.8): дву-, четири- и p-фазна, чиято основна цел е да повиши точността на преобразувателя и да намали грешките му. В този случай се използват както аналогови, така и импулсни фазови превключватели на носещите трептения. Освен това, за да се опрости донякъде структурата на конструкцията и да се намали броят на източниците на радиация, FPP схемите често се използват с помощта на един модулиран източник вместо няколко. Въпреки това, в този случай, за разлика от разглежданата схема (фиг. 2.8), броят на фотодетекторите трябва да се увеличи до два или три или в общия случай да се направи равен на избрания брой канали за модулация на изместване, което внася свои собствени грешки в измерването.