Оптоэлектронный функциональный преобразователь Советский патент 1981 года по МПК G06G9/00 

Изобретение относится к устройст-т Эам для обработки цифровых и аналоговых данных и может быть использовано в различных системах обработки информации. Известно аналоговое устройство для формирования корреляционной функции, применяемое при определении скорости движения при прокатке, содержащее осветители, которые формируют два световых луча, которые, отражаясь от поверхности прокатываемого металла на заданном расстоянии друг от друга, падают на фотоприемники. Отраженные световые потоки моделированы по интенсивности неоднородностями коэффициента отражения поверхности прокатываемого металла, при этом сигнал от второго фотоприемника сдвинут по отношению к сигналу фотоприем ника -на время транспортно запаздывания. Сигнал первого фотоприемника подаетсяна блок умножения через блок регулируемой задержки. Сигнал со второго фотоприемника подается на другой вход блока умножения. При совпадении времени, установленного в блоке задержки, и времени транспортного запаздывания результирующий сиг нал на выходе множительного устройства имеет максимашьную амплитуду, что фиксируется измерительным прибором. Скорость движения металла определяется при известном расстоянии по величине времени задержки, соответствующего максимуму корреляционной функции LI . Однако известное устройство требует применения блока регулируемой задержки сигналов с широким изменением времени задержки и сложных блоков умножения, что сопряжено с большими конструктивными трудностями. Наиболее близким к изобретению является оптоэлектронный функциональный преобразователь,содержащий управляег-ий источник света,светопровод,теневую маску, расположенную на входной оси и функциональный фоторезистор, помещенный в светозащитный корпус.Функциональный фоторезистор соединен с формирователем выхоЦного сигнала, расположенным вне светозащитного корпуса, и содержащий ; резистор нагрузки, который расположен на его входе и через разделительный конденсатор соединен с частотно-корректирующей цепью, соединенной с управляемым усилителем, расположенным на его выходе. Вход управления усилителя подключен

к точке соединения резистора нагрузки с разделительным конденсатором. Преобразователь используется в качестве линии задержки, которая позволяет увеличить время задержки до десятков миллисекунд с возможностью его плавной регулировки в широком диапазоне (10 МКС - 10 мс) при уменьшенных габаритах и упрощенной конструкции. Угол поворота входной оси определяет положение теневой маски и следовательно время задержки. Указанный эффект достигается использованием инерционных свойств функционального фоторезйстора С2.

Однако такой преобразователь не позволяет непосредственно реализовать функцию корреляции различных сигналов а также двумерную функцию корреляции и функцию Винера-Хинчина, кроме того, известные устройства, формирующие подынтегральное ядро функции корреляции, двумерной функции корреляции и функции Винера-Хинчина имеют весьма сложную аппаратуру, необходимую для реализации перемножения и регулируемой задержки, что в свою очередь ограничивает разрешающую способность и вносит погрешность. Такие преобразователи вообще не позволяют формировать подынтегральное ядро функции корреляции, двумерной функции корреляции и функции Винера - Хинчина.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет формирования подынтегрального ядра функции корреляции при сохранении разрешающей способности, а также двумерной функции корреляции и функции ВинераХинчина.

Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, цилиндрический светозащитный корпус, по продольной оси симметрии которого установлена поворотная ось, внутри цилиндрического светозащитного корпуса последовательно установлены и оптически связаны управляемые источник, электрический вход которого является первым входом преобразователя светопровод, теневая маска и функциональный фоторезистор, вход которого является вторым входом преобразователя, причем теневая маска закреплена на поворотной оси, внутри цилиндрическогр светозащитного корпуса последовательно установлены и оптически связаны источник света, вращающаяся диафрагма и фотопотенциомётр, причем вращающаяся диафрагма закреплена на поворотной оси. Электрический вход источника света является третьим входом преобразователя, выход фоторезистора соединен со входом фотопотенциометра, выход которого подключен ко входу формирователя прямоугольных импульсов.

На фиг. 1 представлена схема оптоэлектронного функционального преобразователя; на фиг. 2 - зпюры электрических сигналов преобразователя.

Оптоэлектронный функциональный преобразователь содержит светозащитный корпус 1, поворотную ось 2,управляемый источник 3 света, светопровод 4, теневую маску 5, функциональный фоторезистор 6, источник 7 света, вращающуюся диафрагму 8,фотопотенциометр 9, формирователь 10 прямоугольных импульсов,

Оптоэлектронный функциональный преобразователь работает следующим образом.

Один из электрических сигналов, подлежащих функциональному преобразованию, поступает через вход А на управляемый источник 3 света, где он преобразуется в световой поток, формируется в виде светового штриха с помощью светопровода 4 и через теневую маску 5 направляется на активную поверхность функционального фоторезистора 6. Функциональный фоторезистор 6 преобразует световой сигнал в электрический, причем последний задержан на время релаксации, обусловленной инерционностью фотопроводимости фотопроводящего материала функционального фоторезистора 6, При этом время нарастания фототока зависит от углового положения поворотной оси 2,

Таким образом, первый электрический сигнал задерживается на время, пропорциональное угловому положению поворотной оси 2. Угловая зависимость времени задержки может быть выполнена по любому заранее заданному закону соответствующим профилированием теневой маски 5. Второй элекЧрический сигнал, подлежащий преобразованию, через вход Б поступает на электроды функционального фоторезистора 6, где происходит его перемножение с первым задержанным сигналом. Операция перемножения происходит вследствие того, что на выходе функционального фоторезистора 6 результирующий сигнал появляется лишь в том случае, когда на функциональный фотоуезистор 6 воздействуют одновременно оптический и электрический сигналы. Без освещения активной поверхности функционального фоторезистора 6 на его выходе отсутствует сигнал даже при наличии электрического сигнала на электродах. И наоборот, при отсутст-. ВИИ электрического сигнала на электродах на выходе функционального фоторезистора результирующий сигнал отсутствует независимо от нгшичия светового сигнала.

