Оптоэлектронное множительное устройство Советский патент 1982 года по МПК G06G7/16 G06G9/00 

1

Изобретение относится к аналоговым электромеханическим вычислительным устройствам, предназначенным для синхронного умножения произвольных электрических сигналов, заданных, например, в виде напряжения, на синусно-косинусные функции первой и второй гармоники и может использоваться в аппаратуре гармонического анализа, в частности, во внутримодель-,(, ной ее разновидности для экспериментальных исследований нестационарных аэродинамических характеристик моделей летательных аппаратов активным методом.J5

Известно множительное устройство, выполняющее умножение электрических сигналов на гармонические функции, содержащее модулирующий блок, выполненный в виде цилиндрического корпу- 20 са, внутри которого на оси вращения установлен прозрачный модулирующий диск с кЬнцентрично расположенными на нем непрозрачными шаблонами непре

рывных гармонических зависимостей, осветители, установленные вдоль окружности под углом 7t/2 один относительно другого и оптически связанные через прозрачный модулирующий диск с соответствующими преобразующими блоками, фоторезисторы которых включены в смежные плечи соединенных попарно общей диагональю перемножающих дифференциальных фо орезисторных мостов, одна диагональ которых является соответствующим сигнальным входом устройства, а другие диагонали являются соответственно синусными и косинусными выходами устройства 1.

Недостатком этого устройства является неприспособленность его для одновременного умножения на синусно-косинусные функции первой и второй гармоники. Принятие же для этого специальных мер в виде механического редуцирования вращающихся элементов приводит к существенным по3грешностям из-за фазового рассогласования гармонических функций. Наиболее близким по техническому решению к предложенному является оп тоэлектронное множительное устройство , содержащее соединенные по мо стовой схеме первый и второй фоторезисторы и первый и второй регулируемые излучатели, объединенные выводы первого фоторезистора и перв го регулируемого излучателя и объед ненные выводы второго фоторезистора и второго регулируемого излучателя являются .первым выходом устройства соединенные по мостовой схеме третий и четвертый фоторезисторы и тре тий и четвертый регулируемые излуча тели, объединенные выводы третьего фоторезистора и третьего регулируем го излучателя и объединенные выводы четвертого фоторезистора и четве того регулируемого излучателя являются вторым выходом устройства, источник напряжения - сомножитель, первый и второй выходы которого под ключены соответственно к объединенным выводам первого и второго фоторезисторов и первого и второго регу лируемых излучателей, тр.етий и четвертый выходы источника напряжения сомножителя присоединены соответствен чо к объединенным выводам третьего и четвертого фоторезисторов и третьего и четвертого регулируемых излучателей, соединенные по мостовой схеме пятый и шестой фоторезисторы и первый и второй токоограничительные резисторы, объединенные выводы пятого фоторезистора и первого токоограничительного резистора и объединенные выводы шестого фоторе зистора и второго токоограничительного резистора подключены к соответствующим входам сумматора, первый и второй выходы которого являют ся третьим выхддом устройства, соединенные по мостовой схеме седьмой и восьмой фоторезисторы и третий и четвертый токоограничительные резисторы, объединенные выводы седьмого фоторезистора и третьего токоограничительного резистора и объединенные выводы восьмого фоторезистора и четвертого токоограничительного резистора являются четвертым выходом устройства, пятый и шестой выходы источника напряжения - сомножителя через делитель напряжения под.кпючены к дополнительным входам сум2матора, источник напряжения, первый и второй выходы которого присоединены соответственно к объединенным выводам пятого и шестого фоторезисторов и первого и второго токоограничительных резисторов, третий и четвертый выходы источника напряжения подключены соответственно к объединенным выводам седьмого и восьмого фоторезисторов и третьего и четвертого токоограничительных резисторов, источник постоянного излучения, модулятор излучения, выполненный в виде двух цилиндров, образующие которых являются входной осью устройства, при- чем первый цилиндр повернут вокруг входной оси устройства на угол 90 относительно второго цилиндра, источник постоянного излучения оптически сопряжен через первый цилиндр модулятора излучения с первым и вторым фоторезисторами, а через второй цилиндр модулятора излучения оптически сопряжен с третьим и четвертым фоторезисторами, первый, ВТО-. рой, третий и четвертый регулируекые излучатели оптически сопряжены через второй цилиндр модулятора излучения с пятым, шестым, седьмым и восьмым фоторезисторами J. Недостатками устройства являются погрешности из-за искажений в законах модуляции световых потоков, падающих на светочувствительные площадки фоторезисторов мостов канала второй гармоники по причине подверженности излучателей мостов канала первой гармоники вибрациям, присущим динамической механической части светооптического преобразователя, паразитного взаимовлияния световых трактов по причине сравнительно большого расстояния между этими излучателями и соответствующими фоторезисторами, расположенными по разные стороны светооптического преобразователя, что требует для своего уменьшения принятия соответствующих мер в виде введения специальной ячеистой светонепроницаемой ширмы, а это, в итог, приводит к усложнению конструкции. Цель изобретения - повышение точности работы устройства. Поставленная цель достигается тем, что в оптоэлектронном множительном устройстве, содержащем осветительный блок, механический эксцентриковый модулятор света, который

