ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ДЕФАЗЗИФИКАТОР 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 умножения оптических сигналов, содержащее оптический RS-триггер, оптический Y-разветвитель, три оптических бистабильных элемента, оптические волноводы с кольцевыми ответвлениями, оптические усилители, оптический компаратор, частотный фильтр [пат. RU 2022328 С1 1994. Оптический умножитель / С.В.Соколов].

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

Недостатками вышеописанного устройства являются сложность и невозможность вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечетко-логического вывода.

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 1998. Устройство для вычитания оптических сигналов / С.В.Соколов, А.А.Баранник].

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

Недостатками вышеописанного устройства являются сложность и невозможность вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечетко-логического вывода.

Известно оптическое вычислительное устройство - нелинейный степенной преобразователь, принятый за прототип [пат. RU 1774323 С1 1992. Оптический функциональный преобразователь / С.В.Соколов], содержащий источник излучения, оптические Y-разветвители, оптический линейный модулятор, оптический транспарант, оптический объединитель.

Существенные признаки прототипа, общие с заявляемым устройством, следующие: источник излучения, оптический транспарант, оптический Y-разветвитель.

Недостатками вышеописанного устройства являются сложность и невозможность вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечетко-логического вывода.

Задачей изобретения является повышение вычислительной производительности процесса дефаззификации до 10⁵-10⁶ операций в секунду при одновременном упрощении конструкции дефаззификатора.

Технический результат выражается в расширении возможностей устройства - создании устройства, выполняющего операцию дефаззификации - операции вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечетко-логического вывода.

Сущность изобретения состоит в том, что в оптоэлектронный дефаззификатор, содержащий источник излучения, оптические транспаранты, оптический Y-разветвитель, введены оптические n-выходные разветвители, фотодиоды и фототранзисторы, выход источника излучения подключен ко входу оптического Y - разветвителя, первый выход которого подключен к входу первого оптического n-выходного разветвителя, а второй выход - к входу второго оптического n-выходного разветвителя, выходы первого оптического n-выходного разветвителя подключены ко входам первого оптического транспаранта, выходы которого подключены к соответствующим фоторезисторам, выходы второго оптического n-выходного разветвителя подключены к входам второго оптического транспаранта, выходы которого подключены к соответствующим фотодиодам, образующим с соответствующими последовательно с ними соединенными фоторезисторами n параллельно соединенных цепей, объединенных в узлах, являющихся выходом устройства.

Оптоэлектронный дефаззификатор (ОДФ) - устройство, предназначенное для вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечетко-логического вывода по методу центра тяжести, описываемому формулой:

где y_OUT - искомое четкое значение выходной лингвистической переменной (центр площади, ограниченной функцией принадлежности);

у_i - i-oe четкое значение выходной переменной на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной (ось OY);

µ_i(у_Σ) - i-oe значение результирующей после процедуры агрегирования функции принадлежности выходной лингвистической переменной у в точке y_i.

Функциональная схема ОДФ показана на фигуре 1.

Оптический дефаззификатор содержит:

- 1 - источник некогерентного оптического излучения (ИИ) с интенсивностью 2n усл(овных) ед(иниц);

- 2 - оптический Y - разветвитель;

- 3, 4 - оптические n-выходные разветвители;

- 5 - оптический транспарант (ОТ) Т1 с функцией пропускания, 1/2 пропорциональной функции [Σµ, (у_Σ)];

- 6 - оптический транспарант (ОТ) Т2 с функцией пропускания, 1/2

пропорциональной функции (у);

- VD1, VD2, …, VDn - n фотодиодов, работающих в фотогенераторном режиме;

- Rl, R2, …, Rn - n фоторезисторов.

