Оптоэлектронный функциональный преобразователь Советский патент 1980 года по МПК G06G9/00 

1

Изобретение относится к функциональной оптоэлектронике и может быть использовано в системах автоматики, радиотехнических устройствах и системах обработки информации.

Известны преобразователи на основе линейных фотопотенциометров 1, состоящие из источника света, устройства формирования подвижного светового зонда, фотопроводящего слоя, резистивного электрода и эквипотенциального электрода-коллектора. Световой зонд вместе с коллектором выполняет функции движка электромеханического потенциометра, создавая на ограниченном участке фотослоя избыточную проводимость, вследствие чего между резистивным слоем и коллектором на этом участке возникает проводящий контакт. Выходное напряжение является линейной функцией (в случае линейного фотопотенциометра) положения светового зонда.

Недостатком такого преобразователя является то, что при относительно небыстром перемещении светового зонда по фотослою величина сопротивления фотослоя становится сравнимой с величиной сопротивления резистивного слоя, что приводит к искажениям выходного сигнала и снижению точности преобразования. Это происходит вследствие инерционных свойств фотослоя.

Известны также преобразователи на основе функциональных фоторезисторов с переменным мелолектродным расстоянием 2, состоящие из источника света, устройства формирования узкого светового зонда, включающего оптический аттенюатор фотопроводящего слоя, па котором нанесены низкоомные электроды таким образом, чтобы расстояние между ними изменялось по

JO определенному (линейному) закону. При перемещении светового зонда изменяется сопротивление фотослоя вследствие изменения его длины (расстояния между электродами). Благодаря этому изменяется выход 5 ное нанряжение, т. е. нроисходит преобразование входного напряжения по заданному закону.

Недостатком такого преобразователя является то, что при перемещении светового

2Q зонда по фотослою также возникают искажения выходного напряжения и функции преобразования вследствие инерционных свойств фотослоя. Наиболее близким техническим решеии25 ем к изобретению является оптоэлектронный функциональный преобразователь 3, содержащий фоторезистор щелевого типа, размещенный на диэлектрической подложке. На слой фотопроводящего материала

30 фоторезистора нанесены эквипотенцнальные

электроды Управление прибором производится оптическим аттенюатором, выполненным на основе подвижной теневой маски, имеюпдей два прозрачных участка. Форма одного прозрачного участка определяется заданной функцией преобразования и физико-техническими параметрами фоторезистора, второй прозрачный участок имеет форму прямоугольника, ширина которого определяется величиной сопротивления нагрузки. Световая система содержит источник света и коллиматор, создающий световой зонд заданных размеров.

При смещении маски изменяется площадь освещенного участка фоторезистора вследствие чего изменяется фототок, а следовательно, и выходной сигнал.

Недостатком такого онтоэлектронного функционального преобразователя является то, что при быстром перемещении теневой маски (например, более 3 гц для фотослоя из материала CdS) величина фототока не успевает достигнуть своего стационарного значения вследствие инерционных свойств фотопроводящего материала фоторезистора, что в значительной степени ограничивает быстродействие оптоэлектронного функционального преобразователя и увеличивает погрещности преобразования при работе на частотах свыше 2-3 гц.

Целью изобретения является расширение частотного диапазона преобразователя при сохранении точности функционального преобразования.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный функциональный преобразователь, содерл ащий источник света, связанный через оптический аттенюатор с входом позиционно-чувствительного фотоприемника, первый электрический вывод которого соединен с выходом источника питающего напряжения, а второй - через резистор нагрузки с щиной нулевого потеициала, введены дифференциатор, схемы сравнения, источник постоянного эталонного напряжения, интегратор и регулятор уровня выходного сигнала, сигнальный вход которого соединен с резистором нагрузки и входом дифференциатора, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, подключенной вторым входом к выходу источника постоянного эталонного напряжения. Выход схемы сравнения через интегратор соединен с управляющим входом регулятора уровня выходного сигнала, выход которого является выходом преобразователя. При этом регулятор уровня выходного сигнала выполнен в виде управляемого аттенюатора.