установлен между осветительным блоком и фоточувствительным блоком, первая пара фоторезисторов которого включена в смежные плечи первого множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, а другая диагональ является первым выходом устройства, вторая пара фоторезисторов фоточуаствительного блока включена в смежные плечи второго множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, а другая диагональ является вторым выходом устройства, третья пара фоторезисторов фоточувствительного блока включена в смежные плечи третьего множительного моста, в другие смежные плечи которого включены первый и второй балансировочные резисторы, одна диагональ третьего множительного моста соединена с и сточником стабилизированного напряжения, а другая диагональ является третьим выходом устройства, четвертая пара фоторезисторов фоточувствительного блока включена в смежные плечи четвертого множительного моста, в другие смежные плечи которого включены третий и четвертый балансировочные резисторы, одна диагональ четвертого множительного моста соединена с источником стабилизированного напряжения, а другая диагональ - соединена с первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого соединена с выходами аттенюатора, входы которого подключены к источнику входного сигнала, а выход сумматора является четвертым выходом устройства, фоточувствительный блок содержит четыре электрооптических светофильтра, выполненных в виде жидкокристаллических ячеек, которые включены соответственно в другие смежные плечи первого и .второго множительных мостов, причем электрооптические светофильтры установлены между механическим модулятором света и соответствующими фоторезисторами третьего и четвертого множительны мостов.

На чертеже- представлена электрическая схема, устройства.

Устройство состоит из оптико-механической и электрической частей Оптико-механическая часть включает приводной .вал 1, механический эксцентриковый модулятор света 2 на основе

двух цилиндрических эксцентриков 3, установленных на валу 1,сдвинутых относительно друг друга на угол 90, осветительный блок +, фоточувствительный блок 5 на фоторезисторах 6 и четыре электрооптических светофильтра (жидкокристаллические ячейки) 7. Электрооптические светофильтры 7 представляют собой светомодулирующие устройства, основанные на способности некоторых прозрачных веществ изменять под действием электрического поля (сигнала) свою оптическую плотность.

Все элементы оптико-механической части-устройства заключены в общий светонепроницаемый корпус 8. Осветительный блок А предназначен для создания равномерного параллельного светового потока.

Диаметры, эксцентриков 3 равны высоте светочувствительных площадок фоторезисторов 6, расположенных в од ной плоскости.

Электрическая часть устройства содержит четыре одинарных (четырехплечих) моста , среди которых 9 и 10 относятся к каналу первой гармо- , НИКИ () и имеют в плечах соответственно четыре фоторезистора 6, четыре электрооптических светофильтра 7, а 11 и 12 относятся к каналу второй гармоники () И имеют в плечах четыре фоторезистора и четыре

постоянных балансировочных 13 резистора, источник 1 входного сигнала U(t), аттенюатор 15, сумматор 16, источник стабилизированного напряжения 17 и выходы устройства 18-21,

расположенные на панели 22. Входные диагонали мостов 9 и 10 вместе с входом аттенюатора 15 подключены к выходам источника 1, а входные диагонали мостов 11 и 12 - к выходам источника 17. Выходные диагонали мостов 9-11 и выход 21 сумматора 16 соединены с клеммами панели 22, Выходная диагональ моста 12 связана с одним из входов сумматора 16, второй вход которого подключен к выходу аттенюатора 15.

Устройство работает следующим образом.