Выход ИИ 1 подключен к входу оптического Y-разветвителя 2, первый выход которого подключен к входу оптического n-выходного разветвителя 3, а второй выход - к входу оптического n-выходного разветвителя 4. Выходы 3_1, 3₂, …, 3n оптического n-выходного разветвителя 3 подключены к соответствующим входам ОТ 5, выходы которого подключены к соответствующим фоторезисторам R1, R2, …, Rn. Выходы 4₁, 4₂, …, 4_n оптического n-выходного разветвителя 4 подключены к соответствующим входам ОТ 6, выходы которого подключены к соответствующим фотодиодам VD1, VD2, …, VDn, образующим с соответствующими последовательно с ними соединенными фоторезисторами R1, R2, …, Rn n параллельно соединенных цепей, объединенных в узлах А и В.

Выход АВ является выходом устройства.

Работа устройства происходит следующим образом. С выхода ИИ 1 световой поток интенсивности 2n усл. ед. поступает на вход оптического Y-разветвителя 2, с первого выхода которого световой поток с интенсивностью n усл. ед. поступает на вход оптического n-выходного разветвителя 3, а со второго выхода световой поток с интенсивностью n усл. ед. поступает на вход оптического n-выходного разветвителя 4.

С каждого выхода 3₁ 3₂, …, 3_n оптического n-выходного разветвителя 3 оптические потоки единичной интенсивности поступают на соответствующие входы ОТ 5, на выходе которого формируется оптический поток с интенсивностью, пропорциональной функции принадлежности µ_i(y_Σ). Далее этот поток поступает на соответствующие фоторезисторы Rl, R2, …, Rn, изменяющие свою проводимость пропорционально интенсивности светового потока. (Каждый фоторезистор Ri будет иметь проводимость g₁, пропорциональную значению µ_i(y_Σ)).

Одновременно с каждого выхода 4₁, 4₂, …, 4_n оптического n-выходного разветвителя 4 оптические потоки единичной интенсивности поступают на соответствующие входы ОТ 6, формируя на его выходах световой поток с интенсивностью, пропорциональной линейной функции у. Этот поток поступает на соответствующие фотодиоды VD1, VD2, …, VDn - на выходе каждого фотодиода VDi в фотогенераторном режиме формируется фотоЭДС E_VDi, пропорциональная значению y_i.

Значение напряжения в узлах А и В определяется по методу узловых напряжений, а именно:

Т.к. g_i~µ_i(y_Σ), a E_VDi~y_i, то выходное напряжение U_AB~у_OUT.

Быстродействие ОДФ определяется динамическими характеристиками фоторезисторов и фотодиодов. Т.к. фотодиоды имеют частоту среза ~ 10⁹ Гц, а фоторезисторы обладают временем задержки ~ 10^-3…10^-8 с, то 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 выражается в расширении возможностей устройства - создании устройства, выполняющего операцию дефаззификации - операции вычисления четкого значения выходной лингвистической переменной (или номера на заранее определенной шкале выходной лингвистической переменной) после процедуры агрегирования всех термов этой лингвистической переменной в результате нечетко-логического вывода. Такой результат достигается благодаря тому, что в оптоэлектронный дефаззификатор, содержащий источник излучения, оптические транспаранты, оптический Y-разветвитель, введены оптические n-выходные разветвители, фотодиоды и фототранзисторы. 1 ил.

Оптоэлектронный дефаззификатор, содержащий источник излучения, оптические транспаранты, оптический Y-разветвитель, отличающийся тем, что в него введены оптические n-выходные разветвители, фотодиоды и фототранзисторы, выход источника излучения подключен ко входу оптического Y-разветвителя, первый выход которого подключен ко входу первого оптического n-выходного разветвителя, а второй выход - ко входу второго оптического n-выходного разветвителя, выходы первого оптического n-выходного разветвителя подключены ко входам первого оптического транспаранта, выходы которого подключены к соответствующим фоторезисторам, выходы второго оптического n-выходного разветвителя подключены ко входам второго оптического транспаранта, выходы которого подключены к соответствующим фотодиодам, образующим с соответствующими последовательно с ними соединенными фоторезисторами n параллельно соединенных цепей, объединенных в узлах, являющихся выходом устройства.