Устройство для решения нелинейных задач Советский патент 1991 года по МПК G06G7/46 

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено для моделирования нелинейных дифференциальных уравнений.

Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет учета фазового перехода в узлах RC-сетки при одновременном отображении процесса на экране.

На чертеже показана схема устройства для решения нелинейных задач.

Устройство содержит RC-сетку, состоящую из узловых конденсаторов 1, первые обкладки которых соединены с шиной 2 нулевого потенциала, и резисторов, выполненных в виде полупроводникового фоточувствительного слоя 3, нанесенного на металловолоконную пластину 4, металлические волокна 5 которой по числу и взаимному расположению соответствуют узлам RC-сетки и соединены с вторыми обкладками конденсаторов 1. К граничным узлам RC- сетки подключены выходы блока задания граничных и начальных условий, который выполнен в виде источников 6 электрической энергии, постоянных резисторов 7 и попарно последовательно соединенных ключей 8 и 9. При этом общие точки соединения ключей 8 и 9 подключены к соответствующим граничным узлам RC-сетки и через постоянные резисторы 7 к шине 2 нулевого потенциала. Один из полюсов источника б соединен с шиной 2. Свободные клеммы ключей 8 и 9 подключены параллельно к источнику 6. Источники б могут быть выполнены регулируемыми, а их общее число может соответствовать количеству граничных узлов RC-сетки.

Параллельно фоточувствительному слою 3 с зазором расположена гипотенуз- ная грань призмы 10 полного внутреннего отражения (ППВО). Вершина прямого угла призмы 10 имеет срез 11 параллельно ее гипотенузной грани, на которой последовательно размещены прозрачные электропроводящий слой 12, соединенный с шиной 2,. и деформируемый слой 13.

Оптическая система состоит из последовательно размещенных на оптической оси точечного источника 14 света, коллими- рующей линзы 15, призмы 10, проекционного объектива 16, светоделителя 17, экрана 18, проекционных объективов 19 и 20, непрозрачного зеркала 21 и ослабителя 22 света. При этом фоточувствительный слой 3 оптически связан через призму 10с ослабителем 22 света. Светоделитель 17 размещен в передних фокальных плоскостях второго 20 и третьего 19 проекционных объективов, а задняя фокальная плоскость первого проекционного объектива 16 смещена относительно светоделителя 17 на расстояние ± 0,001 - 0,03 его фокусного расстояния. Резистивные. свойства RC-сетки определяются толщиной и материалом фоточувствительного слоя 3, в качестве которого может быть использован, например, селе- нид кадмия толщиной 100 мкм.

Материал прозрачного деформируемого слоя 13 может быть различным по своей природе, например гелеобразным, желатиновым, термопластическим и другим, используемым в системах записи и оптического воспроизведения информации.

Толщина деформируемого слоя 13 должна быть не менее расстояния между сменными металлическими волокнами 5, что исключает нелинейные искажения рельефа деформируемого слоя 13 от воздействия жесткой

подложки призмы 10. При этом минимальная величина зазора между фоточувствительным слоем 3 и свободной поверхностью деформируемого слоя 13 определяется максимальной высотой рельефа (порядка 5% от

толщины слоя 13), а максимальная величина зазора определяется чувствительностью слоя 13 к управляющему напряжению.

Устройство для решения нелинейных задач работает следующим образом.

Посредством источников 6 электрической энергии, постоянных резисторов 7 и ключей 8 и 9 задаются начальные и граничные условия решаемой задачи. В результате происходит соответствующее

перераспределение потенциалов на конденсаторах 1 и металлических волокнах 5 пластины 4. При этом под действием элект- рического поля между металлическими волокнами 5 и прозрачным

электропроводящим слоем 12 на поверхность раздела фоточувствительный слой - воздух натекают электрические заряды, величина которых определяется значением напряжения на конденсаторах 1. В результате эффекта электрострикции, возникающего под действием электрического поля, на свободной поверхности деформируемого слоя 13 образуется геометрический рельеф, который пропорционален квадрату напряженности электрического поля:

AV/V AE2,

где A V/V - относительная объемная деформация;

А - постоянная электрострикции;

Е - напряженность электрического поля.

Световой поток источника 14 проходит через призму 10 и в результате геометрического рельефа на поверхности деформируемого слоя 13 претерпевает фазовую модуляцию. Объектив 16 преобразует фазовую модуляцию в амплитудную. При этом яркость и знак контраста получаемого изображения при исходной яркости, принятой за единицу, определяют по формуле

р 1 ± д п с k0; где/э- яркость изображения;

(5 - смещение задней фокальной плоскости проекционного объектива 16 относительно светоделителя 17;

п - разность коэффициентов преломления материала деформируемого слоя и воздуха;

с - глубина рельефа деформируемого слоя;

k0 - коэффициент пропорциональности, зависящий от пространственного периода рельефа.