При вращении вала 1 с угловой скоростью эксцентрики 3 модулируют световые потоки, падающие от источника света k на светочувствительные площадки фоторезисторов 6 и по законам синуса и косинуса первой гармоники, причем попарно противофазно. В силу известной особенности фоторезистора менять свое сопротивление в зависимости от падающего на светочувствительную площадку све тового потока, равного произведению освещенности излучателя на площадь освещаемую им, сопротивления фоторезисторов 6, световые потоки которых модулируются лишь эксцентриками 3, включенных в плечи мостов 9 и 10, изменяются следующим образом . Ч ф t - o siviaJt, Ф ) где RO среднее значение сопротивл ния фоторезистора (при осв щении половины его светочувствительной площадки), uRsAvitWt, Изменения приращений сопро .ARcosuJt тивлений соответствующих фоторезисторов. В соответствии со свойством одинарных мостов осуществлять умножение сигнала во входной диагонали на функцию изменения сопротивлений активных плеч сигналы, снимаекые с вы ходных диагоналей мостов 9 и 10, образующих канал первой гармоники () пропорциональны соответствен но rUWeiMurt:., JuCt)Olt)coea)t. По аналогичным законам изменяются прозрачности (оптические плотности) электрических светофильтров 7 этих мостов, что вызывает наряду с изменениями освещаемых площадей, по закону синуса.первой гармоники эксцентриком 3 краткую модуляцию ос вещенностей светочувствител ных площадок фоторезисторов 6, вклю ченных в плечи мостов 11 и 12 .Ei:uCtbiKi«) q,,.(i;), гдеEQ - среднее значение ос вещенности, А EtUtJb)5ivia)i3 « изменения прирацеa.ttO(,-b)cosuit НИИ освещенностей ф торезисторов, пропо циональные синуснокосинусным сигналам канала первой гармо ники. В результате изменения световых пот око в ФА-фф, падающих на фоторезисторы 6, включенные в плечи мостов 11 и 12, соответствуют Фф ) Ф UtthlM IV t iihait3(j(t)siM%t .ф o- t Wcosuu 5irtwt3 , что приводит к пропорциональным изменениям их сопротивлений и, в связи с вышеупомянутым свойством одинарных мостов, на выходных диагоналях мостов 11 и 12, питаемых постоянным напряжением, соответственно получают следующие сигналы: U(i)HU(t), U4(-b)JC.t).U)t. Сигнал с выхода моста 11 подается в противофазе с сигналом иШ/2, снимаемым с аттенюатора 15, на вход сумматора 16, поэтому на выходе последнего имеем сигнал, пропорциональный -. Ш.. U(t)BHyi (JUi rUWcQS -Zcut. Таким образом, при непрерывном вращении вала 1 с постоянной угловой скоростью Ш с выходной панели 22 устройства снимают электрические сигналы, пропорциональные произведениям входного напряжения на синусно-косинусные функции первой и второй гармоники, Тое. Ll(t) sinot, U(t) cosu/t, U(t) sin 2«;t и U(t) cos 2wt , которые строго синхронны между собой, так как необходимый угол фазового сдвига 90 .выдерживается с высокой точностью при монтаже эксцентриков 3 на валу 1 и сохраняется в дальнейшем неизменным. Расположение электрооптических светофильтров, осуществляющих вто-г ричную модуляцию световых потоков, по синусно-косинусным законам канала первой гармоники непосредственно перед фоторезисторами мостов канала второй гармоники повышает точность работы устройства. Предложенное устройство обладает хорошей вибропомехозащищенностью и надежностью работы. Формула изобретения Оптоэлектронное множительное устройство, содержащее осветительный

блок, механический эксцентриковый модулятор света, который установлен между осветительным блоком и фоточуствительным блоком, первая пара фоторезисторов которого включена в смежные плечи первого множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, а другая диагональ является первым выходом устройства, вторая пара фоторезисторов фоточуветви- тельного блока включена в смежные плечи второго множительного моста, одна диагональ которого соединена с источником входного сигнала, а другая диагональ является вторым входом устройства, третья пара ф6торезисторов фоточувствительного блока включена в смежные плечи третьего множительного моста, в другие смежные плечи которого включены первый и второй балансировочные резиторы, одна диагональ третьего множительного моста соединена с источни ком стабилизированного напряжения, а другая диагональ является третьим выходом устройства, четвертая пара фоторезисторов фоточувствительного блока включена в смежные нлечи четвертого множительного моста, в другие смежные плечи которого включены третий и четвертый балансировочные резисторы, одна диагональ четвертого множительного моста соединена с источником стабилизированного напряжения, а другая диагональ соединена с первой группой входов сумматора, вторая группа входов которого соединена с выходами аттенюатора , входы которого подключены к истоунику входного сигнала, а выход сумматора является четвертым выходом устройства, отличающееся тем, что, с целью повышения точности работы устройства, фоточувствительный блок содержит четыре электрооптических светофильтра, выполненных в виде жидкокристаллических ячеек, которые включены соответственно в другие смежные плечи первого и второго множительных мостов, причем электрооптические светофильтры установлены между механическим модулятором света и соответствующими фоторезисторами третьего и четвертого множительных мостов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 601717, кл. G Об G 9/00, 197.

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2751887/2, ,

кл. G Об G 7/16, 1979 .(прототип).