ОПТИЧЕСКИЙ ФАЗЗИФИКАТОР Российский патент 2012 года по МПК G06E3/00 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики.

Известно оптическое вычислительное устройство, предназначенное для вычитания оптических сигналов, содержащее оптические усилители, входной оптический разветвитель, две группы оптических транспарантов, оптические разветвления, кольцевое ответвление, оптический компаратор, оптическое ответвление, пару связанных оптических волноводов и оптический бистабильный элемент [Пат. RU 2103721 С1. Устройство для вычитания оптических сигналов / С.В.Соколов, А.А.Баранник, 1998].

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: оптический транспарант, оптический разветвитель.

Известно оптическое вычислительное устройство - нелинейный степенной преобразователь [Пат. RU 2020550 С1. Оптический функциональный преобразователь / С.В.Соколов, 1994], содержащий источник когерентного излучения, дифференциатор, оптический n-выходной разветвитель, оптический транспарант, оптический n-входной объединитель, пару оптически связанных волноводов, оптический модулятор.

Существенные признаки аналога, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический n-выходной разветвитель, оптический транспарант, выход источника излучения подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя, каждый выход оптического n-выходного разветвителя подключен к соответствующему входу оптического транспаранта.

Недостатками вышеописанных устройств являются сложность и невозможность выполнения операции введения нечеткости - фаззификации, при задании входной переменной в виде нечеткого множества.

Известно оптическое вычислительное устройство - селектор минимального сигнала (CMC) [A.c. СССР №1223259. Селектор минимального сигнала / Соколов С. В. и др., 1986], принятый за прототип и предназначенный для вычисления минимального сигнала из совокупности оптических сигналов, поданных на его вход. CMC содержит дифференциальные оптроны, входные оптические волноводы.

Прототип является существенным признаком предлагаемого изобретения.

Недостатком вышеописанного устройства является невозможность выполнения операции введения нечеткости - фаззификации, при задании входной переменной в виде нечеткого множества.

Задачей изобретения является создание оптического фаззификатора, позволяющего повысить вычислительную производительность процесса фаззификации до 10⁵-10⁶ операций в секунду при одновременной возможности выполнения операции введения нечеткости - фаззификации, при задании входной переменной в виде нечеткого множества.

Технический результат выражается в расширении возможностей устройства - создание устройства, выполняющего операцию введения нечеткости - фаззификации, при задании входной переменной в виде нечеткого множества, а также в одновременном увеличении вычислительной производительности.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптический фаззификатор, содержащий селектор минимального сигнала, введены источник излучения, оптический n-выходной разветвитель, первый линейный оптический транспарант, второй линейный оптический транспарант, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, источник единичного напряжения, выход источника излучения подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя, выходы которого подключены к соответствующим входам первого линейного оптического транспаранта, выходы которого подключены к соответствующим входам второго линейного оптического транспаранта, каждый выход которого подключен к соответствующему входу селектора минимального сигнала, выход селектора минимального сигнала подключен к затвору полевого транзистора, включенного по схеме с общим истоком, сток которого подключен к положительному полюсу источника единичного напряжения, включенного с полевым транзистором последовательно, и является выходом устройства.

Оптический фаззификатор - устройство, предназначенное для вычисления в режиме реального времени значения функции:

где α(x) - функция принадлежности, описывающая терм нечеткой лингвистической переменной х;

х_i - конкретное числовое («четкое») значение входной лингвистической переменной, определенное на базовой шкале Х (x₁,х₂,..,х_n, где n - определенное число значений базовой шкалы X, х_i∈ X);

β(х) - функция принадлежности нечеткого множества, в виде которого представлена входная переменная х.

Функциональная схема оптического фаззификатора показана на фигуре 1.

Оптический фаззификатор содержит:

- 1 - источник излучения (НИ) с интенсивностью n усл(овных) ед(иниц);

- 2 - оптический n-выходной разветвитель;

- 3 - первый линейный оптический транспарант (ЛОТ) с функцией 1 пропускания, пропорциональной ;

- 4 - второй ЛОТ с функцией пропускания, пропорциональной ;

- 5 - селектор минимального сигнала (CMC), выполненный в виде CMC, описанного в [А.с. СССР №1223259. Селектор минимального сигнала / Соколов С.В. и др., 1986];

- VT 6 - полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, включенный по схеме с общим истоком;

- Е7 - источник единичного напряжения.

