Фотоэлектрическое многоканальное устройство для умножения на полигармонические синусно-косинусные зависимости Советский патент 1982 года по МПК G06G9/00 G06G7/16 

(54) ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ МНОГОКАНАЛЬНОЕ УСТРСЙСТВО ДЛЯ УМНОЖЕНИЯ НА ПОЛИГАРМОНИЧЕСКИЕ СИНУСНО-КОСИНУСНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

1

Изобретение относится к аналоговым вычислительным угтройствам электромеханического типа, предназначено для одновременного умножения большого числа произвольных электрических сигналов на полигармонические синусно-косинусные функции и может использоваться в многоточечной аппаратуре гармонического анализа для исследований частотных характеристик различных объектов активным спо- ,о собом, в частности нестационарных характеристик летательных аппаратов при их модельных продувках в аэродинамических трубах с использованием метода разложения анализируемых сигналов в ряд )5 Фурье и определения коэффициентов этого ряда.

Известно устройство для умножения на синусно-косинусные аависимосги, содер- 20 жащее модулирующий блок, выполненный в виде светонепроницаемого корпуса, внутри которого на оси вращения прашода установлены прозрачный модулирующий диск

с коннентрично расположенными на нем 2 (т- число rapvioHHK, уц 1, 2 ...и) непрозрачными шаблонами непрерьшных гармонических функций с экстремумами, сдвинутыми на угол ( и - номер гармоники), осветитель, оптически связанный с линейным конденсатором, фоторезисторы, установленные встык по радиусу модулирующего диска и включенные в смежные плечи соединенных попарно общей диагональю перемножающих 2 Уи- к {к - число каналов) дифференцируемых фоторезистивных мостов, общие диагонали которых подключены к источникам входных электрических сигналов, а другие диагонали каждой пары перемножающих мостов являются соответственно синуоными и косинусными выходами устройства, кроме того, устройство содержит 2 светооптические ячейки, каждая из кото- paxоптические связана с соответств щими фоторезисторами перемножающих дифференциальных фоторезистивных моотов l. 394 - Недостатками такого устройства являются конструктивная сложность при yMHCV жетш на полигармонические синусно -ко- си гусные зависимости, недостаточная помехозащищенность и трудности в настройке из-за взаимовлияния каналов. Наиболее близким к предложенному является фотоэлектрическое многоканальное устройство для умножения на полигармонические синусно косинусные зависимости, содержащее привод, перемножающий блок на дифферегашальшых фоторезистивных мостах и модулирующий блок, выполненный в виде светонепроницаемого корпуса, внутри которого установ лен ПрОЗраЧШЛЙ МОДуЛИруЮИ-ГИЙ диск с К01 це ггрично расположен№1ми ш нем 2 vn непрозрачными щаблоиами ( , 2, ...и), где уп - число гармоник, vi - номер гармоники) нефе рыв ных гармонических функций с экстремумами, сдазинугыми на угол 90°/У1 , прозрачный моду гарующцй диск установлен на валу пршюда, осветитель, связанный с выход№1М конденсатором, который через прозрачный модулирующий диск оптически связан с фоторезисторами дифференциальных фоторезистт1В 1Ых мостов перемнонсаюшего блока, входы дифферен- шшльных фоторезистивных мостов являются входами устройства, а выходы дифференяиалывых фоторезистивных мостов яв ляются соответствующими выходами устройства, кроме того, в него введена многощелевая диафрагма, установленная радиально меладу прозрачтгым модули.рующшд диском и фоторезисторами дифференциальных фоторезистивных мостов перемножающего блока, фоторезисторы, включенные в смежные плечи соответствующего дифференпиального фоторезистивного моста попарно об1 единены и расположены -встык причем они являются ячейкой фоторезисторной матрицы из 2.уу1строк и 1 столбцов, число которых соответствует числу щелей многощелевой диафрап(ы и числу каналов умножения 2, Недостатком известного устройства является низкая помехозащищенность изза взаимовлияния дифферешшальных фоторезистивных мостов в каждгал канале умножения, так как к одному и тому же источнику умножаемого электрического , сигнала параллельно подключено 2И1СИнусно-косинуснык фоторезистивных моста. Цель изобретения ловыщение помехозащищенности устройства за счет уменьшения взаимовлияния каналов. 