Знак контраста изображения определяется знаком отклонения д , при изоб- ражение отсутствует. Объектив 16 перемещают так, чтобы плоскость светоделителя 17 находилась в пределах +(0,001 - 0,03)F от задней фокальной плоскости объектива 16 (F - фокусное расстояние объектива 16). Использование значений смещения д 0.03F нецелесообразно из-за ухудшения резкости изображения вследствие увеличения влияния дефокусировки. Нижняя граница(5 0,001Р принята с учетом глубины рельефа деформируемого слоя 13 и реальных фокусных расстояний проекционных объективов. При смещении задней фокальной плоскости объектива 16 по ходу лучей на +(0,001 - 0,03)F относительно светоделителя 17 изображение визуализирузт- ся в виде темных пятен на светлом фоне, при - (0,001 - 0,03)F - в виде светлых точек на темном фоне.

Проекционный объектив 20 с помощью зеркала 21 и ослабителя 22 света через призму 10 проецирует в натуральную величину изображение поверхности деформируемого слоя 13 на фоточувствительный слой 3 и тем самым образует оптическую обратную связь. При этом объектив 20 обеспечивает точное сопряжение изображения деформируемого слоя 13 с пространственным расположением металлических волокон 5.

Проводимость фоточувствительного слоя 3 изменяется пропорционально уровню его освещенности. При этом размещение объектива 16 в положение, соответствующее +(0,001 - 0,03)F, уменьшает проводимость фоточувствительного слоя 3 и тем самым увеличивает постоянную времени разряда (заряда) элементов RC-сетки,

т.е. с увеличением амплитуды напряжения на металлических волокнах 5 происходит увеличение сопротивления узлов RC-сетки. При размещении объектива 16 в положение, соответствующее -(0,001 - 0,03)F, проекция изображения рельефа слоя 13 увеличивает проводимость фоточувствительного слоя 3 и тем самым уменьшает постоянную времени разряда (заряда) элементов RC-сетки. Коэф0 фициент усиления обратной оптической связи, т.е. изменения уровня освещенности проекции деформируемого слоя 13 на фоточувствительный слой 3, регулируется осла5 бителем 22 света.

Одновременно с процессом решения нелинейных задач происходит визуализация этого процесса на экране 18, что обеспечивает проекционный объектив 19.

0

Формула изобретения Устройство для решения нелинейных задач, содержащее RC-сетку, состоящую из резисторов и узловых конденсаторов, пер5 вые обкладки которых соединены с шиной нулевого потенциала, и блок задания граничных и начальных условий, выходы которого подключены к соответствующим узлам RC-сетки, отличающееся тем. что, с

0 цепью повышения точности и расширения функциональных возможностей зэ счет учета фагового перехода в узлах RC-сетки при одновременном отображении процесса на экране, в него введены металлосолокон5 ная пластина и последовательно размещенные на оптической оси точечный источник света, коллимирующая линча, призма полного внутреннего отражения, вершина пря- мого угла которой срезана параллельно

0 гипотенузной грани, первый проекционный объектив, светоделитель, второй проекционный объектив, непрозрачное зеркало и ослабитель света, а также размещенные за светоделителем третий проекционный обь5 ектив и экран, причем на гипотенузной грани призмы полного внутреннего отражения последовательно размещены прозрачные электропроводящий и деформируемый слои, резисторы выполнены в виде полупро0 водникового фоточувствительного слоя, нанесенного на металловолоконную пластину, металлические волокна которой по числу и расположению соответствуют узлам RC-сетки и соединены с вторыми обкладками соот5 ветствующих узловых конденсаторов, при этом прозрачный электропроводящий слой соединен с шиной нулевого поп енциала, полупроводниковый фоточувствительный слой размещен параллельно гипотенузной грачи призмы полного внутреннего отражения и оптически связан через призму с

716741778

ослабителем света, светоделитель резне-опционного объектива смещена относищен в передних фокальных плоскостях вто-тельно светоделителя на расстояние

рого и третьего проекционных объективов,± 0,001 - 0,03 фокусного расстояния объека задняя фокальная плоскость первого про-тива.

Изобретение относится к аналоговой и гибридной вычислительной технике и предназначено для моделирования нелинейных дифференциальных уравнений. Цель изобретения - повышение точности и расширение функциональных возможностей вычислительной техники, за счет учета фазового перехода в узлах RC-сетки при одновременном отображении процесса на экране. Устройство содержит RC-сетку, состоящую из узловых конденсаторов 1 и резисторов, выполненных в виде полупроводникового фоточувствительного слоя 3, нанесенного на металловолоконную пластину 4 с металлическими волокнами 5, источник 6 электрической энергии, постоянные резисторы 7, ключи 8, 9, гипотенузную грань призмы 10, точечный источник 14 света, коллирующую линзу 15, проекционные объективы 16, 19, 20, непрозрачное зеркало 21 и ослабитель 22 света. 1 ил.