Выход ИИ 1 подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя 2. Выходы 2₁, 2₂, 2₃, … 2_n оптического n-выходного разветвителя 2 подключены к соответствующим входам первого линейного оптического транспаранта 3. Выходы первого линейного оптического транспаранта 3 подключены к соответствующим входам второго линейного оптического транспаранта 4, каждый выход которого подключен к соответствующему входу селектора минимального сигнала 5. Выход селектора минимального сигнала 5 подключен к затвору полевого транзистора VT6, включенного по схеме с общим истоком, - исток полевого транзистора VT6 подключен к общей шине, сток полевого транзистора VT6 подключен к положительному полюсу источника единичного напряжения Е7, минус источника единичного напряжения Е7 подключен к общей шине, сток полевого транзистора VT6 является выходом устройства.

Работа устройства происходит следующим образом. С выхода ИИ 1 световой поток с интенсивностью n усл. ед. поступает на вход n-выходного разветвителя 2. С выходов 2₁, 2₂, …, 2_n оптического n-выходного разветвителя 2 световые потоки единичной интенсивности поступают на входы первого линейного оптического транспаранта 3 с функцией пропускания по оси ОХ, пропорциональной функции , на выходах которого формируется плоский оптический поток с интенсивностью по оси ОХ, пропорциональной функции 1/α(х). Данный оптический поток поступает на входы второго линейного оптического транспаранта 4 с функцией пропускания по оси ОХ, пропорциональной функции , на выходах которого формируется оптический поток с интенсивностью по оси ОХ, пропорциональной функции 1/(α(х)·β(х)).

Данный оптический поток поступает на соответствующие входы CMC 5. Работа селектора минимального сигнала 5 описана в [А.с. СССР №1223259. Селектор минимального сигнала / Соколов С.В. и др., 1986]. С выхода CMC 5 снимается сигнал напряжения, пропорциональный:

(При этом очевидно, что минимум значения функции 1/α(х_i)·β(х_i) определен для того же значения аргумента х_i, для которого определен и максимум функции α(х_i)·β(х_i), i=1,…, n).

Выходной сигнал CMC 5 поступает на затвор полевого транзистора VT6.

Ток стока I_C в полевом транзисторе VT6 определяется как:

где U_СИ - напряжение между истоком и стоком полевого транзистора VT6;

R_С - сопротивление канала полевого транзистора VT6.

Т.к. напряжение U_СИ - от источника единичного напряжения Е7, равно единице, а сопротивление канала полевого транзистора VT6 пропорционально напряжению U_ЗИ ("затвор-исток"), поступающему от CMC 5 и пропорциональному соответствующему значению 1/α(х_i)·β(х_i), то с учетом равенств (2) и (3) ток стока I_С полевого транзистора VT6 оказывается пропорциональным значению:

,

т.е. искомому значению γ(γ~I_С).

Быстродействие оптического фаззификатора определяется динамическими характеристиками селектора минимального сигнала и полевого транзистора. Селектор минимального сигнала, выполненный на лавинных фотодиодах, имеет время срабатывания до 80-100 пс, а полевой транзистор с управляющим p-n-переходом обладает частотным диапазоном до десятка МГц. Для существующих непрерывнологических систем обработки информации подобное быстродействие обеспечивает их функционирование практически в реальном масштабе времени.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в оптических устройствах обработки информации, построенных на основе непрерывной (нечеткой) логики. Технический результат заключается в расширении возможностей устройства - создании устройства, выполняющего операцию введения нечеткости - фаззификации, при задании входной переменной в виде нечеткого множества, а также в одновременном увеличении вычислительной производительности. Сущность изобретения состоит в том, что в оптический фаззификатор, содержащий селектор минимального сигнала, введены источник излучения, оптический n-выходной разветвитель, первый линейный оптический транспарант, второй линейный оптический транспарант, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, источник единичного напряжения. 1 ил.

Оптический фаззификатор, содержащий селектор минимального сигнала, отличающийся тем, что в него введены источник излучения, оптический n-выходной разветвитель, первый линейный оптический транспарант, второй линейный оптический транспарант, полевой транзистор с управляющим p-n-переходом, источник единичного напряжения, выход источника излучения подключен ко входу оптического n-выходного разветвителя, выходы которого подключены к соответствующим входам первого линейного оптического транспаранта, выходы которого подключены к соответствующим входам второго линейного оптического транспаранта, каждый выход которого подключен к соответствующему входу селектора минимального сигнала, выход селектора минимального сигнала подключен к затвору полевого транзистора, включенного по схеме с общим истоком, сток которого подключен к положительному полюсу источника единичного напряжения, включенного с полевым транзистором последовательно, и является выходом устройства.