14 Поставленная цель достигается тем, что Б фотоэлектрическое многоканальное устройство для умножения на полигармонические синусно-косинусные зависимое- ти, содержащее источтпси умножаемых сигналов, источник постоянного напряжения, привод, оптико-механический узел, выполненный в виде светонепроницаемого корпуса, в котором на оси вращения привода установлен прозрачный модулирующий диск с конпентрично расположенными на нем 2 непрозрачными шаблонами (где VM 1,2fi - число гармоник, ц - номер гармоник) непрерывных гармонических функций с экстремумами, сдвинутыми на угол 90 Х и , осветитель, оптически связанный через последовательно расположенные лгшейнз П конденсор, прозрачный модулирующий диск и диафрагму, имеющую К радиально расположенных щелей ( 1 - число каналов умножения) , с соответствующими входами фотоячеек фоторезисторной матрицы, состоящей из 2vYi строк и 1 столбцов, каждая фотоячейка фоторезисторной матрицы образована парой фоторезисторов, прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык, фоторезисторы фотоячейки включены соответственно в смежные плечи - Д11фференциальных мостов, в другие смежные плечи которых включены токоограничительные резисторы, од1-1а диагональ каждого дифференциального моста является соответствующщу выходом устройства, введен модулирующий блок, а соогветствующие выходы исгочника постоянного напряжетш подключены к другим диагоналям Wi-1 дифференииальных мостов, модулирующий блок уста новлен между диафрагмой и фоторезисторной i матрицей и содержит 2k управляемых светофильтров гребенчатого профиля, причем соседние управляемые светофильтры обращены один к npyroiviy гребенчатыми профилями, гребвд каждой пары управляемых светофильтров расположены напротив соответствующих фоторезисторов, установ- леннькх в соседних полустроках фоторе- зисторной матрицы, каждая пара управляемых светофильтров включена в смежные плечи преобразующего резистивного моста, одна диагональ которого подключена к соответствующему выходу источника постоянного напряжения, а другая диагональ к выходу соответствующего источника умножаемого сигнала. На фиг. 1 приведена схема фотоэлектического многоканального устройства 5& для умножения на синусно-косинусные зависимости; на фиг. 2 - его оптико- ©ханический узел (hi 2, и 1, 2), , Устройство содержит приврд 1, ос вращения привода 2, оптико- леханический узел 3, светонепроницаемый корпус 4, прозрачный модулирующий диск 5, непроз рачные шаблоны 6, дифференциальные моо ты 7, осветитель 8, линейный конденсатор 9, ачафрагму 1О, управляюише саето фильтры 11, фоторезисторную матрицу 12 источники умножаемого сигнала 13, преобразующий резистивный мост 14 с упра ляемыми светофильтрами 11 в активных плечах и резисторами 15 в пассивных плечах. Дифференциальные мосты 7 выполнены на фоторезисторах 16, составляющих фоторезисторную матрицу 12, и токоограничительных резисторах 17. Устройство содержит также источник постоянного напряжения 18. Плоскость непрозрачных ша:блонов модулирующего диска 5 совпадает с фокальной линией конденсора 9. Фоторезисторная матрица 12 состоит из 2-т строк попарно стыкующихся фоторезисторов 16 и V столбцов, число которых соответствует числу щелей диафрагмы 10. Управляемые светофильтры 11 представляют собой расположенные радиально в одной плоскости 2-Х электро-оптических светофильтра, изменяющих свою прозрачность (оптическую плотность) пропор-ционально приложенному электрическому сигналу и имеющих в плане прямоуголь ный гребенчатый (зубчатый) профиль, где щирина гребня равняется высоте свет чувствительной площадки отдельного фоторезистора 16. Устройство содержит 1 пар обращенных друг к другу гребнями электрооптических светофильтров, расположенных между диафрагмой 10 и. матрицей фоторезисторов 12 таким образом, что каждый электрооптический светофильтр 11 перекрывает световые потоки, падающие от осветителя 8 через одну из щелей диафрагмы 10 на фоторезисторы 16 отдельных полустрок матрицы 12, Диафрагма 10, электрооптические свет фильтры 11 и Фоторезисторная матри - ца 12 размещены в параллельных плоскос тях в радиальном направлении модулирующего диска 5, Электрическая схема устройства образована 1 аналогичными частями (фиг. 1) умножения отдельного выходно716го сигнала (Ji, (-fc) на полтегармонические синусно-косинусные зависимости 51и Mift и СО5 nuj-b , каждая из которых вклю - чает источник умножаемого сигнала ОцСЬ) 13, преобразуюпшй резистивный мост 14 с электрооптическими светофильтрами 11 в активных плечах и резисго рами 15 в пассивных плечах, 2 аналогичных дифференциальных моста 7 с фоторезисторами 16 в активных плечах и токоограничительными резисторами 17 в пассивных плечах. Одни диагонали мостов 14 и 7 подключены к выходам источника а постоянного (стабилтгаированного) напряжения 18, а другие диаго или моста 14 соединены с источником 13 и мостов 7 с выходами устройства. Одинаковые элементы схемы имеют идентичные параметры. Фотоэлектрическое многоканальное устройство для умножения на полигармонические синусно-косинусные з ависимости работает следующим образом. При вращении вала привода 1 с постоянной угловой скоростью СИ модулирую ™ 5 изменяет свошчте непрозрач- , ными профилями площади световых потоков, падающих от осветителя 8 с неизменной освещенностью ( Е - сои917на светочувствительные площадки фоторезисторов 16 согласно гармоническим зависимостям S1H Mtyt и COSHtft, Порядок VI определяется видом непрозрачного щаблона, перекрывающего