Устройство для определения сверткиОгибАющиХ МОдулиРОВАННыХ СигНАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G06G7/19 

Изобретение относится к специальным аналоговым устройствам для полу-ч, чения и оценок характеристик вход ных сигналов.

Известно устройство, содержащее сегнетоэлектрический кристгшл с нанесенными на нем элементами для возбуждения звуковых колебаний и элементов снятия сигналов свертки {вьшолвенные в виде конденсатора),смвсктепъ линию задержки для одного из сигналов. Работа этого устройства основана на нелинейных электроакустических взаимодействиях в пьеэо электрических кристаллах ji ,

Недостатком устройства является невысокая точность работы.

На Ьолее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, которое состоит из пьезоэлектричейкого кристалла, на одном из торцов его установлен элемент для возбуждения звука, а в средней кристгшла - элемент вьщеления сигнала свертки. С помощью элемента для возбуждения звука в пластине возбуждают звуковые сигналы F (t) {v t VK2Z.)H ) exp ilwjt - KjZ), ГДе F (t) и (t) - огибающие сигнгшов

w Й «2 - частоты сигналов; K.и Kj волновые векторы сигналовj Z - направление распространения сигналов. два сигнала ) и Fj{t) долж; нн быть сдвинуты на время i относительно друг друга, так (чтобы после отражения от выходного торца кристалла первый сигнал встречался.со вторым примерно в середине кристалла. С этой целью один из снгмалов задерживают на время 1 с псжощью линии задержки, подключениьгй через смеситель к элементу возбуждения звука в образце Когда звуковые сигналы распростраН5ШТСЯ в противоположных направлениях друг через друга в нелинейном кристалле, появляется третий сигнал на частоте wa « w + wj с волновьм вектором К - К - К, форма огибающей которого описывается выражением ь/2 -c{t) - BJF3.(t-2/Vjp. F t,+Z/V3g).

