Мультисенсорное волоконно-оптическое устройство сбора информации Российский патент 2018 года по МПК H03M1/12 G02F7/00 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системе контроля энергонасыщенных объектов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство сбора информации на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя [Пат. 157416 РФ МПК Н03М 1/26, опубл. 10.12.2015], содержащее источник опорного напряжения, группу электронных ключей, группу подстроечных резисторов, группу светодиодов, группу передающих световодов, группу передающих сферических линз, группу элементов назначения веса на основе щелевых диафрагм, группу приемных сферических линз, группу приемных световодов, Y-ответвитель, общий световод, фотоприемник, фотоусилитель, аналогово-цифровой преобразователь. Недостатком данного устройства является наличие динамической погрешности преобразования.

В основу изобретения поставлена задача повышения достоверности устройства за счет коррекции динамической погрешности преобразования.

Для решения поставленной задачи в устройство сбора информации на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя, содержащее источник опорного напряжения, группу электронных ключей, группу подстроечных резисторов, группу светодиодов, группу передающих световодов, группу передающих сферических линз, группу элементов назначения веса на основе щелевых диафрагм, группу приемных сферических линз, группу приемных световодов, Y-ответвитель, общий световод, фотоприемник, фотоусилитель, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), причем один из выходов источника опорного напряжения соединен с группой электронных ключей, соединенных между собой параллельно, каждый электронный ключ последовательно соединен с соответствующим подстроечным резистором и светодиодом, каждый светодиод оптически связан с соответствующим приемным световодом, каждый приемный световод связан оптически с соответствующей передающей сферической линзой, каждая передающая сферическая линза связана оптически с соответствующим элементом назначения веса, каждый элемент назначения веса оптически связан с входом соответствующего приемного световода, выходы группы приемных световодов соединены с входом Y-ответвителя, выход Y-ответвителя соединен с входом общего световода, выход которого соединен с фотоприемником, выход фотоприемника соединен с информационным входом фотоусилителя, управляющий вход которого содинен со вторым выходом источника опорного напряжения, введены дополнительно дифференцирующая цепочка, выпрямитель, компаратор, аналоговый ключ, причем выход фотоусилителя соединен с последовательно соединенными дифференцирующей цепочкой и выпрямителем, выход выпрямителя соединен с информационным входом компаратора, управляющий вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, выход компаратора соединен с информационным входом аналогового ключа, управляющий вход которого соединен с выходом фотоусилителя, выход аналогового ключа соединен с входом АЦП.

Изобретение характеризуется следующими чертежами: на фиг. 1 показана функциональная схема 4-х канального мультисенсорного волоконно-оптического устройства сбора информации; на фиг. 2 представлен набор элементов назначения веса (ЭНВ) на основе щелевых диафрагм; на фиг. 3 показаны диаграммы, иллюстрирующие работу мультисенсорного волоконно-оптического устройства сбора информации.

В состав мультисенсорного волоконно-оптического устройства сбора информации входит источник опорного напряжения 1, один из выходов которого соединен через группу электронных ключей 2 с группой подстроечных резисторов 3, включенных параллельно, выход каждого подстроечного резистора соединен с входом соответствующего светодиода 4, светодиоды оптически связаны с входами соответствующих передающих световодов 5, выход каждого световода оптически связан с соответствующей передающей сферической линзой 6, выход каждой передающей сферической линзы через ЭНВ на основе щелевых диафрагм 7-10 (см. фиг. 2) оптически связан с соответствующей приемной сферической линзой 11, причем коэффициенты К₀-К₃ ЭНВ 7-10 изменяются в виде ряда , при этом К₀=1, . Достигается это различными соотношениями S_i/S₀, где S_i и S₀ - площади прозрачных участков в диафрагмах с порядковым номером i и 0. Причем площади прозрачных участков S_i находятся в соотношении S_i=S₀2^-i, где S₀ - площадь отверстия диафрагмы в старшем разряде, i - номер разряда. Каждая приемная сферическая линза оптически связана с соответствующим приемным световодом 12. Выходные торцы группы приемных световодов соединены с входом Y-ответвителя 13, выход Y-ответвителя через общий световод 14 соединен с входом фотоприемного устройства 15. Выход фотоприемного устройства соединен с информационным входом фотоусилителя 16, управляющий вход которого соединен со вторым выходом источника опорного напряжения 1. Выход фотоусилителя соединен с последовательно соединенными дифференцирующей цепочкой 17 и выпрямителем 18, выход выпрямителя соединен с информационным входом компаратора 19, управляющий вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения 1, выход компаратора соединен с управляющим входом аналогового ключа 20, информационный вход которого соединен с выходом фотоусилителя 16, выход аналогового ключа соединен с входом АЦП 21, коэффициенты пропускания К₀-К₃ элементов назначения веса изменяются в соответствии с рядом 1/2ⁿ.

Мультисенсорное волоконно-оптическое устройство сбора информации работает следующим образом.