противофаз- но (дифференциально) фоторезисторы 16, состыкованные в отдельные пары, причем предварительно единый световой поток разделяется диафрагмой 10 на 1 щеле - вых световых пучков, которые прежде чем попасть на светочувствительные площадки фоторезисторов 16 проходят соот- ветствутощие электрооптические светофильтры 11, включенные попарно в активные плечи того или иного моста 14 отдельного канала устройства, связанного со своим источником 13 умножаемого сигнала UK Ct) , в результате чего измекяк ших противофазно (дифференциально) в соответствии с этим сигналом свою прозрачность (оптическую плотность) и таким образом модулирующих освещеннбсть световых потоков 4юторезисторов 16 на пути соответствующего щелевого светового пучка, в частности по закону E(-t)--Eot E UKCt). де Е-- среднее значение освещенности (когда (J() ) О, мост 14 уравновешен , ДЕ - прирашение величины освещенности. Известно, что в общем случае свето вой поток равняется произведению осйещенности на свою площадь. Поэтому св& товые потоки, падающие -на пары фотор& эисторов 16 любого k-го канала умно жения, оказываются подверженными полигармонической зависимости (б1ии«/1ил COSHait) и закону умножаемого элек трического сигнала ), причем результирующее действие кратно их произведению. Это влечет к пропорцио шльному противофазному иамененшо сопротивлений фоторезисторов 16 в каждо паре, т. е. R(.-k)--R о t г UKIU 5ivi )i, UK СО cosno) t где RQ - среднее значение сопротивления фоторезистора (при сбалансировантом состоянии моста 7), ДЯ - приращение величины сопротивления фоторезистора 16. Мосты 7 выполняют роль перемножаю щих и с их выходных диагоналей, соединенных с выходами устройства, снимают- I ся электрические сигналы, пропорциональные функциям изменения сопротивлений активных плеч, а именно и t)siYiv(JUt VI U(-t)co6M«;t. ТГаким образом, за счет электрической развязки дифференшшльных фоторезистивных мостов электрической части устройства достигается хорошая помехозащищенность устройства, число каналов у которого может быть сколь угодно большим. Устройству присуще удобство сопряжения с конкретной многоточечной аппаратурой гармонического анализа, в частности для экспериментальных исследований нестационарных .характеристик авиационных устройств при их продувках в аэродинамических трубах методом вынужденных колебаний. Формула изобретения Фотоэлектрическое многоканальное устройство для умножения на полигарнмонические синусно-косннусные зависимости, содержащее источники умножаемы сигналов, источник постоянного напряжения, привод, оптико-члеханический узел, выполненный в виде светонепроницаемого корпуса, в котором на оси вращения привода установлен прозрачный модулирук щий диск с кониентрично расположенными на нем непрозрачными шаблонами (где , 2, ,.., м - число гармоник, VI - номер гармоники) непрерывных гармонических функций с экстремумами, сдвинутыми на угол 9О°/и , осветитель, оптически связанный через последовательно расположенные линейный конденсор,, прозрачньШ модулирующий диск и диафрагму, имеющую V радиально расположенных щелей ( 1 - число каналов умножения), с соответствующими входами фотоячеек фоторезисторной матрицы, состоящей из 2Ц1 строк и К столбцов, каждая фотоячейка фоторезисторной матрицы образована парой фоторезисторов, прямоугольные светочувствительные слои которых установлены встык, фоторезисторы фотоячейки включены соответственно в смежные плечи Vvt дифференциальных мостов, в другие смежные ппечи которых включены токоограничительные резисторы, одна диагональ каждого дифференциального моста является соответствующим выходом устройства, отличающеес я тем, что, с целью повышения помехозащищенности устройства за счет уменьшения взаимовлияния каналов, в него . ден модулирутаций бпок, а соответствующие выходы источника постоянного напряжения подключены к другим диагоналям vttK дифференциальных мостов, модулирующий блок установлен между диафрагмой и фотерезисторной матрицей и содержит 21 управляемых светофильтров гребенчатого профиля, причем соседние управляемые светофильтры обращены один к другому гребенчатыми профилями, гребни каждой пары ..управляемых светофильт ров расположены напротив соответствующих фоторезисторов, установленных в соседних полустроках фоторезисторной матрицы, каждая пара управляемых светофильтров включена в смежные плечи преобразующего резистивного моста, одна диагональ которого подключена к соответствующему выходу источника постоянного напряжения, а другая диагональ - к выходу соответствующего источника умножаемого сигнала. Источники информации, ринятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 691888, кл. GOGG 9/00, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2677115/18-24, кл. G06Q 9/00, 1978 (прототип).

I tfiUdHnat ff UM(tlcOiuri gUfMtlOurt 0 tf

L -,- , .«. - J

16 16 J6

// // //

Фиг. I