-W2-

где L - длина центрального электрод&у в-константа пропорциональности, учитываизщая нелинейную электроупругую связь в кристалле, УЗВ - скорость звука в кристёшле. Так как длительности огибающих сигналов ) и 2) могут быть выбраны короче времени их распространения в области электрода для выделения свертки, пределы интегрирования могут быть взяты бесконечными, . и, используя подстановку t-Z/V3 получают стандартное выражение интеграла свертки функций 2j . оа (,(2t-)d (2). -со Недостатком известного устройства является низкая точность определения интеграла свертки сигналов в силу неполногосовпадения волновых фронтов встречных звукозвых волн в о ласти их взаимодействия даже в высококачественных акустически однородных кристаллах со специальной оп тической обработкой поверхностей и высокой степенью параллельности тор цов кристалла. Из выражений (1) и (2} следует, что условием высокой точности электроакустического устро ства для определения интеграла свер ки является идентичность скорости распространения (Vje обоих встречных звуковых волн в области их взаимодействия или, иначе говоря, совп дение волновых фронтов взаимодействукнцих в кристалле звуковых волн. Целью предлагаемого изобретения является повышение точности работы электроакустического устройства для определения свертки сигналов путем обеспечения совпадения волновых фронтов взаимодействуклдих волн и сн тие высоких требований к акустической однородности и качеству механической обработки поверхностей пьезо электрического кристалла. Достижение этих целей делает возможным использование кристаллов в области фазовых переходов, где они имеют эк стремальные нелинейные свойства. Поставленная цель достигается те что в устройство содержащее сегнетоэлектрический кристгшл, на который нанесены с противоположных торцов две.токопроводящие пластины, первая из которых подключена к шине нулевого потенциала, а вторая соединена с выходом смесителя, парвы1 вход которого соединен с выходо линии задержки, вход которой являатАг-первым входом устройства. второй вход смесителя является вторым входом устройства, введен генер тор электромагнитного импульса и до полнительная линия задержки, выход которой соединен с третьим выходом смесителя, а вход подключен к выходу генератора электромагнитного импульса. Согласно изобретению к одному из входов смесителя подключен генератор электромагнитных колебаний, фор мирующий дополнительный импульс накачки на частоте w-j w с вол-; новым вектором-К т, К;,- KgiO и огибающей F.j(t), задерхсанный относительно первого звукового сигнала на время t ft t с помощью линии задержки, при это}«1 элемент, выполняющий функции выделения сигнала, свертки и возбуждения звука конструктивно, выполнен в виде обкладок конденсатора, в которые помещен сегнетоэлектрический кристалл (КДР, сегнетова соль и др.), ориентированный полярной осью перпендикулярно плоскостям обкладок конденсатора. При этом в кристалле вoзбyждaю поперечные звуковые волны, сильно связанные с электрическим полем вдоль novлярной оси кристалла, что определяет высокую нелинейность. При взаимодействии 1-го распространяющего по кристаллу сигнала (w. К, F) с дополнительным электромагнитным сигналом (w,, К, F) образуется новая звуковая волна (., Fj). В частном случае, когда импульс накачки короче, чем длительность 1-го звукового импульса, огибающая новой звуковой волны идентична первоначальной огибающей, т.е. F.i(t) F2{t). Проведенные эксперименты показали, что обратная звуковая волна (, Q ) благодаря инвертированию волнового вектора испытывает обратную эволюцию волнового фронта по отношению к первоначальной BO/Iне {w, К, F2). Так, если первоначальная волна, возбужденная на границе кристалла, при распространении расходится относительно первоначального фронта в момент возбуждения, то обратная звуковая волна сходится при распространении, т.е. восстанавливает свой фронт до первоначального фронта в момент возбуждения первичной волны. Вторая звуковая волна (w, , F возбужденная на том же преобразователе что и первая (w,, К, F) должна встретиться в кристалле с обратНОЙ звуковой волной (Wj-Kj, ), имея при этом идентичные волновые фронты, поскольку волновой фронт зву КОБОЙ волны (w;| , К, F ) к моменту стречи со звуковой волной (w2-K2, F2) исказится как раз настолько, насколько не успеет восстановиться фронт волны (, Ту). Следовательно, обе встречные волны должны эффективно взаимодействовать с образованием результирующего сигнала, пропорционального интегралу свертки двух функций F(t) и FjCt). Действительно, этот сигнал обнаруживается на частоте Wo w, имеет волновой вектор Kj К,- к2 и сжат во времени в два раза по сравнению с входными сигналами, что является характерным свойством свертки акустических входных сигналов. Сигнгш свертки в момент встречи звуковых волн с идентичньлли волновыми фронтами наблюдается даже в условиях экстремального рассеяния и дисперси звука в области фазовых .переходов кристаллов, а также на-некачественных кристаллах с необработанными гранями, трещинами и т.п. Характерно, что по условиям эксперимента встреча акустических сигналов осуществляется в кристсшле многократно однако сигнал свертки, заметно пре вьваающий шумы, появляется только в тот момент, когда встречные звуковые сигналы имели идентичные волновые фронты. На чертеже изображено предлагаемое устройство. Устройство содержит сегнетоэлектр ческий кристалл 1, токопроводнщиег пластины 2 (металлические обкладки нанесенные на торцы кристалла 1 и вы полняющие функции возбуждения звука и выделения сигнала свертки. К пластинам 2 подключен смеситель 3, два входа которого соединены с источника ми входных сигналов w, (t) .) один из источников сигна лов соединен со смесителем через линию 4 задержки. К третьему -входу смесителя через линию 5 Зсмхержкй под ключен генератор б электромагнитного импульса накачки. Устройство работает следующим образом. Сигналы w, ) и w, f y(t), задержанные друг относительно друга с помсяцью линии 4 Зсшержки на время 1 , где 4 i l, (Л j- время необратимого затухания звука в образце/ подают через смеситель 3. на обкладки конденсатора 2, электрическое пале которого возбуждает в образце звуковые сигналы (w , К, F-j) и (м, К F). Через время , обеспечиваемое линией 5 задержки, в смеситель 3 подгиот импульс накачки на частоте от генератора 6. Поскольку 1 выбирается приблизительно равным , то импульс электрического поля накачки, взаимодействуя с сигналом, незсщержанным линиеЦ 4 зсшержки, вызывает звуковую волну (wj.-KjFg) с обратным волновым вектором . Таким образом, в кристалле возбуждены две звуковые волны (wflf-K.F.;) с обратным волновым вектором и (w, К, F ) взаимодей- ; ствие которых приводит к возникновению сигнала свертки на частоте з 4+ W2 с волновым вектором , т.е. однородного по кристаллу электрического сигнала. Таким образом, предлагаемое устройcTBO позволяет повысить точность элек« троакустических конволюторов, снизить требования к акустической однородности и к точности механической обработки граней кристаллов, использовать пьезоэлектрические кристаллы в экстремально нелинейной области их фазовых переходов, в условиях дисперсии и рассеивания волн в нелинейной среде. Формула изобретения Устройство для определения свертки огибающих модулированных сигналов, содержащее сегнетоэлектрический кристалл на котохолй нанесены с противоположных торцов две токопроводящие пластины, первая из крторых сое.динена с шиной Нулевого потенцигша, а вторая соединена с въЕходсм смесителя, первый вход которого соединен с 1эшсодс 1 линии задержки, вход которой является первым входом устройства, второй вход смесителя.является BTOpEiM устройства, отличающееся v&n, что, с целью точности, в устройство введен генератор электромагнитного импульса и дополнительная линия задержки, выход которой соединен с. третьим входом смесителя, а вход под ключен к BbiXOAy генератора электромагнитного импульса. Источники ннфО1ртйации, принятые во внимание 11ри экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 559392, кл. G 06 6 7/52, 1976. а. l.Appl. Phys. 42, 1971, р 908, (прототип).

Свертка, (1 -f