Напряжение с первого выхода источника опорного напряжения 1 при замкнутых соответствующих электронных ключах 2 задает ток на соответствующих подстроечных резисторах 3 и соответственно уровень оптической мощности на выходе светодиодов 4. Направленное оптическое излучение с выходов светодиодов 4 с помощью соответствующих передающих моноволоконных световодов 5 через соответствующие передающие сферические линзы 6 подводится к соответствующему ЭНВ 8-11 на основе щелевых диафрагм, получает свой весовой коэффициент в соответствии с рядом , при этом К₀=1, , таким образом происходит формирование входного кода волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя. Далее каждый световой поток через соответствующую приемную сферическую линзу 7 и соответствующий приемный световод 12 поступает на вход Y-ответветеля 13, где промодулированные потоки складываются и с помощью общего световода 14 воспринимаются фотоприемником 15. В фотоприемнике 15 оптическое излучение преобразуется в пропорциональный ему электрический сигнал. Фотоусилитель 16 усиливает этот сигнал. С помощью напряжения со второго выхода источника опорного напряжения 1 происходит сдвиг сигнала в фотоусилителе таким образом, что уровни сигнала с фотоусилителя 16 располагаются между i и i+1 уровнями квантования АЦП. Это обеспечивает однозначное соответствие между выходным кодом АЦП (y₁, …, y_n) и входным кодом устройства (х₁, …, x_n,) сбора информации, который задается положениями ключей 2. Далее сигнал с выхода фотоусилителя одновременно подается на вход дифференцирующей цепочки 17 и информационный вход ключа 20 (см. фиг. 3а). В дифференцирующей цепочке 17 сигнал дифференцируется (см. фиг. 3б) и поступает на вход выпрямителя 18, где он выпрямляется (см. фиг. 3в). Двухполупериодный выпрямитель необходим для нормальной работы компаратора 19, поскольку знак производной переходного процесса может быть как положительным, так и отрицательным. До момента окончания переходного процесса на выходе фотоусилителя, т.е. пока , где Δ_квАЦП - шаг квантования АЦП, выходной сигнал компаратора поддерживает аналоговый ключ 20 в запертом состоянии, препятствуя прохождению сигнала с выхода фотоусилителя на вход АЦП 21 (см. фиг. 3г). По окончании переходного процесса, когда , выходной сигнал компаратора 19 открывает аналоговый ключ 20 и на вход АЦП поступает сигнал (см. фиг. 3д), пропорциональный установившемуся значению выходного сигнала фотоусилителя. Блокировка процесса аналого-цифрового преобразования на время переходного процесса позволяет исключить неоднозначность преобразования.

Изобретение относится к системе контроля энергонасыщенных объектов. Техническим результатом является повышение достоверности устройства сбора информации за счет коррекции динамической погрешности преобразования и исключения неоднозначности преобразования. Мультисенсорное волоконно-оптическое устройство сбора информации содержит источник опорного напряжения 1, группу электронных ключей 2, группу подстроечных резисторов 3, группу светодиодов 4, группу передающих световодов 5, группу передающих сферических линз 6, группу элементов назначения веса на основе щелевых диафрагм 7-10, группу приемных сферических линз 11, группу приемных световодов 12, Y-ответвитель 13, общий световод 14, фотоприемник 15, фотоусилитель 16, дифференцирующую цепочку 17, выпрямитель 18, компаратор 19, аналоговый ключ 20, аналогово-цифровой преобразователь 21. 3 ил.

Мультисенсорное волоконно-оптическое устройство сбора информации, содержащее источник опорного напряжения, группу электронных ключей, группу подстроечных резисторов, группу светодиодов, группу передающих световодов, группу передающих сферических линз, группу элементов назначения веса на основе щелевых диафрагм, группу приемных сферических линз, группу приемных световодов, Y-ответвитель, общий световод, фотоприемник, фотоусилитель, аналогово-цифровой преобразователь (АЦП), причем один из выходов источника опорного напряжения соединен с группой электронных ключей, соединенных между собой параллельно, каждый электронный ключ последовательно соединен с соответствующим подстроечным резистором и светодиодом, каждый светодиод оптически связан с соответствующим приемным световодом, каждый приемный световод связан оптически с соответствующей передающей сферической линзой, каждая передающая сферическая линза связана оптически с соответствующим элементом назначения веса, каждый элемент назначения веса оптически связан с входом соответствующего приемного световода, выходы группы приемных световодов соединены с входом Y-ответвителя, выход Y-ответвителя соединен с входом общего световода, выход которого соединен с фотоприемником, выход фотоприемника соединен с информационным входом фотоусилителя, управляющий вход которого соединен со вторым выходом источника опорного напряжения, отличающееся тем, что в него введены дополнительно дифференцирующая цепочка, выпрямитель, компаратор, аналоговый ключ, причем выход фотоусилителя соединен с последовательно соединенными дифференцирующей цепочкой и выпрямителем, выход выпрямителя соединен с первым информационным входом компаратора, управляющий вход которого соединен с третьим выходом источника опорного напряжения, выход компаратора соединен с информационным входом аналогового ключа, управляющий вход которого соединен с выходом фотоусилителя, выход аналогового ключа соединен с входом АЦП.