На фиг. 1 представлена структурная схема оптоэлектронного функционального преобразователя; на фиг. 2 - график зависимости ошибки функции преобразования от частоты предложенного преобразователя и прототипа. Кривые I и II зависимости

ошибки в функции преобразования от частоты у нротипа и предложемиого преобразователя соответственно. Оптоэлектронный функциональный преобразователь содержит источник света 1, оптический аттенюатор 2, позиционно-чувствительный фотоприемник 3, оптически связанный с источником света 1, через аттенюатор 2, резистор нагрузки 4, дифференциатор 5, вход которого соединен с резистором нагрузки 4, схему сравнения 6, один из входов которой соединен с выходом дифференциатора 5, источник эталонного постоянного напряжения 7, соединенный со

вторым входом схемы сравнения 6, интегратор 8, вход которого соединен с выходом схемы сравнения 6, регулятор уровня выходного сигнала 9, вход управления которого соединен с выходом интегратора 8,

а другой вход - с точкой соединения фотоприемника 3 и резистора нагрузки 4.

Регулятор выходного уровня 9 представляет собой устройство, коэффициент передачи которого зависит от управляющего

сигнала, и может быть выиолнен на основе усилителя с автоматической регулировкой усиления или на основе управляемого аттенюатора. Выход регулятора 9 является выходом преобразователя.

Преобразователь работает следующим образом.

Сигнал с фотоприемника 3, величина которого зависит от состояния аттенюатора 2, выделяется на резисторе нагрузки 4 и поступает на вход дифференциатора 5, где нроизводится его дифференцирование. Так как задан линейный закон изменения напряжения, то его производная при отсутствии искажений представляет собой постоянную величину, а при наличии искажений имеет от нее отклонения. Продифференцированный сигнал поступает на один из входов схемы сравнения 6, на другой вход которой поступает эталонное постоянное напряжение, с источника напряжения 7. Величина этого напряжения соответствует значению производной сигнала, снятого с фотоприемника 3 при отсутствии искажений. Выделение разности между действительным

и эталонным значениями производной сигнала производится схемой сравнения 6. Выделенный разностный сигнал поступает на вход интегратора 8, который производит обратное преобразование разностного сигнала в реальный масштаб.

С выхода интегратора 8 реальный сигнал, величина и знак которого соответствуют величине и знаку искажений сигнала фотоприемника 3, поступает на вход управления

регулятора 9, который в зависимости от величины и знака сигнала производной производит коррекцию сигнала фотоприемника 3. Оптоэлектронный функциональный преобразователь позволяет устранить влияние

инерционных свойств фотоприемника на его выходную характеристику, новысить быстродействие линейного оптоэлектронного функционального преобразователя н сохранить точность функции нреобразования. Устранение влияния инерционных свойств фотонроводящего материала фотоприемника 3 на выходную характеристику нреобразователя приводит к расширению выходного сигнала по виду отклонения производной сигнала, снятого с позиционно-чувствительного фотонриемника 3, от постоянной величины.

Результаты иснытаний представлены на фиг. 2. При частоте 200 Гц погрешность у прототипа достигает 60%, в то время как у предложенного преобразователя она не превышает 0,5%, т. е. также как и у прототипа, но на частоте 3 Гц.

Таким образом, предложенный преобразователь позволяет получить широкий частотный диапазон преобразования при высокой точности преобразования.

Формула изобретения

1. Оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержаший источник света, связанный через оптический аттенюатор с входом позиционно-чувствительного фотонриемника, первь1й электрический вывод которого соединен с выходом источника питающего напряжения, а второй - через резистор нагрузки с шиной нулевого потенциала, отличающийся тем, что, с целью расширения частотного диапазона при сохранении точности работы преобразователя, в него введены дифференциатор, схема сравнения, источник постоянного эталонного напряжения, интегратор и регулятор уровня выходного сигнала, сигнальный вход которого соединен с резистором нагрузки и входом дифференциатора, выход которого соединен с первым входом схемы сравнения, подключенной вторым в.ходом к выходу источника постоянного эталонного напряжения, а выход схемы сравнения через интегратор соединен с управляющим входом регулятора уровня выходного сигнала, выход которого является выходом преобразователя.

2. Преобразователь по п. I, отличающийся тем, что регулятор уровня выходного сигнала выполнен в виде управляемого аттенюатора.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Свечников С. В., Смовж А. К., Каганович Э. Б. Фотопотенциометры и функциональные фоторезисторы. «Советское радио, 1978, с. 7.

2.Там же, с. 120.

3.Авторское - свидетельство СССР № 432860, кл. Н Olh 17/00, Н ОЗК 19/08, 1972 (прототип).