Это обстоятельство аналитически описывается выражением для фототока 3„ , протекающего по фоторезистору

Ф ,& -Л

v-p

JVP где V и j3 - приложенное к фоторезистору напряжение и его освещенность, соответственно} и о - коэффициенты нелинейности вольтамперной и люксамперной характеристики. Для фотопроводящих. пленок полупроводниковых соединений А и В задача получения значений и ot ,близкимк единице, в настоящее время не представляет трудности. С выхода функционального фоторезистора 6 результирующий сигнал поступает на резистор фотопотенциометра 9, являющегося нагрузкой функциональт ного фоторезистора 6. Величина сопротивления оси 2 нагрузки зависит от положения поворотной оси 2.Закон измене ния величины сопротивления резистора фотопотенциометра 9 принят обратным изменению сопротивления функционального фоторезистора 6 .Таким образ ом, прои водится нормирование выходного сигнал функционального фоторезистора 6. Нормированием устраняется зависимость амплитуды сигнала от времени задержки. Наличие этой зависимости связано с тем, что для функционального фоторезистора 6 характерна сильная зависимость амплитуды выходного напряжения от угла поворота оси 2. Эта зависимость является- недопустимой, так как формирователь 10 прямоугольных импульсов производит формирование пря моугольных импульсов по заданному уровню сигнала (0,707 или О,63).Этот уровень зафиксирован на входе формирователя 10 в виде определенного напряжения и отклонения от него, что имело бы место при наличии зависимости амплитуды выходного сигнала функционального фоторезистора 6 от времени его задержки, делало бы невозмож ным функционирование предлагаемого функционального преобразователя. Величина резистора фотопотенциометра 9 зависит от положения прорези во вращающейся диафрагме 8, закрепленной на выходной оси 2. Свет от источника 7 света через прорезь во вращающейся диафрагме 8 падает на фотослой фотопотенциометра 9. Фотослой играет роль проводящего контакта. В том случае, если на источник 7 света через вход В подается третий электрический сигнал, то преобразователь фор мирует подынтегральное ядро двумерной функции корреляции, если фотослой фотопотенциометра обладает инерционностью, и функцию Винера-Хинчина, если не обладает, Упрощение формирования подынтеграл ного ядра корреляционной функции обес печивается тем, что задержка сигнала во времени и его перемножение совмещено и выполняется одним элементом функциональным фоторезистором 6. Повыиение разрешающей способности обеспечивается возможностью плавной перестройки времени задержки, при помощи плавного вращения теневой маски 5 на поворотной оси 2. На первой и второй диаграммах (см. фиг. 2) представлены сигналы, поступающие на первый и второй входы. На третьей диаграмме,представлен сигнал на выходе функционального фоторезистора, а на четвертой - на выходе фотопотенциометра. Видно, чтопосле фотопотенциометра произошло нормирование сигнала. На последней, пятой диаграмме представлен выходной сигнал, его длительность прямо пропорциональна величине подынтегрального ядра функции корреляции. Кривым 1, 2 (на диаграммах фиг. 2) соответствуют углы поворота оси 2 предлагаемого оптоэлектронного функционального преобразователя ЗО, 180. Предлагаемый оптоэлектронный Функциональный преобразователь, формирующий подынтегральное ядро функции корреляции, двумерной функции корреляции и функции Винера-Хинчина обладает такими технико-эконом 1ческими преиму ществами, как простота конструкции, дешевизна изготовления и простота в эксплуатации. Формула изобретения Оптоэлектронный функциональный преобразователь, содержащий формирователь прямоугольных импульсов, цилиндрический светозащитный корпус, по продольной оси симметрии которого установлена поворотная ось, внутри цилиндрического светозащитного корпуса последовательно установлены и оптически связаны управляемый источник света, электрический вход которого является первым входом преобразователя, светопровод, теневая маска и функциональный фоторезистор, вход которого является вторым входом прео азователя, причем, теневая маска закреплена на поворотной оси, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет формирования подынтегрального ядра функции корреляции, внутри цилиндрического светозащитного корпуса последовательно установлены и оптически связаны источник света, вращающаяся диафрагма и фотопотенциометр, причем, вращающаяся диафрагма закреплена на поворотной оси, электрический вход источника света является третьим входом преобразователя, выход фоторезистора соединен со входом фотопотенциометра, выход которого подключен ко входу формирователя прямоугольных импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Козубовский С.Ф. Корреляцион.ные экстремальные система. К., Науковая думка, 1973, с. 8. 2.Автоское свидетельство СССР по заявке 2516700/09, кл. G 06 G 9/00, 1977. /7

k%f

%, 7

Л

e